CRH3型动车组牵引电机安装架的探究

CRH3型动车组牵引电机安装架的探究

【摘要】CRH3型动车组是中国当下运行速度最快的动车车辆，其驱动装置采用架悬式，有别于其他常见的轴悬式和体悬式。牵引电机是动力转向架驱动装置的重要组成之一，西门子公司对CRH3型车的电机安装采用板弹簧结构悬于构架上，不仅能够承载电机自重，而且减弱了运行过程中由牵引电机带来的摇头惯量。这一结构设计的巧妙性不言而喻。本文将通过SolidWorks软件参照CRH3型动车转向架建立等比例的三维模型，然后通过SIMPACK分析软件建立其整车的动力学模型，得到其性能参数，为以后再创新建立数据依据。

【关键词】板弹簧；侧滚惯量；动力学分析

1.前言

1.1 CRH3型车概述

1.1.1 CRH3型车在我国的发展

CRH3型车以德国ICE3动车组转向架SF500的结构形式为基础，针对我国CRH3项目宽车体的要求，对其转向架的各部件质量、重心以及悬挂参数进行了调整，使其运营速度（300km/h）和试验速度（350km/h）在我国4种CRH系列车中均居首位。

1.1.2 CRH3型车转向架的特点

CRH3型高速动车组采取“四动四拖”的编组形式，由8节车辆组成。其构架为H型箱型焊接结构，由两根中间为凹形的侧梁组成；一系悬挂为螺旋钢弹簧加垂向液压减震器组成；转臂式定位方式；二系悬挂采用带有应急橡胶堆的高度自动调节的空气弹簧组成，且空气弹簧辅助气室由枕梁内腔承担；在车体和转向架之间装有双抗蛇形减震器、横向减震器、抗侧滚扭杆装置和Z形双拉杆牵引装置；动力转向架采用轮盘制动方式，非动力转向架采用轴盘制动方式；动力转向架采用挠性浮动齿式联轴节式牵引电机弹性架悬式驱动装置；轴箱采用自密封式双列圆锥滚动轴承。

1.1.3 CRH3型车牵引电机安装架的探究

通过在整车环境下对牵引电机安装吊杆的动力学分析，得到吊杆的横向刚度6KN/mm、垂向刚度30KN/mm。

1.2安装架的探究思路

探究安装架的灵感来自现有安装架的优点。CRH3型车牵引电机安装架的板弹簧结构巧妙的减少了其对整车侧滚惯量的影响。构架和牵引电机质量相近，但

前者的侧滚惯量是后者的7倍还多。

1.3目的意义

1.3.1目的

高速列车是技术密集型行业，其发展水平能反映出一个国家的科技实力，深入探究高速列车结构特点能为日后再创新奠定数据基础，仿真的优化结果若能成功的应用于实际动车组，也能使我国在铁路事业越来越有发言权。

1.3.2意义

高速铁路具有节约能源和减少环境污染的优势，响应国家节能减排的号召，符合科学发展观要求。

2.建模过程

2.1 SolidWorks简介

本次探究过程的三维结构部分采用SolidWorks软件。SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，其SolidWorks软件在全球通用程度很高，倍受青睐。

2.2转向架的建模过程

2.2.1轮对

表1 轮对基本参数

2.2.2轴箱

轴箱的主要作用是连接构架和轮对，轴箱定位方式一般有转臂式定位、拉板式定位、层叠式橡胶弹簧定位、导柱式定位，CRH3型车采用转臂式定位。

2.2.3构架

CRH3型车构架采用“H”型构架，是高速列车车辆转向架的“骨架”，也是转向架中最重的结构。

2.2.4悬挂元件

CRH3型车二系采用空气弹簧悬挂，空气弹簧具有变参数的特点，能更好的维持车体平稳性，大大增加了车辆运行过程中的平稳性。

2.2.5驱动装置

牵引电机是驱动装置的主要组成部分，其悬挂方式影响着车辆的性能。一般的高速列车牵引装置悬挂方式有架悬式、体悬式、轴悬式，CRH3型车采用架悬式，事实证明，架悬式有很大的性能优势。

3.分析过程

3.1 SIMPACK简介

SIMPACK软件是德国INTEC Gmbh公司（于2009年正式更名为SIMPACK AG）开发的针对机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学分析软件包。它以多体系统计算动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件。SIMPACK软件的主要应用领域包括：汽车工业、铁路、航空/航天、国防工业、船舶、通用机械、发动机、生物运动与仿生等。本次探究主要用到该软件的rail模块。

3.2动力学模型

3.3线性临界速度分析

在SIMPACK软件中，对整车设置不同的运行速度，得到整车系统的根轨迹曲线，该曲线是转向架稳定性评判最主要的（下转第247页）（上接第242页）方法。

3.4非临界速度分析

非线性临界速度分析较线性临界速度分析，增加了横向位移。依旧让车辆在平直轨道上以各种速度运行，得到蛇形失稳前的最大速度。

3.5车辆在直线上的动力学性能

车辆在直线上的动力学分析，一般主要考虑轮轨横向作用力、轮轴横向作用力和轮重减载率。

3.6车辆在曲线上的动力学性能

车辆在曲线轨道上的运行要考虑到离心力。一般来说，曲线通过处会设置超高，利用力学知识将自重的水平分力来平衡离心力。

4.总结

随着世界各地高速跌路的蓬勃发展，对其车辆的动力学分析是必要的。通过对其动力学分析来实现运行的安全性、稳定性、快速性也是很有帮助的。[科]

【参考文献】

[1]王伯铭.高速动车组总体及转向架（第二版）[M].成都：西南交通大学出版社，2014.

[2]孙勇捷.高速动车弹性架悬式驱动装置动力学性能研究[D].成都：西南交通大学，2008.