转向架的动力学特性
城市轨道交通车辆与结构(第三章动力转向架和非动力转向架)
五、牵引电机对角配置的单独轴—纵向驱动
原理：
电机驱动轴与齿轮减速箱之间的扭矩的传递由一传动轴来实现。
结构特点：
两牵引电机呈对角纵向悬挂于构架横梁的下方； 齿轮减速箱一端弹性悬挂于构架的端梁，另一端抱在轮对车轴
上。 两轮对各自独立配置牵引电机及其传动装置； 电机和减速箱间采用十字联轴节、传动轴驱动 电机纵向配置使轮对内侧留出了更大的空间，有利于安排制动 盘或采用内置式轴箱，有利于减缩转向架的固定轴距。
结构特点：
牵引电机完全弹性地悬挂于构架。 单个电机纵向布置，经万向接头空心轴传动。
性能特点：
较上述的单电机两轴—纵向驱动、骑马式结构减 轻了簧下重量，改善了动力性能，其余特征均与 之相类似。
全悬挂单电机两轴纵向驱动装置（简图）
1—牵引电机； 2—联轴节； 3—驱动伞齿轮； 4—万向接头空心轴； 5—联轴器； 6—轮轴； 7—减速箱； 8—制动盘
单电机两轴纵向驱动、骑马式结构（简图）
1—牵引电机； 2—联轴器； 3—驱动伞齿轮； 4—空心轴； 5—橡胶联轴器； 6—轮轴； 7—减速箱； 8—制动盘
四、全悬挂单电机、两轴—纵向驱动
原理：
电机两端伸出的驱动轴经联轴器、减速齿轮驱动 万向接头空心轴，再经橡胶联轴器将扭矩传递给 轮轴。
3、摇枕弹簧装置
DK4型转向架的摇枕弹簧装置采用无摇动台的空气弹 簧支悬形式 结构特点：
摇枕由钢板焊成空心鱼腹形等强度梁，上、下盖板厚14mm， 腹板厚8mm。 摇枕做成密封结构，兼作空气弹簧的附加空气室 摇枕支承在空气弹簧上，由气嘴与空气弹簧相连通 DK4型转向架采用心盘承载的方式，下心盘直径为360mm。 下旁承实际上是一块固定在摇枕上的渗碳摩擦板。上下旁承 之间的间隙为3～5mm，左右的旁承间隙之和不超过8mm。 在摇枕与构架之间有纵向牵引拉杆。其作用是把轮周牵引力 传递到摇枕上，但不妨碍摇枕在上下、左右方向的位移。
高速动车组转向架的发展及其动力学特性综述_李芾
文章编号:1002-7602(2008)04-0005-05高速动车组转向架的发展及其动力学特性综述李 芾,安 琪,付茂海,黄运华(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘 要:概述了国内外高速动车组转向架的发展历程、高速动车组动力学性能评定和转向架结构对车辆动力学性能的影响,对我国高速动车组转向架的基本模式提出了部分建议。
关键词:高速动车组;转向架;动力学特性;发展;综述中图分类号:U270.331 文献标识码:B收稿日期:2007-07-27;修订日期:2008-01-08作者简介:李 芾(1956-),男,教授,博士生导师,德国工学博士。
1 国内外高速动车组转向架的发展20世纪60年代,日本开发了第1代0系新干线动车组用DT200型动力转向架,其一系悬挂采用IS 拉板双圆簧模式,中央悬挂由空气弹簧、液压减振器等组成。
随着研究的不断深入,又先后开发了300系动车组用DT203型、500系用WDT9101/9102/9103型等20余种转向架。
这些转向架结构不断简化,通过采用轻量化焊接构架、铝合金轴箱、铸铝齿轮箱和空心车轴等技术使转向架质量和簧下质量得到降低;驱动单元除采用常规的牵引电机架悬、通过齿式联轴节补偿相对位移的模式外,还在试验转向架上对牵引电机半体悬、平行万向轴驱动和牵引电机体悬、纵向万向轴-锥齿轮传动等模式进行了试验;对于轴箱定位方式,新干线动车组则通过多方案对比确定最优模式;500系、N700系等动车组分别采用了半主动控制横向减振器、主动控制空气弹簧等新技术,以改善车辆动力学性能,提高车辆运行速度。
欧洲早期高速动车组采用动力集中模式,其动力转向架模式与现代动力分散型动车组转向架有较大的区别,而其拖车转向架则由常规客车转向架演化而来。
近年来,欧洲国家开发的动力分散型动车组用动力转向架模式与日本新干线动车组转向架模式基本相同,一般采用无摇枕结构,构架为轻量化焊接构架;轴箱定位采用转臂定位或橡胶弹簧定位;中央悬挂装置由空气弹簧、横向减振器、抗蛇行减振器和抗侧滚扭杆等部件组成;驱动单元采用牵引电机架悬或体悬、齿轮箱抱轴悬挂的形式;采用轴装或轮装盘形制动;牵引机构则采用单拉杆或Z 形拉杆牵引。
基于磁流变液阻尼器的高速货车转向架动力学性能研究
Ａ ａ ｓＲ ｉ下分别 建立装有磁流变液阻尼器和弹性旁 ｄｍ ／ ａ ｌ
承 的转 向架模 型 （ 图 ２所示 ） 如 ，并 且建 立 了磁流 变液 阻尼器 的半 主 动控 制 策 略 ，研 究 比较 两种 连 接 方 式下
１ 磁 流变 液 阻尼 器 的 阻尼 力计 算模 型 磁流 变液 阻尼 器 可 分 为 流 动模 式 、剪 切 模 式 、压
第 ２ 卷增 刊 ８ ２０ ０ ８年 １ ２月
文 章 编 号 ： １０ ７４ （０８ Ｓ ２５— ３ ０８— ８２ ２０ ） —ＯＯ ０
铁 道 机 车 车 辆
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Ｖｏ ． ８ Ｓ ｐ ｌ １２ ｕ ｐ
Ｄｅ ｃ． ２０ ０８
缩模式 以及这 ３ 种基本模式 的任意组合。基 于列车抗
旁承摩擦力矩 ，那 么车辆通过 曲线 时 ，旁承提供 的回
转阻尼 矩将 会 在一 定 程度 上影 响转 向架 曲线 通过 性 能 ，
弹性旁承参数的优化在 曲线通过性能和临界速度两方 面存 在矛 盾 。 因此 对 未 来 货 车 在 超 过 １ｏｋ ／ 高 速 运 ６ ｍ ｈ
行条件下 ，采用常接触弹性旁承设计方案来兼 顾转 向 架 的直线 运 行稳 定 性 和 曲线通 过性 能 存在 很 大 困难 。
是磁 流变 液 的动力 黏 度 。剪 切 阀式 磁 流 变液 阻尼 器 阻 尼力 可 以看作 两 项 ，库 仑 阻 尼 力 与 黏滞 阻尼 力 ，它 们 之 比为 阻尼力 可调 整 系数 ｋ 。 根据 机 车车辆 抗蛇 行减 振器 的输 出力 特点 和范 围 ， 本 文设 计 了最 大输 出 力 为 １ Ｎ ５ｋ 、最 大 耗 能 为 ２ 的 ５ｗ 剪 切 阀式 双 出杆 磁 流 变 液 阻 尼器 ，设 计 了磁 流变 液 阻 尼器 的结 构形式 和部 件 参 数 。根 据 铁 道 车辆 悬 挂 系 统 的工 况 ，计算 了不 同励 磁 工 况 下 磁 流 变 液 阻尼 器 的 阻 尼力 特性 ，计 算得 出 的速度 特性 曲线 如 图 １ 所示 。 ２ 高 速货 车转 向架 动 力学模 型 的建立 本文 以满 足 ２０ｋ ／ ０ ｍ ｈ车辆运 行 速度 的高 速货 车 转 向 架 为 设 计 要 求 ，以 集 装 箱 平 车 为 参 考 模 型 ，在
转向架
(5)两转向架相同，可实现互换，有利于简统化。 (6)车轮采用整体碾钢车轮。 (7)轴箱轴承采用100CrM07材料制成的高速重载 轴箱轴承。 (8)一、二系弹簧均采用簧条磨光技术，去掉轧制过 程中的脱碳层，提高其疲劳强度。 (9)基础制动采用单侧粉末冶金闸瓦单元制动装置。
转向架一般包括构架、轮对、轴箱悬挂装置、牵引 电动机及其悬挂、齿轮传动、基础制动装置等丰要 组成部分。这些装置组装在一起，使转向架成为一 个复杂而又紧凑的整体部件。
转向架有很多分类方法，按轴数分类，可分为两轴 转向架和三轴转向架。具体选择两轴转向架还是三 轴转向架，应根据线路、机车功率、速度、轴重要 求等综合因素确定，例如我国的SS1型、SS3型、 SS5型、SS7E型、SS9型、HXD1C型、HXD3型等 电力机车采用三轴转向架C0-C0轴式，SS4改型、 SS7型、SS7C型、SS7D型、SS8型电力机车采用两 轴转向架，SS4改型电力机车轴式为2(B0-B0)， SS8型电力机车轴式为B0-B0，SS7型、SS7C型、 SS7D型电力机车轴式为B0-B0-B0。
(1)一系采用轴箱螺旋钢弹簧与弹性定位拉杆的独立 悬挂结构，二系采用全旁承橡胶堆简单悬挂结构。 (2)传递牵引力的方式为平拉杆式。 (3)轴箱轴承采用能承受轴向和径向作用力的滚柱轴 承。 (4)构架受力和结构趋于合理。 (5)轴制动率均衡，可防止踏面擦伤。
ຫໍສະໝຸດ （二）SS4改型电力机车 SS4改型电力机车有4台相同的B0转向架，如图3-2所示。 SS4改型机车转向架具有以下特点。 (1)一系悬挂采用轴箱螺旋钢弹簧与弹性拉杆定位的独 立悬挂结构，并配置垂向油压减振器；二系悬挂采用全 旁承橡胶堆加横向油压减振器和摩擦减振器的简单悬挂 结构。 (2)牵引力、制动力传递为斜拉杆低位牵引方式。 (3)轴箱轴承均采用能承受轴向力和径向力圆柱滚子轴 承。 (4)电机悬挂方式为刚性半悬挂。 (5)构架受力状态和结构合理，工艺性好。 (6)基础制动采用单边高磨合成闸瓦。
转向架
铁路机车车辆转向架的分类与特点转向架是指车辆在曲线运行时使轮轴相对于车体转向的走行装置。
转向架根据其结构或组成部件的不同分为许多种类，而它们的组合也可以有无数种。
现列举其主要分类和特点。
1按轴数分类大型车体加到轮轴上的荷重大，车体上装的轮轴就要多，这样的车辆通过曲线比较困难，因而要有转向架。
由此就出现了2轴或3轴转向架。
但随着车辆的轻量化，如今2轴转向架是主流。
与固定轴的蒸汽机车或2轴货车(它们的轮轴直接安装在车体上)相比，有转向架的车辆具有乘坐舒适、运行安全等优点。
由此也出现了单轴转向架。
单轴转向架多用于需通过小半径曲线的短车体上。
2按轮轴形式分类铁路车辆采用的一体化轮轴是把车轮压装到车轴的左右侧，而窟来出现的左右车轮独立旋转的转向架，则称作独立旋转车轮转向架，以便与一体化轮轴相区别。
一体化轮轴在车轮踏面上带有坡度，因此不需特别的操纵装置就可自动地通过曲线，而在直线区段又可自动复位。
但当曲线半径很小时，因踏面坡度不够，就会产生各种问题(车轮凸缘直接摩擦钢轨或有摩擦噪声，钢轨会有波状磨耗)，为此，路面电车常使用独立旋转车轮转向架，运行时噪声小。
另外，现在还有可变轨距转向架。
3按有无动力装置分类带有动力传动装置的称为动力转向架，电力机车上的转向架称作电动转向架。
不带动力装置的称拖车转向架或从动转向架。
动力转向架又有两种:一种是将发动机等产生的驱动力通过推进轴传递到转向架;一种是将牵引电动机直接安装在转向架上。
牵引电动机的安装方式，过去是用结构简单的鼻式悬挂，其簧下重量大;现在随着牵引电动机的小型化，广泛使用弹性联轴节〔万向节式或套筒式(空心轴式)、WN式等」的架承式悬挂(转向架架承式或车体架承式)。
4按转向架构架的材料分类构架是转向架的基本部件，起初以常用型钢作主材，通过铆接组装成型钢转向架，目前旧车辆上仍在使用。
型钢不能设计成自由的形状，还可能产生铆接松动。
此后使用过铸钢，但铸钢转向架太笨重，而且制造困难，制造设备复杂。
CRH2型动车组转向架概述
(4)车体与转向架问的纵向牵引装置：主要用以传递车体与转向架间纵向力。如：牵引力和制动力。
(5)驱动装置(动力转向架)：将动力装置的扭矩有效地传递给轮对，驱动车轮转动。
(6)基础制动装置：将制动缸压力增大若干倍以后传给闸片或闸瓦，使其压紧制动盘(或车轮)，对车辆施行制动。
表5.1主要技术参数表
项目
参数
项目
参数
最高运营速度(km/h)
250
轴距(mm)
2500
定员时轴重(100％定员，kN)
137.2(14tf)
车轮直径(mm)(新/磨耗到限)
φ860/φ790
满员时最大轴重(200％定员，kN)
156.8(16tf)
轮对内侧距(mm)
1353（＋2，-1）
编组能通过的最小曲线半径(m)
(1)垂向力(即重力)车体→空气弹簧→构架→轴箱弹簧→轴箱→车轴→车轮→钢轨。
(2)横向力(离心力等)
(3)纵向力(牵引力或制动力)(轮轨间黏着)车轮→车轴→轴箱→轴箱转臂定位(座)→构架→牵引拉杆座→中央牵引拉杆→中心牵引座→车体→车钩。
5.1.4.4拖车转向架基本结构
拖车转向架可分为中间转向架和端部转向架两类，两者结构基本相同，只是端部转向架上装有排石器。中间拖车转向架主要由构架、轮对组成、轴箱装置、一系悬挂、二系悬挂、踏面清扫装置、基础制动装置和速度传感器安装等部分组成，具体结构见图5.3。
油压缸：φ32mm×2
闸片
烧结合金(锻钢盘片)
轴箱定位方式
转臂式
弹性定位节点刚度(每轴箱)
纵向：13.7MN/m
横向：5.49MN/m
转向架结构与原理
3、车轮类型
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）。
4、 高速机车车辆采用整体碾钢车轮的原 因
（1）随着机车速度的大幅提高，车轮产生很大的离心力，对轮 箍产生的应力往往有可能破坏轮箍的结合强度。因此，不能采用 冷缩轮箍，有必要改用整体车轮。
（a）作用及要求
定义：轴箱与构架的连接方式，称为轴箱定位。
其作用为： １．给各轴以一定的重量分配并使所分配重量在车轮行经不平线路处不致
发生显著变化。
２．当车轮行经线路不平处时或因车轮不圆发生冲击时缓和冲击力。
均匀轴载、缓冲减振、轮对定位
（2） 要求
(1)便于一系定位刚度的选择(要求的刚度值可以在垂向、纵向和横向 独立地选择可兼顾一系定位刚度在高速运行时的稳定性和曲线通过性能。
第三节 走行系统
转向架基础知识
一、转向架的作用及要求 二、转向架的组成 三、 转向架的分类
一、 转向架的作用
支承车体并使之在轨道上运行的装置称为转向 架，亦称走行部，它是轨道车的关键部件。
1. 承重——承担机车上部的重量， 包括车体及安装在车体内的各种 机械、电气设备的重量，并把这 些重量经一系弹簧悬挂装置传递 到钢轨上。
拉杆定位
第2节 轮对轴箱装置
一、轮对 二、车轴 三、车轮 四、轴箱装置
一、轮对
1、轮对组成 2、轮对的主要作用 3、轮对基本要求
1、轮对组成
2轮+1轴，过盈连接，轮轴同转。
2、轮对的主要作用
➢ 车辆全部重量通过轮对支承 在钢轨上； ➢ 通过轮对与钢轨的粘着产生 牵引力或制动力； ➢ 通过轮对滚动使车辆前进。 ➢轮对在运行中的受载情况比 较繁重，当车轮行经钢轨接头 、道岔等线路不平顺处时，轮 对直接承受全部垂向和侧向的 冲击。
径向转向架机车动力学特性分析
轮对 在通 过 曲线 时如 能 占径 向位 置 ， 那 么轮 轨 冲角将 明 显减 小 ， 轮 缘 与钢 轨接 触 几率 变小 ， 机 车 曲线通 过 性 能提 高 。 冈１ 为 自导 向径 向转 向架机构 简 图及 曲线
通过受力 图 ， 轮对通过 曲线 时 ， 轮对在蠕滑力矩 Ｍ． 、 ，
起来 ， 在前导 轮 对产生 摇 头角 ． 时， 耦合 杆 给后导 向
（ ａ ） 机 构简图
梁一 作用 力 ， 作 用力 传 递到 后轮 对 产生摇 头 力矩 ， 使后轮对产生 与前轮对 大小 相等方 向相反的摇头角 ， ， 如图 １ （ ｂ） 所示 。 Ｍ 、 为前后轮对耦 合作用产生 的摇 头力矩 ， Ｍ 、 Ｍ， 为前后 轮对蠕滑 导 向力 矩 ，
衡方 程 纵 向定位 剪切 力 ， 所 以前 后轮对 的摇 头运 动平
２ １ ａ ＋ Ｍ４ ＝ Ｍ １
一
２ ｋ ｘ ｇ ｔ ２ ａ ＋ Ｍ３ ＝ Ｍ２
（ ｂ）受 力 ｌ 竺 Ｉ
其 中： ． ＝ ， ， Ｍ ＝ Ｍ４ ， ｋ 为轮对纵 向定位刚度 。
功能 消失 而 是削 弱 。 通过 曲线 时轮对 内外 侧 车轮 通过 轮径 差 补 偿 内 外 车轮 走 过 的行 程 差 ，曲线 半径 越 大 ， 纯滚 需 要 的半 径 差越 小 ， 当 曲线 半径 很 小 时 ， 一 侧 车 轮轮缘 与钢 轨接触 产生 非常 大 的几 何导 向力 向 曲线 内 侧推轮对 ， 几何 力 需 要 被平 衡 只能 靠 很大 的摩 擦 力 ， 而大摩 擦 力 只能从 大 冲角 产生 ， 伴 随大 冲角 的是 力和 磨耗 且相 互影 响 。 大 冲角 造成 横 向蠕 滑力增 大 的同时 使得 轮轨 纵 向粘着 力减 低 ， 导致转 向架 回转 力矩减 小 和车 轮粘着 性能 减低 （ 曲线粘 降现 象 ） ， 因此 轮轨 冲角 的大 小是 衡量 转 向架 曲线通 过 性能 的重 要指 标 ¨ …。