转向架结构原理及基本部件讲课

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1、第 1 页 共 24 页 转向架结构原理及基本部件 产品研发中心 转向架室 2009 年 12 月 3 日 第 2 页 共 24 页 目 录 一 转向架概述 4 1 运行的稳定性 4 2 通过曲线的良好性能 5 3 满足旅客舒适度的要求 5 二 转向架的作用 要求及基本组成 6 1 转向架的基本作用及要求 6 2 转向架的组成 7 三 转向架的分类 8 1 按转向架的轴数 类型及轴箱定位方式分类 8 1 1 轴数与类型 8 1 2 轴箱定位方式 8 2 按弹簧悬挂装置分类 13 3 按摇枕弹簧横向跨距分类 14 4 按垂向载荷的传递方式分类 15 4 1 车体与转向架之间的载荷传递 15 4

2、2 转向架中央 摇枕 悬挂装置的载荷传递 16 4 3 构架 侧架 与轴箱轮对之间的载荷传递 17 四 转向架主要部件介绍 18 1 轮对 18 2 构架和摇枕 20 3 弹簧减振装置 20 第 3 页 共 24 页 3 1 分类 20 3 2 车辆弹簧装置的主要作用 20 3 3 车辆上采用橡胶元件的优点 21 3 4 空气弹簧装置 21 4 基础制动装置 23 第 4 页 共 24 页 一 转向架概述 支承客 货车车体并使之在轨道上运行的装置称为转向架 亦称走行部 转 向架配置在车体下方 它在结构上是一个独立的部件 除了有轮对 轴箱 轴承 和构架等基本部件外 在轮对与构架之间 构架与车体之

3、间设有弹性元件 分别 称为轴箱弹簧装置和中央弹簧装置 即车体悬挂装置 其构造简图示如下 转向架应具有的性能 为了要确保列车安全 平稳地运行 转向架应具备以下性能 1 运行的稳定性 由于铁路车辆的车轮踏面具有锥度 轮缘与钢轨侧面之间有间隙 因此车辆 在运行中 压装在同一车轴上的左右两个车轮就会以不同的滚动直径与轨面接 触 于是 轮对在前进的同时 还作周期性的左右运动 轮轴中心的运动轨迹如 下图所示 轮对如此周而复始地运动就是所谓的蛇行运动 第 5 页 共 24 页 如果蛇行运动的振幅随时间延续而逐渐衰减 则轮对或转向架的运动是稳定 的 反之就是不稳定或失稳 失稳后振幅逐渐扩大 直至轮缘碰撞钢轨

4、损伤车 辆及线路 甚至造成脱轨事故 同时 转向架和车体出现大振幅的剧烈振动 使 车辆的运行性能恶化 旅客的舒适度下降 转向架的试验研究证明 当车辆的运 行速度超过200 公里 小时时 有可能出现这种不稳定的蛇行运动 因此 抑制 蛇行运动 确保车辆运行的稳定性 是研制转向架需要解决的主要问题之一 2 通过曲线的良好性能 单独一个轮对在曲线上运行时 由于左右轮轨接触点的半径可能不同 因此 不需要司机操纵 轮对就能自动转向 可是 一构成转向架 就难以实现理想的 转向 因为在车轮和钢轨间将产生侧向压力 并造成车轮 钢轨的磨损 一般车 速运行时 轮 轨的磨损问题尚不突出 但高速客车高速通过曲线时 过大的

5、侧 压力会造成轮 轨的剧烈磨损 一般来说 改善车辆的曲线通过性能与蛇行运动稳定性往往是矛盾的 因此 在选择转向架尤其高速转向架的有关设计参数时 要进行合理折衷 兼顾两方面 的性能要求 3 满足旅客舒适度的要求 旅客舒适度是反映旅客在旅途中疲劳程度的综合性生理指标 影响舒适度的 因素很多 如车内设备 通风 照明 温度 湿度 噪声 了望和振动等等 其 中 振动是整个运行过程中始终存在的 一直起作用的主要因素之一 通常用平 稳性指标 W 来表示 它反映车辆振动对舒适度的影响程度 理论分析和实践 经验表明 车辆的垂向和横向运行平稳性随速度提高而下降 于是 在一般速度 下平稳性满足要求的车辆 在高速时就

6、不一定能满足要求 为此 除对线路构造 养护标准有严格要求外 也应合理设计转向架的悬挂装置和选择其参数 除以上三方面外 高速化引起的噪声污染和对线路的破坏作用也要控制到最 小限度 第 6 页 共 24 页 二 转向架的作用 要求及基本组成 铁路运输事业发展的初期 世界各国均采用二轴车辆 车轴直接安装在车体 下面 这种二轴车一般比较短小 为便于车辆通过曲线 前后两轴中心线之间距 离一般大不于 10m 二轴车的总重受到车辆容许轴载重的限制 车辆载重量一般 不大于 20t B 轴 随着铁路运输事业的发展 二轴车在载重 长度和容积等多方面都不能满足 要求 于是曾出现与二轴车结构相仿的多轴车辆 虽然它能增

7、加载重量 但为能 顺利通过小半径曲线 前后两轴的距离仍受限止 不能太大 从而限止车辆长度 和容积的增力 另外 车辆通过小曲线半径时 中间轮对相对车体要有较大横向 游动量 使得车辆结构复杂 因此这种型式的多轴车没有被推广采用 常见的多轴车辆是采用带转向架结构形式的 把两个或几个轮对用专门的构 架 侧架 组成的一个小车 称为转向架 车体就是支承在前后两个转向架上 为便于通过曲线 车体与转向架之间可以相对转动 这样 当将一个车体坐落在 两个小二轴车上 如转向架是二轴式 使车辆的载重量 长度和容积都可以增 加 以满足近代铁路运输发展的需要 目前绝大多数车辆都采用转向架的结构形 式 1 转向架的基本作用

8、及要求 a 车辆上采用转向架是为增加车辆的载重 长度与容积 提高列车运行速 度 以满足铁路运输发展的需要 b 保证在正常运行条件下 车体都能可靠地坐落在转向架上 通过轴承装 置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动 c 支承车体 承受并传递从车体至轮对之间或从轮轨至车体之间的各种载 荷及作用力 并使轴重均匀分配 d 保证车辆安全运行 能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线 e 转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装 使之具有良好的减振特性 以缓和车辆和线路之间的相互作用 减小振动和冲击 减小动应力 提 高车辆运行平稳性和安全性 f 充分利用轮轨之间的粘着 传递牵引力和制动力 放大制动缸所产

9、生的 第 7 页 共 24 页 制动力 使车辆具有良好的制动效果 以保证在规定的距离之内停车 g 转向架是车辆的一个独立部件 在转向架与车体之间尽可能减少联结 件 并要求结构简单 装拆方便 以便于转向架可单独制造和检修 h 通过车轴带动发电机 为车辆用电设备提供一定量的电能 i 通过轴端测速装置 提供速度 加速度信号 2 转向架的组成 由于车辆的用途 运行条件 制造和检修能力及历史传统等因素的不同 使 得转向架的类型非常多 结构各异 但它们又都具有转向架的共同特点 其基本 作用和基本组成部分是相同的 一般转向架的组成可以分为以下几个部分 2 1 轮对轴箱装置 轮对沿着钢轨滚动 除传递车辆重量外

10、 还传递轮轨 之间的各种作用力 其中包括牵引力和制动力 轴箱与轴承装置是联系构架 或 侧架 和轮对的活动关节 使轮对的滚动转化为车体沿钢轨的平动 2 2 弹性悬挂装置 为减少线路不平顺和轮对运动对车体的各种动态影响 如垂向振动 横向振动和曲线通过等 转向架在轮对与构架 侧架 之间或 构架 侧架 与车体 摇枕 之间 没有弹性悬挂装置 前者称为轴箱悬挂装置 又称第一系悬挂 后者称为摇忱 中央 悬挂装置 又称第二系悬挂 目前 我国大多数货车转向架只设有摇枕悬挂装置 客车转向架既设有摇枕悬挂装置 又设有轴箱悬挂装置 弹性悬挂装置包括弹簧装置 减振装置和定位装置等 2 3 构架或侧架 构架 侧架 是转向

11、架的基础 它把转向架各零 部件 组成一个整体 故它不仅仅承受 传递各作用力及载荷 而且它的结构 形状和 尺寸大小都应满足各零 部件的结构 形状及组装的要求 如应满足制动装置 弹簧减振装置 轴箱定位装置等安装的要求 2 4 基础制动装置 为使运行中的车辆能在规定的距离范围内停车 必须 安装制动装置 其作用是传递和放大制动缸的制动力 使闸瓦与轮对之间产生的 转向架的内摩擦力转换为轮轨之间的外摩擦力 即制动力 从而使车辆承受前 进方向的阻力 产生制动效果 2 5 转向架支承车体的装置 转向架支承车体的方式 又可称为转向架的承载方式 不同 使得转向架与车体相联结部分的结构及形式也各有所异 但都应满足二

12、个基本要求 安全可靠地支承车体 承载并传递各作用力 如垂向力 振动力等 为使车辆顺利通过曲 第 8 页 共 24 页 线 车体与转向架之间应能绕不变的旋转中心相对转动 转向架的承载方式可以分为心盘集 中承载 非心盘承载和心盘部分承载三种 三 转向架的分类 由于车辆的用途不同 运行条件的差异 制造维修方法的制约和经济效益 等具体因素的影响 对转向架的性能 结构 参数和采用的材料及工艺等要求 就有差别 因而出现了多种型式的转向架 我国国内目前使用的客车转向架有 20余种 货车转向架有30多种 各种转向架的主要区别在于 转向架的轴数和 类型 弹簧悬挂系统的结构与参数 垂向载荷的传递方式 轮对支承方式

13、 轴 箱定位方式 制动装置的类型与安装 以及构架 侧架结构等诸方面 1 按转向架的轴数 类型及轴箱定位方式分类 1 1 轴数与类型 在各种转向架上 采用轮对的数目与类型是有区别的 根据铁道部标准 TB450 83 按容许轴重 车辆所用的车轴基本上可分为B C D E四种 车轴直径越粗 容许轴重越大 但最大容许轴重要受线路和桥梁的强度标准的 限制 一般货车采用B C D E四种轴型 客车采用C D两种轴型 随着我国 铁路运输的发展 其趋势是除少数特殊用途车辆之外 新型货车主要采用D E 两种轴 新型客车主要采用D轴 按轴数分类 转向架有二轴 三轴和多轴的 转向架的轴数一般是根据车辆 总重和每根车

14、轴的容许轴重确定的 例如采用二E轴转向架的货车每轴容许轴重 为25t 因此 其最大重量 自重与载重之和 不能超过4 25 100t 如果超过 100t 就需要用三轴或三轴以上的多轴转向架 我国大多数客 货车采用二轴转 向架 一些大吨位货车及公务车等采用三轴转向架 在长大重载货车上采用多轴 转向架或转向架群 1 2 轴箱定位方式 约束轮对与构架之间相对运动的机构 称为轴箱定位装置 由于轴箱相对 第 9 页 共 24 页 于轮对在左右 前后方向的间隙很小 故约束轮对相对运动的轮对定位通常也 称为轴箱定位 对于轴箱定位装置的基本要求是 它应该在纵向和横向具有适宜的弹性定 位刚度值 其值是该装置主要参

15、数 它的结构形式应能保证良好地实现弹性定 位作用 性能稳定 结构简单可靠 无磨耗或少磨耗 制造检修方便 重量轻 成本低 适宜的轴箱弹性定位 不仅可以避免车辆在运行速度范围内发生蛇行运动 失稳 还能保证车辆在曲线上运行时具有良好的导向性能 从而减小轮对与钢 轨之间的冲击和侧压力 减轻车轮轮缘与钢轨的磨耗 确保车辆运行的安全性 和平稳性 轴箱定位装置有多种结构形式 常见的有下面几种 1 固定定位 轴箱与转向架侧架铸成一体 或是轴箱与侧架电螺栓及其它 紧固件连接成为一个整体 使得轴箱与侧架之间不能产生任何相对运动 2 导框式定位 轴箱上有导槽 构架 或侧架 上有导框 构架 侧架 的导框插入轴箱的导槽

16、内 这种结构可以容许轴箱与构架 侧架 之间在铅垂 方向有较大的相对位移 但在前后 左右方向仅能在容许的间隙范围之内 有 相对小的位移 KZ16型三轴转向架转向架和部分机车转向架用 第 10 页 共 24 页 3 干摩擦导柱式定位 安装在构架上的导柱及坐落在轴箱弹簧托盘上的支 持环均装配有磨耗套 导柱插入支持环 发生上下运动时 两磨耗套之间是干 摩擦 它的定位作用是由于轴箱橡胶垫产生不同方向的剪切变形 实现弹性定 位作用 我国客车时速120km h的客车基本上采用这种定位型式 如202 209T 209P 206G 206P转向架等 4 油导筒式定位 把安装在构架上的轴箱导柱和坐落在轴箱弹簧托盘上的 导筒分别做成活塞和油缸形式 导柱插入导筒 导柱在导筒内上下移动时 油液 可以进出导柱的内腔 产生减振作用 它的定位作用是 当构架与轴箱之间产生 水平方向的相对运动时 利用导柱与导筒传递纵向力和横向力 再通过轴箱橡胶 垫传递给轴箱体 使橡胶垫产生不同方向的剪切变形 实现弹性定位作用 第 11 页 共 24 页 5 拉板式定位 用特种弹簧钢材制成的薄形定位拉板 一端与轴箱连接 另一端通过橡胶节点