第2章转向架结构与原理

1、第二章 转向架结构原理及基本部件,第一节 转向架的作用与组成 第二节 转向架的分类 第三节 轮对 第四节 轴箱装置 第五节 弹性悬挂装置 第六节 减振元件,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用及要求 二、转向架的组成,一、转向架的作用与要求,作用： 1.承载。 2.传力。 3.缓冲、减振。 4.导向。直稳曲活。 要求： 1.保证最佳的黏着条件。 2.运行时，有良好的动力学性能，减少对线路的动作用力。 3.在满足强度和刚度的前提下，减轻自重。 4.结构简单，尽量减少维修工作量。 5.结构材质标准化，增强互换性。,二、转向架的组成,6.牵引变速传动机构 （驱动轮对滚动）,1.轮对、轴箱装置

2、 （化滚动为平动）,5. 车体支撑装置 （支撑车体、传递载荷、提供回转）,4.基础制动装置 （传递、放大制动力，产生制动效果）,3.构架或侧架 （承载、传力、骨架）,2.弹性悬挂装置 （缓冲、减振、定位）,转向架力的基本传递过程,1、垂向力（重量） 车体二系悬挂装置（二系弹簧）-构架一系悬挂装置（轴箱弹簧）-轮对钢轨 2、纵向力（牵引力或制动力） 钢轨-轮对一系悬挂装置（定位装置）-构架二系悬挂装置（牵引装置）-车体车钩 3、横向力（导向力） 钢轨-轮对一系悬挂装置（定位装置）-构架二系悬挂装置（横向止档）-车体车钩,第二节 转向架的分类,1.按轴数和轴型分 2.按有无牵引传动装置分 3.按轴

3、箱定位方式分 4.按弹簧悬挂装置形式分 5.按中央悬挂装置分 6.按轴箱悬挂装置分 7.按车体支撑装置连接形式分,1.按轴数和轴型分,1)轴数：2轴、3轴和多轴； 2)轴型:B、C、D、E (货车:RD2、RE2；客车：RD3 )。,2.按有无牵引传动装置分,动力转向架 非动力转向架,3.按弹簧悬挂装置形式分,一系悬挂:（轴箱弹簧（第1系）或中央弹簧（第2系） 两系悬挂:（轴箱弹簧（第1系）+中央弹簧（第2系）,4.按中央悬挂装置分,(1)按中央弹簧跨距分：内侧悬挂、中心悬挂和外侧悬挂。,(2)按载荷传递形式分：心盘集中承载、心盘部分承载和非心盘承载。,(3)按中央悬挂装置的结构分：有摇动台、

4、无摇动台、无摇枕转向架。,5.按轴箱悬挂装置分,1、无轴箱弹簧装置转向架 2、带均横梁的转向架 3、轴箱顶部弹簧装置转向架 4、轴箱侧面（一侧或两侧）弹簧 装置转向架,6.按轴箱定位方式分,（1）作用 约束轮对与构架的相对运动。 （2）总体要求 放开垂向，弹性约束纵横向。,1、固定定位： 转3、转4型转向架； 2、导框式定位：转8、转8A、转8G、转K2、转K4 3、导柱式定位：206、209T型 4、油导桶定位： 5、拉杆式定位： 6、拉板式定位： 7、转臂式定位： 206KP、CW-160、 CW-200、 SW-200； 8、橡胶弹簧定位：209PK；,刚性定位和弹性定位,a.拉板定位,

5、薄片弹性定位拉板，一端与轴箱固接，另一端用橡胶节点与构架相连。利用拉板的纵横向刚度约束纵横向运动，以小的垂向弯曲刚度提供垂向位移。,b.拉杆定位,拉杆两端分别用橡胶节点与轴箱和构架相连。利用橡胶约束纵横向运动，由节点提供垂向位移。,c.转臂定位,转臂固接在轴箱上，用橡胶节点与构架相连。橡胶提供定位，节点提供垂向位移。,d.人字橡胶定位,构架与轴箱之间设人字橡胶堆。利用其纵横箱刚度定位，利用其垂箱刚度缓冲。,e.干摩擦导柱定位,弹簧导柱安装在构架侧梁上，其下端安装弹性定位套，定位座坐落在轴箱上的托盘内的橡胶垫上。利用橡胶垫和弹性定位套实现定位，利用摩耗套之间的干摩擦实现减振。,7.按车体支撑装置

6、连接形式分,（2）工作原理 垂向载荷：车体铰接端球心盘-车体支撑端心盘座-车体支撑端弹簧承台-空气弹簧-构架-轴箱弹簧-轮对轴箱装置-钢轨。 相对回转：球心盘。,雅可比铰接转向架 （1）结构 中间车一端为支撑端，一端为铰接端。支撑端端墙两侧设空气弹簧承台，中间设球心盘座；铰接端中间设球心盘。连接时已车的铰接端球心盘坐落于另一车的支撑端的心盘座内，车体成三点支撑。,铰接式和非铰接式,第三节 轮对,一、轮对 二、车轴 三、车轮 四、轮对形状尺寸与线路的相互关系,一、轮对-（1）组成,2轮+1轴，过盈连接，轮轴同转。,一、轮对-（2）基本要求,轮对承担车辆全部重量，且在轨道上高速运行，同时还承受着从

7、车体、钢轨两方面传递来的各种动、静作用力，受力复杂。故对车辆轮对的要求： 1、有足够的强度，以保证在高速、最大载荷下安全运行； 2、在保证足够的强度和寿命前提下，使其重量最小，并具有一定弹性，以减小轮轨间的作用力； 3、阻力小，耐磨性好； 4、适应直线和曲线区段运行，具有必要的抗脱轨安全性。,二、 车轴-(1)各部分名称,空心车轴加工方式有4种： 1、采用实心轴坯钻、镗孔成型方法加工。费工、费时，浪费大量金属。 2、采用离心铸造工艺加工。 3、摩擦焊接空心车轴，有三段式和二段式。 4、采用无缝钢管，内孔经镗镟后，轴颈作防氧化收口工艺。,标准车轴和非标准型车轴。 滑动轴承车轴和滚动轴承车轴。 B

8、、C、D、E。 实心轴和空心轴。 车轴尺寸、材质。,二、 车轴-（2）类型与材质,三、车轮-(1)车轮部分的名称,轮缘,踏面,轮辋,轮毂,轮轴孔,辐板孔,辐板,整体轮（辗钢轮、铸钢轮） 轮箍轮； 弹性车轮（轮箍与轮毂之间装橡胶元件）； 消音轮（装有消音器）； 橡胶轮（空气橡胶轮胎）。,三、车轮-(2)类型,踏面形状：锥形踏面（1:10和1:20)和磨耗形踏面（几段圆弧） 车轮名义直径（滚动圆直径）：距轮缘内侧70mm处测得的直径。客车915mm货车840mm城轨车840或750mm.,三、车轮-(3)踏面形状,踏面需要做成一定的斜度，其作用是： 1、便于通过曲线 2、可自动调中 3、踏面磨耗沿

9、宽度方向比较均匀,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系,（一）轮缘内侧距离线路尺寸的关系 1.最小游间 2.安全搭载量 3.轮对内侧距 （二）踏面斜度与曲线半径,（一）轮缘内侧距离线路尺寸的关系,1.最小游间 2.安全搭载量 3.轮对内侧距,1.最小游间,保证轮缘与钢轨之间有一定游间，以减少轮缘与钢轨的磨耗，并实现轮对的自动调中，避免轮对两侧车轮直径公差要求过高，防止轮轨之间的过分滑动及偏磨。,安全通过曲线。铁路技术管理规程规定最小曲线半径区段的最大轨距为1456mm，车辆标准型轮对的最小内侧距离为1350mm，轮缘厚度最薄为23mm，轮辋厚为130mm。理论搭载量A A=1350+23+130-

10、1456=52mm 按最不利的条件累计后，则车轮踏面安全搭载量e1为： e1 =52-13-8-6-2=23mm 由此可知：安全搭载量e1足以保证车辆安全行驶，而不致于脱轨。,2.安全搭载量,安全通过辙叉。,3.轮对内侧距,（1）车轮踏面必须有一定的斜度，增大斜度，可以通过较小的半径曲线； （2）为了使车辆顺利通过曲线，曲线区（R650m时）的轨距要加宽。,（二）踏面斜度与曲线半径,第四节 轴箱装置,一、 轴箱装置的作用 二、轴箱装置类型 三、轴箱装置 四、高速车辆对滚动轴承的要求 五、轴箱定位方式,一、 轴箱装置的作用,将轮对和侧架或构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；

11、承受车辆的重量，传递各方向的作用力；保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力；良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，从而避免破坏油脂的润滑。 承载、传力、定位、降阻。,二、轴箱装置类型,滑动轴承轴箱 滚动轴承轴箱： 圆柱滚动轴承与轴箱（目前客车常用）； 圆锥滚动轴承（目前货车常用）。,三、组成-1货车滚动轴承轴箱组成,三、组成-2客车滚动轴承轴箱,防尘挡圈,轴箱体,防尘板,轴箱盖,四、轴承,1、滚动轴承的类型 2、轴承压装与退卸 3、影响轴承性能的因素,轮对轴承主要是圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承两种结构。在时速200230km的情况下，两种结构在性能上无明显差异，时速超过240km的高速

12、车辆，一般采用圆锥滚子轴承。 SKF工业公司轴承一般分为普通极、P6、P5、P4、SP和UP级。 我国生产的轴承分为G、E、D、C四个等级，一般车辆用G级（普通级）与SKF轴承普通级相当。准高速转向架引进SKF公司的P6级轴承，相当于我国的E级轴承。 轴承精度是指基本尺寸精度和旋转精度，轴承的基本尺寸是指：内径、外径、套圈宽度等。轴承的旋转精度是指：内圈端面侧摆，内圈和外圈的径向摆动，内圈和外圈的滚道侧摆，内圈两端面平行差等。轴承精度等级越高，寿命越长，极限转速越高，成本也较高。,1、滚动轴承的类型,2、轴承压装与退卸,轴承结构（形式、保持架、内部形状）； 轴承质量（材质、热处理、精度）； 润

13、滑油（质量、数量、种类）； 密封（形式、质量）和工作环境。 在高速条件下，需对整个轴承系统进行分析，以准确地确定轴承性能。轴承系统包括所设计车辆的环境条件、轴承、轴箱、润滑和密封方式。 对高速车辆使用的轴承，应着重解决的问题是：尽力降低轴承运转温度和实现小型轻量化。,3、影响轴承性能的因素,第五节 弹性悬挂装置,一、弹性元件的作用及主要特性 二、弹性悬挂装置类型 三、悬挂装置 四、弹性元件,一、弹性悬挂装置的作用,定义： 簧上重量：弹簧装置上的重量； 簧下重量：弹簧装置下的重量。 不经过弹簧减震： 附加载荷： 经过弹簧减震： 附加载荷：Q=Kh,弹性元件的作用及主要特性,1、弹簧装置的主要作用

14、 均匀分配载荷 缓和冲击和振动 2、弹簧特性参数（特性计算移动后面） 挠度f（ 外力P作用下的弹性变形）； 刚度K（产生单位挠度所需的外力）K=P/f； 柔度i（单位外力下的挠度）i=f/P=1/K； 挠力图（P-f曲线）。,线性 分段线性 非线性,二、弹性悬挂装置类型,1、类型 （1）按作用分 缓冲装置（中央弹簧、轴箱弹簧）； 减振装置（垂向、横向、纵向和抗蛇行减振器） 定位装置（轴箱定位、中央定位、抗侧滚扭杆）。 （2）按结构形式分 螺旋弹簧 空气弹簧 橡胶弹簧 扭杆弹簧 环弹簧,（3）按安装位置分 一系悬挂（轴箱弹簧、垂直液压减振器、转臂定位橡胶套） 二系悬挂（空气弹簧系统、中心牵引销、

15、牵引拉横向弹性止档、横向减震器、抗蛇行减震器）,三、悬挂装置,（1）一系悬挂装置的作用与要求 （2）转臂式定位轴箱悬挂装置,1、一系悬挂装置的作用与要求,组成：弹簧装置、轴箱定位装置、垂直减振器 要求：便于一系定位刚度的选择； 适应高速； 结构简化，提高可靠性； 适于检修； 免维护。,2、转臂式定位轴箱悬挂装置,轴箱对构架是活动关节。轴箱与构架的连接方式通常称为轴箱定位。 转臂式轴箱定位悬挂装置设置轴箱弹簧和垂向减压减振器。将车体重量分配给各车轮的同时缓冲各种振动，主要是为了改善车体的乘坐舒适度。,四、弹性元件,1、螺纹弹簧 2、空气弹簧 3、扭杆弹簧 4、橡胶弹簧 5、环弹簧,1、螺旋弹簧,

16、（1）特点及参数 （2）类型 （3）单卷弹簧特性计算 （4）双卷弹簧特性计算,1、特点及参数,1、结构特点 圆柱压缩螺旋弹簧，两端各有3/4圈的支撑圈。 2、主要参数 簧条直径d，弹簧平均直径D，有效圈数n，总圈数N，弹簧全压缩高度Hmin，弹簧自由高度H0，弹簧指数m=D/d ，垂向静挠度fv和垂向刚度Kv等。,2、类型,（1）按卷数分：单卷、双卷（内外卷反向）、多卷。 （2）按性能分：等刚度、变刚度。 （3）按组合形式分：串联、并联、先单独后并联（不等高）、先串联后单独。,制造工艺过程: 修正下料端部加热锻尖加热卷绕淬火回火强化处理（喷丸、强压、渗碳）磨平端面试验或验收。,（二）单卷弹簧的

17、轴向（垂向）特性计算 由材料力学知，单卷弹簧轴向特性计算公式为：,3、单卷弹簧特性计算,G-剪切弹性模量，弹簧钢G=80GPa Pv-垂向静载荷 Pmax=Pv(1+Kvd) m-弹簧指数，又称旋绕比，m=D/d , m一般取47 n-有效圈数,弹簧挠度裕量系数Kvd，是弹簧在静载重作用下各簧圈之间的间隙总和a（即弹簧最大挠度）与静挠度fst之比值。计算时规定取值：在弹簧装置中有减振器并fst 较大时，货车取Kvd0.6,客车取Kvd0.5；在弹簧装置中无减振器或减振阻力很小时，货车取Kvd0.9,客车取Kvd0.6。,为避免双卷簧簧条发生卡住或簧组转动，要求双卷（或多卷）弹簧中紧挨着的两层弹

18、簧的螺旋方向不能一致，一个左旋，另一个右旋。 双卷弹簧完全代替单卷弹簧必须满足以下条件： 1、弹簧指数相等，说明它们的挠曲程度一样，应力修正系数一样： D/d=D1/d1=D2/d2=m C=C1=C2 2、使应力相等，意味着充分利用了材料强度，即： =1=2 则：P=P1+P2 ,f=f1=f2。利用单卷簧计算公式可确定d1、d2。,4、双卷弹簧特性计算,2、空气弹簧,(1)空气弹簧特点 (2)空气弹簧类型 (3)空气弹簧系统组成 (4)空气弹簧工作原理,1、空气弹簧特点,2、类型 囊式空气弹簧和膜式空气弹簧（约束膜式：内外筒+连接橡胶囊；自由膜式：上下盖板+连接橡胶囊）。,3、自由膜式空气

19、弹簧,变刚度、等高度、三维弹性、自带减振功能。空重车自振频率相当 ；单独支重；省去垂向减振器。,2、空气弹簧类型,囊式空气弹簧(车辆上已不采用)。 膜式空气弹簧（约束膜式：内外筒+连接橡胶囊,很少采用；自由膜式：上下盖板+连接橡胶囊,目前应用较多）。,3、空气弹簧系统组成,空气弹簧本体、高度控制阀、差压阀、附加气室、滤清器。,4、空气弹簧工作原理,（1）压力空气缓冲：由压力空气实现。列车管空气弹簧风缸空气弹簧主管空气弹簧连接管高度控制阀空气弹簧本体和附加气室。 (2)变压力、变刚度、等高度：由高度控制阀实现。2条通路，3个位置。 A.保压：正常载荷时，h=H，进排气通路均关闭，保压； B.充气

20、：增载时，车体下沉，hH，排气阀打开，放气减压使车体下沉至h=H,排气阀关闭。 （3）压差控制防倾覆：由差压阀实现。差压阀连通左右两空气弹簧，一侧空气弹簧爆裂时，另一侧空气弹簧自动放气，以防车体倾覆。 （4）节流减振：由气嘴实现。气嘴节流减振代替垂向减振器。,高度控制阀一般机械式和电磁式两种；按组成的不同又可分为有延时机构和无延时机构；按引起高度控制阀产生进、排气作用的传动方式还可分为直顶式和杠杆式等。其组成见图：,工作原理：由于车体载荷增加（或减少），空气弹簧被压缩（或伸长）使空气弹簧降低（或增高）。随之，车体距轨面高度发生改变，高度控制机构使进、排气机构工作，向空气弹簧充气（或排气），当空

21、气弹簧的内压与所承受的静载荷相平衡时，空气弹簧恢复到原来的高度，高度控制机构停止工作，进、排气机构处于关闭状态，充气（或排气）停止。,（1）高度控制阀,差压阀是保证一个转向架两侧空气弹簧的内压之差，不能超过为保证行车安全规定的某一定值，若超出时，则差压阀自动沟通左右两侧的空气弹簧，使压差维持在该定值以下。差压阀在空气弹簧悬挂系统装置中起安全保证作用。 差压阀作用原理：,（2）差压阀,3、扭杆弹簧,(1)提高抗倾覆稳定性的措施 (2)扭杆弹簧,1、在转向架中央悬挂中设置抗侧滚装置； 2、尽量增大中央悬挂装置中空气弹簧或钢弹簧的横向跨距，以增大其角刚度，从而增强抗侧滚性能（日本车型：车体宽3300

22、3400mm，支承宽度达2500mm以上。部分欧洲车型均有采用） 。,抗侧滚扭杆装置的作用原理,1、提高抗倾覆稳定性的措施,2、车辆的抗侧滚装置,（1）特点：弹性杆，只阻止车体侧滚，不妨碍其垂向振动。,（2）工作原理：两端装于构架上的轴套内，中间与簧上部分/铰接。车体侧滚时：扭杆的转臂反向运动产生复原力距，从而阻止车体侧滚；正常时：扭杆转臂同向运动，扭杆自由转动。,4、橡胶弹簧,（1）特点：三维弹性、多边形状。 （2）类型：缓冲垫、衬套、止挡。 （3）用途：定位、隔音、减振。,1、橡胶具有蠕变特性（时效蠕变或弹性滞后现象）。橡胶动刚度比静刚度大，其增大的倍率与动载荷和振幅有关，一般要增大10%

23、40%。 2、橡胶元件的性能（弹性、强度）受温度影响较大。 3、具有体积基本不变的特性，即几乎是不可压缩的。 4、散热性不好，故不能把橡胶元件制成很大的整块，需要时应做成多层片状，中间夹以金属板，以增强散热性。 5、橡胶元件的疲劳破坏，主要在应力集中处产生的裂纹，橡胶和金属粘合处发生的剥离，在压缩时侧面产生褶皱现象等逐渐发展造成，所以，设计时应特别注意防止出现这种现象。一般与橡胶接触的配件表面不应有锐角、凸起部位的沟孔，橡胶元件在形状上尽量使橡胶表面的变化比较均匀。 6、橡胶变形受载荷形式影响较大，承受剪切载荷时变形最大，而承受压缩时变形最小。 橡胶元件是属于粘弹性材料，其力学特性比较复杂。通

24、常它的性能是不稳定的，精确计算相当困难，设计时只能进行初步估算。,（一）橡胶元件设计时的注意事项,5、环弹簧,（1）特点：多组内外环。 （2）用途：缓冲（内外环变形）、耗能（接触面摩擦生热）。多用于缓冲器。,第六节 减振元件,一、作用及分类 二、摩擦式减振器 1、变摩擦楔快式减振器 2、常摩擦楔块式减振器 3、利诺尔减振器 三、油压减振器 1、油压减振器特点及组成 2、油压减振器工作原理 3、油压减振器安装位置,一、车辆减振元件的作用及分类,分类： （1）按安装方向分：垂向、横向、纵向。 （2）按安装位置分：轴向减振器、中央减振器。 （3）按作用原理分：摩擦减振器、液压减振器。 （4）按阻力特

25、性分：常阻力减振器、变阻力减振器。,作用： 衰减振动； 保持弹簧装置工作灵敏。,2、阻力特性及计算,摇枕向下运动时 摇枕向上运动时 减振器楔块受力分析,二、摩擦式减振器,1、减振作用原理,三、油压减振器,1、油压减振器特点及组成 2、油压减振器工作原理 3、油压减振器安装位置,1、油压减振器特点及组成,图1 SFK1型油压减振器,（1）特点：自调节特性（振幅大时，衰减量也大）。 （2）组成：油液、油缸、活塞、缸端密封、贮油筒、进油阀、防尘罩。,一般油压减振器主要由活塞、进油阀、缸端密封、上下联结、油缸、贮油筒及防尘罩等部分组成。,2、油压减振器工作原理,（3） A.拉伸状态：活塞杆向上运动，B

26、腔油液的压力增大，压差使其经过心阀的节流孔流入A腔。油液通过节流孔时产生大小与的流速、节流孔的形状和大小有关的阻力。 B.压缩状态：活塞杆向下运动，受到活塞压力的A腔油液通过心阀的节流孔流入B腔而产生阻力。 C.油量调节：活塞杆有一定体积，当活塞上下运动时，A腔和B腔体积变化不相等。为保证减振器正常工作，在油缸外增加一贮油筒（C腔）实现油量调节。,3、油压减振器安装位置,第七节 制动系统,一、 制动系统的简介 二、空气制动机 三、基础制动装置,一、 制动系统的简介,一、制动系统的组成及作用 二、对制动系统的要求 三、制动方式分类 四、制动机分类 五、制动常用术语,1、制动的意义,（1）最高运行

27、速度不仅与牵引功率有关，也受到制动能力的限制。 （2）要提高旅行速度，必须是列车启动快，制动距离短。 （3）紧急制动距离比起动加速距离短的多，制动功率=510*驱动功率。（紧急制动距离干线普通车800mm，提速车1000m；地铁车180m),2、对制动装置的要求,（1）保证安全方面的要求 a列车发生分离事故时，全列车应立刻自动紧急制动停车。 b除司机外，必要时在机车以外的其他车辆上使用紧急制动阀也能使列车紧急停车。 c能承受较大的制动功率，保证列车在规定的制动距离内安全停车，并且在制动过程中能防止车轮滑行。 d能保持制动力不衰减。（放飏） （2）作用性能方面的要求 a灵敏度要高。制动波速、缓解波速都应达到当代的先进指标。列车前后的制动及缓解作用有良好的一致性。 b要有足够的制动稳定性和安定性。 c. 应具有动力制动和摩擦制动等联合制动能力，正常制动应尽量发挥动力制动能力。 （3）结构运用方面的要求 a操纵方便准确。 b便于检修维护，检修间隔周期要长。 c各部件结构要合理，便于制造，坚固耐用，机械效