转向架构架支撑装置和转向架分析
《转向架结构认知》PPT
二、转向架各部分结构原理
（一）轮对 1、轮对
（1）轮对组成：2轮+1轴，过盈连接，轮轴同转。 （2）轮对基本要求：有足够的强度；重量最小、阻力小；耐
磨性好；具有必要的抗脱轨安全性。
2、车轴 主要由轴颈、轮座、防尘板座、轴身、防尘板座、制
动盘座组成，如下图所示：
3、车轮基本结构：
（1）轮缘 （2）踏面 （3）轮辋 （4）辐板 （5）毂(gu)
三、牵引牵引电动机 • 交流牵引电动机 • 直线牵引电动机
2、发展趋向
为了解决直流和脉流牵引电动机的“转向”问题，有些国家已 在使用晶闸管无换向器式牵引电动机和三相交流异步变频牵引电动 机，并在试验以直线异步电动机为动力的磁悬浮高速车辆。
一、功能：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)
3 转向架的功能是什么？
新课
转向架的结构认知
一、转向架基本组成（七部分）
1、转向架主要由轮对、轴箱、一系悬挂、构架、二 系悬挂、驱动装置和基础制动装置等七部分组成。如下图 所示：
2、各部分主要功能。
（1）轮对——走行导向。 （2）轴箱装置——降低摩擦阻力，化滚动为平动。 （3）一系悬挂装置——用以固定轴距，保持轮对正确位置，安装
缓冲装置：主要起缓和冲动的弹簧装置； （中央弹簧、轴箱弹簧）
减振装置：主要起衰减振动的减振装置； （垂向、横向、纵向和抗蛇行减振器）
定位装置：主要起定位作用的定位装置。 （轴箱定位、中央定位、抗侧滚扭杆）
3、组成
按作用分成三种： （1）弹簧装置； （2）定位装置； （3）减振装置。
（三） 构架
1、构架的作用
知识目标
城市轨道交通车辆—转向架
轮对类型
1、车（轴2）轮对
铁路车辆用的车轴采用优质碳素钢加热锻压成型，经过热处理 和机械加工制成。绝大多数是圆截面实心轴。
车轴各部位受力状态不同及装配的需要，其直径也不大一样，各部位名称和作 用如下：
（1）轴颈：用以安装滚动轴承，即轴箱安装位置。 （2）轮座：是车轴与车轮配合的部位。 （3）齿轮座、齿轮箱轴承：动车车轴的一端有传动齿轮安装座和齿轮箱轴承安 装座。
转向 架
抗侧滚 装置
基础制 动装置
轴箱
牵引驱 动装置
轮对
转向架的组成
构架一般为“H”型结构，是转向架的主要承载部件。
（1）构架
构架主要功能：
•安装转向架部件及相关系统的安 装座 •悬挂齿轮箱 •悬挂电机 •安装基础制动单元 •传递牵引力、制动力和承担车体 重量。
（2）轮对 轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成，在轮轴结合部采用过盈配合，采用
齿轮箱
齿轮箱：起加减速、传递并增大扭矩的作用，它一段 悬挂在构架上，一端安装在相应的车轴上。
牵引连接装置
牵引连接装置由中心销、牵引杆等部件组成，车体和转向架通过牵引连接装置连接为 可以相互运动的整体，为了减轻车辆运行中的振动和冲击，使力传递平稳，各部件的连接 处安装有橡胶关节套、复合弹簧等金属橡胶元件。
（2）使2、车辆主顺要利通功过曲能线及结构 转向架可以相对于车体回转，能灵活的沿着直线线路运行或顺利地通过曲线， 减少运行阻力与噪声，提高运行速度，保证车辆安全运行。
（3）传2、递牵主引要力和功制动能力及结构 转向架充分利用轮轨之间的粘着，根据工况通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动 和车体沿线路运行的平动相互转化，传递牵引力（动车）和制动力。
（4）悬挂系统
• 城轨车辆悬挂系统主要由一系弹簧和二系弹簧组成，一系弹簧位于轮对与构 架之间，二系弹簧在车体和构架之间。
城市轨道交通车辆与结构(第二章转向架)
(c)
(a)具有双排球形转盘的铰接转向架；(b) 具有球心盘的铰接转向架； (c) TGV高速列车的雅可比铰接转向架
第二节 轮对
轮对的组成及基本要求 车轴 车轮
第三节 轴箱装置
滚动轴承轴箱装置的特点 车辆滚动轴承轴箱装置的型式 滚动轴承的选型、精度等级及材质
第四节 弹性悬挂元件的结构、 设计及计算
二、转向架的基本构成
1. 2. 3.
4.
5.
6.
轮对及轴箱装置 构架 转向架支承车体装置 弹性悬挂装置 齿轮变速传动装置 制动装置
上海地铁新型转向架
上海地铁新型转向架
轮对
轴箱
构架
摇枕
基础制动装置
三、转向架结构分类
按车轴的数目和类型 按轴箱定位方式 按弹簧装置的型式 按摇枕弹簧的横向跨距 按车体与转向架之间的载荷传递方式 铰接式转向架的车体与转向架连接方式
（2）差压阀
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。所以，差压阀在空气弹簧悬挂 系统装置中起保证安全的作用。
差压阀原理及结构
选择差压阀的差压值时注意事项
①在转向架左右两侧空气弹簧为均载条件下，车辆正常运行时，该 压差值应不影响由于车辆振动所引起的空气弹簧内压变化的值。 ②差压阀的压差值应高于车辆在曲线(包括过渡曲线)上运行时，仅 是由于车体两侧增减载的载荷变化，使左右两个空气弹簧内压变化 的压差值(包括高度控制阀的充、排气作用)。 ③在上述两个要求的允许条件下，尽量取较小的压差值，使各空气 弹簧承载不会发生过分的不均衡，以提高车辆的运行平稳性和抗脱 轨性能。 ④当转向架一侧空气弹簧发生破裂事故时，另一侧空气弹簧内压不 能过高，并仍使车辆能以较低速安全运行，以便于事故的处理。 一般差压阀的压差值取为0.08～0.12MPa。
209系列转向架简介
一、209T型客车转向架特点：209T型客车转向架是我国主型D轴客车转向架之一。
209T型客车转向架适用于时速120km/h以下运行。
具有结构简单、性能可靠、磨耗件少、检修方便、运行平稳等优点。
构成：209T型客车转向架的外形如图4-1所示。
它主要由构架1、轮对轴箱弹簧装置2、摇枕弹簧装置3和基础制动装置4等部分组成。
图4—1 209T型客车转向架1—构架；2—轮对轴箱弹簧装置；3—摇枕弹簧装置；4—基础制动装置1、轮对轴箱弹簧装置209T型转向架采用RD3型滚动轴承轮对和相应的滚动轴承轴箱，并配用42726T和152726T型滚动轴承，轴箱弹簧采用单卷圆柱螺旋弹簧，轴箱定位装置采用了干摩擦导柱式弹性定位结构。
轴箱弹簧装置为无导框式，由轴箱体1、轴箱弹簧2、弹簧支柱3、弹性定位套4、定位座组成5、支持环6和橡胶缓冲垫7等组成。
如图4-2所示。
轴箱弹簧装置作用：（1）、连接作用把两个轮对和构架联为一体，组成转向架。
（2）、隔离和缓和振动和冲击在轮对与构架之间的一系弹簧悬挂装置，能够隔离和缓和由轮对传来的振动和冲击。
（3）、定位作用使轮对相对于构架在纵横两个方向的运动受到一定弹性约束，从而可以抑制轮对的蛇行运动。
图4—2 209T型转向架轴箱弹簧装置1—轴箱体；2—轴箱弹簧；3—弹簧支柱；4—弹性定位套；5—定位座组成；6—支持环；7—橡胶缓冲垫；8—弹簧托盘2、摇枕弹簧装置构造特点及组成：209T摇枕弹簧装置为摇动台式，采用单节长吊杆、构架外侧悬挂，带油压减振器的摇枕圆弹簧组。
由摇枕1、下心盘2、下旁承3、枕簧4、油压减振器5、弹簧托梁6、摇枕吊轴7、摇枕吊杆8、纵向牵引拉杆9、安全吊10、摇枕吊销11、摇枕吊销支承板12等主要零部件组成，如图4-3所示。
具体构造：（1）下心盘和下旁承用螺栓固定在摇枕上。
摇枕为铸钢箱形鱼腹梁结构。
为了增加摇枕弹簧的横向跨距，采用了外侧悬挂。
摇枕的两端支撑在两组双卷弹簧上。
CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析
CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析CRH2动车组拖车转向架构架的强度分析引言：现代高速铁路系统在运营中对列车的安全性和运行效率要求越来越高。
作为其中重要组成部分的动车组拖车转向架结构架的设计和强度分析对于保障列车的安全运行至关重要。
本文将对CRH2动车组拖车转向架结构架的强度进行分析，并探讨其对列车运行的影响。
一、CRH2动车组拖车转向架的结构CRH2动车组拖车转向架结构由构架、悬挂装置、附属装置和附件组成。
其中，构架是支撑整个转向架的关键部分，其强度对转向架的安全运行起着重要作用。
二、转向架结构的强度分析1. 载荷计算：在分析转向架结构强度之前，需要先对其所承受的载荷进行计算。
载荷主要包括静载荷（车辆重量）、动载荷（列车在运行中的振动和冲击）以及侧向力等。
通过对各种载荷进行计算和模拟，可以获得转向架结构所承受的力学应力。
2. 强度分析：利用有限元分析方法，对转向架结构进行强度分析。
将转向架的结构分解为有限个小单元，通过建立数学模型对其进行计算和分析。
通过分析，可以了解不同部位的强度情况，进而进行必要的优化措施。
3. 疲劳分析：转向架在长期运行过程中会受到循环荷载的作用，容易出现疲劳破坏。
因此，疲劳分析也是转向架结构强度分析的重点之一。
通过对转向架在实际运行条件下的循环荷载进行模拟和计算，可以得到转向架结构的疲劳寿命并提出相应的改进措施。
三、强度分析对列车运行的影响1. 安全性保障：通过对转向架结构的强度分析，可以评估其在不同载荷情况下的安全性能，从而保障列车在高速运行时的安全性。
2. 运行效率提升：强度分析结果可以为CRH2动车组的设计和制造提供依据，优化结构，减少材料用量，提高组装效率，从而降低成本和提高生产效率。
3. 降低维修成本：通过对转向架结构的强度分析，可以提前发现可能出现的疲劳破坏部位，采取相应的维修措施，减少维修成本和维修时间，提高列车的可用性和可靠性。
结论：对于CRH2动车组拖车转向架结构架的强度分析是确保列车安全运行的重要环节。
CRH2 第2章 转向架解读
第二章转向架第一节概述动车组的每个车体下装有两个转向架。
动车下是动力转向架(SKMB-200)，拖车下是拖车转向架(SKTB-200)，所不同的是动力转向架有牵引电机和驱动装置而拖车转向架没有。
转向架除了承担车体的全部重量外，更重要的是承担动车组的高速运行任务。
转向架主要由构架、轮对轴箱、牵引装置、基础制动装置、二系悬挂装置、驱动装置部分组成（参见图2-1和2-2）。
动力转向架拖车转向架图2-1 转向架外观照转向架的主要特点是采用了轻量化设计、焊接构架、二系空气弹簧、盘型制动、转臂式轴箱定位、单拉杆牵引、电机采用架悬方式等。
转向架的主要参数如表2-1所示。
动力转向架图2-2 转向架结构示意图第二节转向架构架转向架构架的主要结构特点如下：1)选用与转臂式轴箱定位方式相对应的转向架构架结构。
2)转向架构架的形状采用H形，由侧梁和横梁、相关支座、连接梁等构成。
3)转向架构架分为动车转向架构架和拖车转向架构架两种类型。
4)为适应将来的有源控制和半有源控制方式，选用了简便易于更换的二系横向减振器安装座。
5)转向架构架应具备足够的强度，设计寿命为20年。
6)转向架构架在焊接组装后应进行退火处理。
7)设计按照JIS E 4207（铁路车辆用转向架构架‐设计通则）进行。
根据JIS E 4208（铁路车辆用转向架的载荷试验方法）实施静态载荷试验，并进行强度确认。
一、侧梁组成侧梁采用钢板焊接组装结构。
侧梁的两前端、由设置有圆弹簧的弹簧帽构成，在中央部分安装空气弹簧支架。
采用耐候钢板SMA490BW（JIS G 3114），铸钢件材质采用SCW480（JIS G 5101），日本E2系虽然部分采用了SCC60（特殊铸钢，不对应JIS规格），但是考虑到今后国产化的要求，使用一般铸钢。
此外，转向架构架所使用的钢材，为能适应在极低温度条件下的使用条件，考虑了材料的低温脆性。
二、横梁组成横梁采用无缝钢管结构，内部可作为空气弹簧的辅助空气室使用。
地铁车辆转向架介绍20100505
二 地铁车辆转向架结构及功能
4、二系悬挂 、 二系悬挂由空气弹簧、高度阀、差压阀及减振器等零部件组成。 二系悬挂由空气弹簧、高度阀、差压阀及减振器等零部件组成。 二系悬挂的作用： 二系悬挂的作用： • 保证乘客及车体的乘坐舒适度良好。 保证乘客及车体的乘坐舒适度良好。 • 保证车辆轮廓在指定的、所有车辆的动态状况下保持不变。 保证车辆轮廓在指定的、所有车辆的动态状况下保持不变。 每辆车由四个空气弹簧支承着车体的重量， 每辆车由四个空气弹簧支承着车体的重量，并在车体和转向架之间 提供垂向、横向和回转刚度。空气弹簧下部带有一个辅助橡胶弹簧， 提供垂向、横向和回转刚度。空气弹簧下部带有一个辅助橡胶弹簧，并 在空气弹簧无气时提供紧急状态下的支撑刚度。车辆高度由每车上的4 在空气弹簧无气时提供紧急状态下的支撑刚度。车辆高度由每车上的 个高度阀及车体与转向架间的机械链接控制， 个高度阀及车体与转向架间的机械链接控制，高度阀控制空气弹簧中的 空气压力以补偿载荷的变化。两个空气簧之间连接了一个差压阀， 空气压力以补偿载荷的变化。两个空气簧之间连接了一个差压阀，当某 个空气簧破裂或高度阀故障使空气弹簧过充时， 个空气簧破裂或高度阀故障使空气弹簧过充时，差压阀确保两个空气簧 一起受控地排气，防止车体过于倾斜并超出车辆的动态限界。 一起受控地排气，防止车体过于倾斜并超出车辆的动态限界。 每个转向架设有一个横向液压减振器， 每个转向架设有一个横向液压减振器，装在中心销和转向架侧梁之 吸收车体横向振动的能量。 间，吸收车体横向振动的能量。
二 地铁车辆转向架结构及功能
5、抗侧滚扭杆 、
二 地铁车辆转向架结构及功能
6、基础制动系统 、 转向架的基础制动采用踏面制动， 转向架的基础制动采用踏面制动，每根轴上配置普通制动缸和停放 制动缸各一套，采用斜对称布置。 制动缸各一套，采用斜对称布置。停放制动缸可以通过手动方式进行缓 基础制动配管固定在构架上， 解。基础制动配管固定在构架上，与车体的连接软管采用集中上车的布 置方式以方便连接。 置方式以方便连接。
转K6型转向架交叉支撑装置组装质量问题分析与防控
转K6型转向架交叉支撑装置组装质量问题分析与防控摘要：转K6转向架交叉支撑装置在装配过程中存在较多的质量问题，分析产生质量问题原因，提出针对下交叉支撑装置组装质量控制方案，有效解决转向架下交叉支撑装置装配质量问题。
关键词：交叉支撑装置组装质量分析与防控1、问题提出随着我国经济不断增长，全社会物资的流动在加速，铁路货运作为大宗物资的主要运输方式必须大力提升。
为提升我国铁路货运能力，提高铁路货车轴重和运行速度是最有效的途径, 这也是世界各国铁路货物运输的共识和发展趋势。
采用侧架弹性下交叉支撑装置用以提高转向架的抗菱刚度，从而提高转向架的蛇行失稳临界速度、提高货车直线运行的稳定性。
同时交叉支撑装置可有效保持转向架的正位状态，从而减小了车辆在直线和曲线运行时轮对与钢轨的冲角，改善转向架的曲线通过性能，显著减少轮轨磨耗。
根据实测结果，交叉支撑转向架的空、重车抗菱刚度可比原三大件式转向架提高3~6倍。
图1 转K6型转向架在交叉杆组装过程中经常会出现锁紧板立面与支撑座立面干涉、K6转向架在组装完交叉杆装置后上正位台一次性正位率，达不到百分百的合格率等。
1.结构及组装过程简介交叉杆装置由外向里组装顺序：M24轴端螺栓—防松止耳垫圈—标志牌—锁紧板—外侧轴向橡胶垫—外保持环—支撑座—内保持环—内侧轴向橡胶垫—交叉杆端头内螺孔，具体如图2所示。
图2 结构示意图交叉杆螺栓采用手动预紧后再由智能扳机以675~700N·m紧固；用手锤和扁铲将对称于螺栓头部六角面中的两止耳反向包住螺栓头部，使得螺栓起到防松的作用。
3、原因分析3.1 尺寸分析组装过交叉杆的员工都会发现这样一个现象，那就是锁紧板会离支撑座侧立面有远的有近的，特别严重的是会看到锁紧板干涉支撑座侧立面的现象：（1）发生锁紧板干涉的转向架在正位时不合格率很高而且正位测得数据偏大（对角线长度之差和两侧架导框中心距之差）；（2）发生锁紧板干涉时的组装的轴向橡胶垫的孔对准交叉杆轴端螺孔非常费力，有时需借助工具方可将端头螺栓拧入；（3）发生锁紧板干涉在使用智能扳机紧固端头螺栓会发现侧架一端位移明显，另一端则不明显。
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转向架构架支撑装置和转向架的分析
摘要：地铁车辆转向架构架支撑装置和转向架构架需要利用hypermesh建立构架的有限元模型，并参照uic615-4标准对构架加载主要运营载荷，用radioss求解各工况下的应力，并计算出关键点的应力幅和平均应力。
然后用hypergraph软件绘制材料的goodman支撑装置疲劳极限图和关键点的平均应力和应力幅的关系，根据goodman图完成了构架的支撑装置疲劳强度分析，得出构架的转向构架支撑装置强度合格的结论。
关键字：地铁车辆；转向架；构架支撑装置；抗疲劳度
中图分类号： u231 文献标识码： a 文章编号：
前言
地铁车辆转向架构架支撑装置是承载车体及乘客重量的承重装置，其抗疲劳强度分析对于确保地铁车辆稳定运行具有非常重要的意义。
它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。
同时，转向架构架支撑装置的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。
构架作为转向架其余零部件的安装基础，不仅要将车体重量和运行中的振动载荷传递到轮对，还要承受连接在其上的牵引、制动与悬挂系统部件所产生的各向载荷。
由于构架有如此复杂的受力状态，因此，有必要在转向架的设计阶段对构架的构架支撑装置疲劳强度进行评估。
本文以地铁车转向架的构架为研究对象，利用altair公司的hypermesh软件建立构架的有限元模型，并利用radioss求解器软件求解构架在几种典型的工况下的应力，计算
出关键点的应力幅和平均应力，根据材料的goodman图，完成了构架构架支撑装置的疲劳分析。
一、构架的有限元模型
转向架构架为全封闭焊接结构，主要由2个侧梁和2个横梁组成，构架侧梁整体呈u形的箱型焊接结构，构架两端的下侧设有橡胶弹簧安装座，中央上部设有空气弹簧安装座。
构架的横梁也采用封闭的箱型焊接结构，横梁的外侧斜对称位置设置电机吊座和齿轮箱吊座，下侧的斜对称位置设有牵引拉杆座，两个横梁之间设有横向止档座。
横梁和测量内部还设有多块筋板，以加强构架的强度。
利用hypermesh软件建立的构架的有限元模型如图1所示：
有限元建模过程中按照构架的实际结构进行离散，除电机吊座和齿轮箱吊座用实体单元外，其余结构全部用板单元离散。
考虑电机惯性对构架强度的影响，在电机质心处建立一个节点，用刚性单元将该节点与电机吊座连接。
共离散出24454个节点，23553个单元，其中实体单元5136个，板单元18417个。
二、转向架构架支撑装置载荷计算及工况
构架的运营静载荷计算参数如表1所示：
1、主要运营工况载荷
（1）垂向载荷
按照uic615-4标准，主要运营工况的垂向载荷为：
垂向载荷作用在侧梁的空气弹簧安装座上。
（2）横向载荷
根据uic615-4标准，构架的横向载荷为：
横向载荷作用在横向止档座上。
（3）扭曲载荷
扭曲载荷模拟线路扭曲情况下转向架构架的翘曲，作用于一系弹簧安装座处，且一个对角方向向上，另一个对角方向向下，根据基于有限元分析的地铁车转向架构架优化设计,构架的扭曲载荷大小为：
2、主要组合计算工况
考虑车体浮沉振动引起的垂向力的变化，取垂向力百分比β
=0.2，考虑车体侧滚引起的垂向力的变化，取垂向力百分比α=0.1，根据uic615-4标准，主要运营工况的组合工况如表2所示：
表2 组合计算工况
三、转向架构架支撑装置抗疲劳强度计算结果及分析
国际铁路联盟uic的研究组织推荐使用goodman疲劳强度曲线图法评估构架的疲劳强度。
该方法的评定原则是构架上各节点的的应力幅和平均应力在线图的规定范围内。
应力幅和平均应力的计算公式为：
应力幅：
平均应力：
采用radioss求解器构架在上述13种工况下的的应力分布。
根
据构架的结构特点，选择应力较大及易发生疲劳裂纹的5个点为疲劳强度评估采样点：第1点为侧梁与横梁交界处上盖板，第2点为侧梁与横梁交界处下盖板，第3点为齿轮箱吊座与横梁交界左上角，第4点为齿轮箱吊座与横梁交界右下角，第5点为电机吊座上盖板左角。
各采样点疲劳强度应力计算结果如表3所示：
构架的材料为低合金高强度钢，取屈服极限为360mpa，疲劳强度为240mpa，采用hypergraph软件绘制得到的材料的goodman图及采样点的平均应力和应力幅的结果如图2所示：
由图2可知，各采样点的应力范围均在goodman疲劳极限范围内，表明该构架满足疲劳强度要求。
四、结束语
用hypermesh软件建立了构架的有限元模型，并按照uic615-4
标准对构架加载主要运营工况下的载荷，然后用radioss软件求解各工况下构架的应力，并计算了各关键点的应力幅和平均应力。
根据材料的性能参数用hypergraph软件绘制了材料的goodman疲劳极限图和采样点的平均应力和应力幅的关系。
通过goodman图得出构架疲劳强度合格的结论。
参考文献
[1]叶洪岩，邬平波.转向架焊接构架静强度分析及疲劳强度评估[j].铁道机车车辆人.2011(2),23.
[2]张斌瑜，赵洪伦.基于有限元分析的地铁车转向架构架优化设计[j].计算机辅助工程.2011,20(2),82-85.
[3]张锁怀，李永春，孙军帅.地铁车辆转向架构架有限元强度计算与分析[j].机械设计与制造.2009,（1）,45-47。