动 车 组 转 向 架

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1、动 车 组 转 向 架 技 术 北京交大机电学院 金 新 灿 第一讲 高速动车组转向架的发展及理论 第一节 高速动车组的兴起 随着经济的持续发展，城市化进程逐渐加快， 城市之间的人员和物资交流日益频繁，对城际间快 速交通的需求显著增长。铁路作为一种经济、安全 、大运量的大众化交通工具，在各个国家的经济生 活中具有关键性的作用。二十世纪五十年代，铁路 遇到了航空和高速公路的严峻挑战，促使各国铁路 进行内部的体制改革和运输手段上的技术创新。 自上个世纪八十年代以来，世界铁路进入了高 速化的新时期。世界各国在发展高速列车时均在 高速转向架上投入了很大精力，但目前只有少数 国家的转向架运营速度能够达到

2、或超过300km/h 。其根本原因在于当提高车辆速度的同时，保持 和提高车辆的乘坐舒适性是非常困难的。目前运 行速度超过250km/h的高速客车转向架的典型代 表有法国 TGV列车的Y231、Y237，德国ICE 列 车的MD530、SGP400和SF500， 日本新干线 300系的TDT203、TR7001，500系的WDT205和 700系的TDT204、TR7002。 第二节 国外主要高速动车组转向架概述 1、日本新干线电动车组的高速转向架 随着新干线高速列车不断发展与改进， 其转向架的结构与性能也不断地在发展，开发 了 多种系列的高速动车组转 向架。 据统计 新干线电动车组 的高速转向

3、架前后 共 研制了30多种型式，其中有些是试验 型，有些是 成批生产型。就转向架技术的发展而言，大体 上 可以分为三代。 第一代是以DT200为代表的无摇动 台转向架； 第二代是以TDT203和TTR7001为代表的无摇枕 转向架；第三代是500系700系用的新型转向架 。 (1)DT200(DT201，DT202)型转向架 DT200型转向架的设计 目标，首先是抑制 蛇行运动，保证高速时的安全性；其次是性能 不随运用时间 而变化，当然也要考虑减轻自重， 刚性大和便于维修。主要用于0系列、100系列车。 DT200转向架的主要特点是：取消摇动 台， 利用空气弹簧的横向刚度；采用IS式轴箱定位

4、装置，利用橡胶衬套使前后左右有适当的弹性； 车体采用全旁承支重；装有车轮 踏面清扫 装置等。 IS式轴箱定位装置 (2)、300系TDT203，TTR7001型无摇枕转向架 为了开发既能满足高速，曲线通过性能又 良好的转向架，日本铁道综合技术研究所不断 设计和改进无摇枕转向架，在19801988年 间，先后研制推出了5种无摇枕转向架DT9022 、DT9023A/B、DT9023E/F及WDT9024A型 。这些转向架在19861991年间进行了大量 试验，在提高速度、轻量化、提高乘坐舒适性 方面取得了良好的效果。在此基础上，日本东 海铁路客运公司以DT9023E/F转向架为原型， 设计制造了

5、用于300系电动车组的新一代无摇 枕转向架TDT203型（动力）和TTR7001型（ 非动力）。 由于东海道新干线当年所定的最小曲线半径 为2500m，而且曲线较 多，所以进一步提高速度 不是很容易的。TDT203型转向架与DT200型转向 架相比，做了大量的改进，重量减轻了2.1t，长度 减小了0.8m，属于新一代即第二代无摇枕转向架 。TDT203和TTR7001型转向架的设计 和结构特 点： 为了降低对轨 道的破坏、提高高速运行时 的稳定性，减轻了簧下重量； 取消了摇枕、牵引拉杆、心盘和旁承，在 谋求降低簧间重量的同时，取消了维修费事的滑 动部位，使运行性能不会随运用时间 而恶化。 为了

6、很好的兼顾并确保高速运行稳定性和曲线 通过性能，采用螺旋弹簧、圆筒橡胶组合的轴箱 定位方式，取代过去的IS式轴箱定位。采用了抗 蛇行减振器。 为了减轻车轴 重量，做成内径60mm的平直型空心 车轴 。为了减轻车轮 的重量，新造时的车轮 直径 从现在的910mm改为810mm。与100系相同，踏面 采用圆弧形踏面。轴箱体采用铝合金(锻造)， 以减轻重量。 a.TDT203型转向架 b.TTR7001型转向架 图 TDT203和TTR7001型转向架（300系） (3).500系WDT205型和700系TDT204及TTR7002型 高速转向架 500系电动车组 最高速度达350km/h，1997

7、 年开始投入运营。采用WDT205型新型无摇枕转 向架。转向架采用了许多新技术，如主动悬 挂控 制、铝合金制动盘 等。500系全部采用动力转向 架，转向架重量减到6.5t。WDT205型转向架轴距 2500mm，中央空气弹簧横向跨距2600mm，轮径 860/790mm，其轴箱悬挂采用铝制转臂式，其定 位刚度在纵向是每轴24.5kN/mm，在横向是每轴 9.8kN/mm。转向架轴重11.2t，采用空心轴。 图 500系WDT205型动车转向架 700系动车组 的转向架是TDT204型（动力）及 TTR7002型（非动力），它的主要特点是采用半主 动控制减振器以控制车体的左右振动。转向架的 二系

8、悬挂为无摇枕结构，其轴箱定位装置为螺旋 弹簧+圆柱叠层橡胶，与300系的TDT203型和 TTR7001型转向架的轴箱定位装置相同。 500系WDT205型和700系TDT204及TTR7002型高速 转向架均可称为日本第三代高速转向架。为进 一 步提高舒适度，这些转向架上均采用了主动或半 主动悬 挂控制系统，这也是第三代高速转向架的 一大特色。 图 700系电动车组转向架 (4). E2系电车组用转向架 E2系电动车组 是为适应北陆新干线而研制的 ，转向架为无摇枕结构，轴距2500mm，轮径 860mm，轴重13t，采用空心车轴 ，拉板式定位， 圆柱滚子轴承。 2. 德国ICE系列高速转向架

9、 （1）ICE用MD530型转向架 1982年德国决定研制城间试验 列车ICE，编组为 2M+3T，设计 速度为350km/h。在ICE试验 列车的 基础上于1986年开始研制ICE(或称ICE1)高速动车 组，设计 速度280km/h，采用MD530型有摇枕转向 架。 MD530型转向架是在性能良好的MD52型转向架的 基础上发展而来的。固定轴距为2.5m，速度可达 300km/h，每台转向架重7.5t,车轮 踏面采用 DIN5573（UIC/ORES1002）磨耗型踏面。 由两平行配置的弹性拉板构成无磨耗的轴箱 定位，在轮对轴箱与弹性拉板之间设有纵向弹性铰 ，它由金属橡胶元件所构成。由螺旋

10、弹簧和与其平 行 配置的液压减振器组成一系弹簧减振装置. 图 MD530型转向架 （2）ICE2用SGP400型径向转向架 1993年秋，ICE2型电动车组经过对 比调研 ，最后选用了SGP400型径向无摇枕转向架，该 转向架最大的改进有三个方面: 轮对导向的改进; 二系悬挂的横向主动控制系统; 电子控制回转阻尼系统“DES”. ： 图 SGP400转向架 （3）ICE3用SF500型转向架 由于采用动力分散模式，ICE3动车组 的转向架 ，不论是动力还是非动力转向架均要求具备高的 运行品质，并要求整个寿命周期内成本最底。为 此，SGP公司和Adtranz公司联合设计 制成了SF500 型无摇

11、枕转向架8。 动力转向架和非动力转向架均采用相同的形式 。转向架构架为箱形焊接结构，由两根中间为 凹 形的侧梁组成，一系悬挂是螺旋弹簧加垂直减振 器，单侧 拉杆定位。二系悬挂为加有橡胶堆的空 气弹簧，以及装有抗侧滚 装置和抗蛇行减振器。 ICE3要求最高运行速度330km/h，为此每吨质量 的功率要从ICE1的10kW/t增加到20kW/t，同时要 求最大轴重不超过17t，全列车中，动力转向架和 非动力转向架各占50%。 德国SF500型动车组转向架图 3. 法国TGV用高速转向架 （1）第一代TGV-PSE用的Y231和Y230型转向 架 1976年法国决定制造两列TGV列车，1981年9月

12、 TGV-PSE开始投入运营，营业 速度260km/h。1983 年5月营业 速度达到270km/h。TGV-PSE所用的铰接 式转向架为Y231型无摇枕转向架，动力转向架为 Y230型无摇枕转向架。动力转向架和非动力转向 架均采用相同的结构形式。 Y231转向架轴距3m，轮径920mm，自重7775kg， 轴重17t，一系悬挂装置由一组螺旋弹簧和二组 钢一橡胶夹层弹 簧组成，该二组钢 一橡胶夹层 弹簧同时可保证轴 箱相对于构架在横向和纵向的 定位。二系悬挂为高柔度的螺旋弹簧。每台转向 架安装两个垂直减振器，两个抗蛇行减振器和一个 横向减振器。其基础制动装置包括单元式的踏面 制动、盘形制动和磁

13、轨制动。 （2）第二代TGV-A用Y237型转向架 第二代TGV-A运行于大西洋沿岸，1989年投入运 行，最高运行速度300km/h，1990年最高试验 速度 达到515.3km/h。TGV-A所用的拖车转 向架为Y237 型。 Y237转向架与Y231相比，在结构性能方面都有 较大的改进。轴箱悬挂改为转 臂定位，中央悬挂 改用空气弹簧，并加装了抗侧滚 扭杆，基础制动 取消了踏面制动装置。 Y231转向架在运行中暴露出向车体传递约10Hz 的高频振动，与车体的弯曲振动相耦合，导致运行 平稳性不良，为此，采用由Continent公司制造的 SR10空气弹簧，使二系悬挂在垂向和横向都具有 高的柔

14、性，使得车体在簧上的垂向和横向自振频率 分别降低到0.7和0.75Hz。显著地改善了车辆的垂 向和横向振动性能，提高了在直线和曲线上的运行 平稳性，因而这种悬挂不仅在TGV-A的Y237上使 用，又在TGV-PSE的Y231的转向架推广应用， Y237在二系悬挂中还加装抗侧滚扭杆装置，这是 采用高柔软性的二系悬挂后所必需的。 法国TGV Y237型转向架图 图 Y237型转向架的空气弹簧及其与车端的连接结构 （4）第三代TGV-2N用237-A型转向架 为了满足高客流量的需要，法国又研制了TGV-2N 双层客车，1995年投入使用，它能增加45%的载客 量，为了仍保持17t轴重，采用铝合金车体

15、，同时 要求转向架进一步减重，用于TGV-2N的动车转 向 架如图11a，与以往动力转向架不同之处主要是用 轮盘 式盘型制动取代了闸瓦踏面制动，每一轮对 仅在一个轮子上安装一套轮盘 式制动盘 ，对角布 置，采用锻钢 制动盘 及粉末冶金闸片。 拖车转 向架是Y237的改进型Y237-A型转向架， 如图11b。Y237-A的基本结构与Y237相同，Y237 -A转向架在有的场合被称为Y237的改进型，在有 的场合被称为第3代(或第2.5代)TGV转向架。 图 TGV-2N的动车转向架 图 TGV-2N的拖车转向架(Y237的改进型Y237A) 4. 意大利的ETR高速转向架 1983 年意大利铁路

16、对300km/h动车组进 行了可 行性研究，着手开发ETR500电动车组 。 动车转向架构架支撑在2个轴箱螺旋弹簧上，轴 箱用两根对角布置的拉杆定位，橡胶元件可以保 证构架和轴箱之间的弹性联接。 采用直径为1100mm的整体车轮，车轴上装 有圆锥滚动轴承的轴箱。二系悬挂装置设有四个 带橡胶件的螺旋弹簧。 每台转向架上装有两台牵引电机，使用四个 关节式橡胶元件和不传递垂直载荷的销，把电机 固定的转向架上。 图 ETR500的动车转向架 ETR500拖车转 向架是意大利铁路（FS）早 已使用的7195C型和Y0270S型的高速转向架的改 进型。 构架由两根纵向梁和两根管形横梁组成，轴距3m ，直径为890mm的车轮 具有双波纹辐 板，这种形 状可使车轮 减轻簧下重量。一系悬挂的结构与动 车相同，采用双拉杆弹性定位。二系悬桂为高柔 度螺旋弹簧加橡胶垫，每轴装有三个制动盘 。 ETR500约于1996年投入米兰罗马 之间的营 业运行，最高运行速度为275km/h。 ETR500的 拖车转 向架图 转向架型号 动车TDT204 拖车TR7002 WDT