高速列車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架技術(shù)特點(diǎn)

劉陽(yáng) 劉堯

摘要：與傳統(tǒng)列車(chē)相比，高速列車(chē)不管在速度還是性能方面都有了顯著提高，因此開(kāi)展各種高速列車(chē)運(yùn)行技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究是必要的。本文介紹了在高速列車(chē)上應(yīng)用觀看技術(shù)的具體措施，并附有觀看描述。

關(guān)鍵詞：高速;動(dòng)力轉(zhuǎn)向架;技術(shù)特點(diǎn)

前言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)得到了很大的改善和更新，現(xiàn)階段我國(guó)的高鐵正在逐步發(fā)展，而高速列車(chē)可以通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)顯著提高列車(chē)的運(yùn)行速度。除了提高人們的生活水平外，也對(duì)生產(chǎn)和運(yùn)輸產(chǎn)生了重大影響。但是高鐵建設(shè)成本和維護(hù)成本都很高，因此在高鐵的發(fā)展中需要專業(yè)的技術(shù)支持，以保證列車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

一、關(guān)于轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架是機(jī)車(chē)車(chē)輛的重要組成部分，外形雖小，但在列車(chē)與軌道的連接中起著重要的作用。首先在列車(chē)上安裝轉(zhuǎn)向架，可以增加車(chē)輛的重量、長(zhǎng)度和體積，以提高列車(chē)在軌道上的抓地力，提高列車(chē)的運(yùn)行質(zhì)量，滿足交通發(fā)展的需要。在列車(chē)能夠正常運(yùn)行的情況下，將車(chē)輛的重載荷加載在轉(zhuǎn)向架支架上，通過(guò)轉(zhuǎn)向架的承載裝置實(shí)現(xiàn)車(chē)輪和軌道的滾動(dòng)過(guò)程。其次，轉(zhuǎn)向架將車(chē)身重量均勻地分布在軸承和輪軌上，使車(chē)輛能夠在彎曲的軌道上平穩(wěn)行駛。而轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)通常可以安裝彈簧阻尼裝置，幫助列車(chē)在轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一定程度的阻礙作用，便于車(chē)輛與軌道的相互作用?？梢詼p少車(chē)輛之間的摩擦和線路產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力并提高車(chē)輛性能，對(duì)車(chē)輛的起動(dòng)機(jī)有很好的控制，使列車(chē)能夠完成指定的距離和時(shí)間。電機(jī)（傳動(dòng)系統(tǒng)）車(chē)身懸架（例如TGV-A）、半車(chē)身懸架結(jié)構(gòu)（如 ICE）或電機(jī)（或傳動(dòng)系統(tǒng)）彈性懸架結(jié)構(gòu)，以減少無(wú)彈簧質(zhì)量對(duì)車(chē)輪和軌道的影響。

二、高速列車(chē)轉(zhuǎn)向架具體應(yīng)用技術(shù)

轉(zhuǎn)向架懸掛技術(shù)。轉(zhuǎn)向架懸掛技術(shù)廣泛應(yīng)用于高速列車(chē)。懸掛主要是指通過(guò)判斷列車(chē)的特性和軌道狀況，對(duì)列車(chē)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，在行駛過(guò)程中可以保持最小的提升狀態(tài)，從而減少軌道對(duì)列車(chē)造成的各種振動(dòng)，使列車(chē)?yán)^續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。它可以同時(shí)控制，便于司機(jī)駕駛的便利性和列車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)換軌或運(yùn)輸其他貨物時(shí)，懸掛技術(shù)可以調(diào)整其參數(shù)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行。加載火車(chē)的重量并提高火車(chē)的性能，可以減少火車(chē)與軌道之間的摩擦。懸掛技術(shù)主要分為幾種主要技術(shù)：全主動(dòng)懸掛、慢速主動(dòng)懸掛、半主動(dòng)式車(chē)架。全主動(dòng)懸架是指根據(jù)不同的曲線隨時(shí)調(diào)整列車(chē)轉(zhuǎn)向架的剛度和阻尼可以保持最佳狀態(tài)。全主動(dòng)車(chē)架的優(yōu)點(diǎn)是可以在轉(zhuǎn)向架的整個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)列車(chē)操控性和穩(wěn)定性的一體化，減少列車(chē)損耗，提高列車(chē)通過(guò)性。高鐵觀景技術(shù)的應(yīng)用不是很廣泛，因?yàn)橹鲃?dòng)成本太高，對(duì)設(shè)施的硬件要求也比軟的要高。而慢速主動(dòng)懸掛與全主動(dòng)懸掛相比，可以在一定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的工作，但列車(chē)轉(zhuǎn)向架的性能也需要相應(yīng)的提高，通過(guò)從側(cè)面、正面等方向控制轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，可以提高車(chē)體的性能。半主動(dòng)式車(chē)架是指轉(zhuǎn)向架的彈性元件與減震器的配合，通過(guò)調(diào)節(jié)控制頻率來(lái)調(diào)節(jié)彈簧剛度。半主動(dòng)懸掛技術(shù)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，不消耗列車(chē)工況下的動(dòng)力性能，因此在列車(chē)轉(zhuǎn)向架的應(yīng)用中具有良好的發(fā)展前景。供能主動(dòng)懸掛技術(shù)可以將軌道與列車(chē)之間的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為另一種能源，符合可持續(xù)性的理念，有利于列車(chē)性能的研究。

轉(zhuǎn)向架輕量化技術(shù)。在高速列車(chē)中，車(chē)架的輕量化技術(shù)主題可以參考低速列車(chē)的載荷重力，可以通過(guò)降低列車(chē)自身的重力，從而實(shí)現(xiàn)列車(chē)在更高速度下的發(fā)展。輕量化技術(shù)的研究方向主要是在不改變列車(chē)性能、綜合質(zhì)量和成本的前提下，減輕列車(chē)自重提高列車(chē)運(yùn)行性能，降低能耗提高列車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率。首先改變轉(zhuǎn)向架重量的常用方法是改進(jìn)轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)，其次改變轉(zhuǎn)向架性能的強(qiáng)度特性，增加彈簧和轉(zhuǎn)向架材料的韌性。在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向架的重量可以大大減輕，轉(zhuǎn)向架的材料可以達(dá)到一定的水平。此外，轉(zhuǎn)向架的材料中還可以加入一些高科技產(chǎn)品。不僅可以保證了轉(zhuǎn)向架的韌性，提高了彈簧的疲勞強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了一定的減重，而且通過(guò)轉(zhuǎn)向架的齒輪可以實(shí)現(xiàn)減重技術(shù)。在列車(chē)運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率大，齒輪的傳動(dòng)能力也會(huì)略有增加。

三、高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)特點(diǎn)

輪軌關(guān)系。高速列車(chē)良好的線路條件對(duì)列車(chē)高速平穩(wěn)運(yùn)行具有決定性作用。 軌道的曲率半徑和軌道的水平之間的距離與輪軌之間的間隙直接相關(guān)，小間隙可以提高鐵路車(chē)輛的運(yùn)行穩(wěn)定性，但也會(huì)降低其通過(guò)曲線的能力。因此，高鐵車(chē)輛必須確定合適的輪軌間距，并考慮胎面形狀、輪對(duì)變形和制造誤差對(duì)輪對(duì)內(nèi)距的影響。因?yàn)檐?chē)輪踏面的形狀直接影響到鐵路車(chē)輛的臨界速度，設(shè)計(jì)高速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架車(chē)輪的路面形狀，因此必須兼顧臨界速度和降低磨損。控制轉(zhuǎn)向架輪轉(zhuǎn)圈直徑的差異不僅是機(jī)車(chē)控制的要求，也是高速機(jī)車(chē)的動(dòng)態(tài)性能要求。由于轉(zhuǎn)向架兩端軸距的差異也會(huì)影響到鐵路車(chē)輛的臨界速度，會(huì)增加車(chē)輪磨損，因此高速車(chē)輛必須嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)向架兩端軸距的差異。

車(chē)架及輪對(duì)設(shè)計(jì)。25CrMo4V（相當(dāng)于EA4T）最適合用于低碳含量的高速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架軸。但綜合力學(xué)性能較好，國(guó)外對(duì)它的研究比較充分，而且目前國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)這種材料。建議使用 EN13104 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軸強(qiáng)度計(jì)算，使用 EN13261 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造和疲勞測(cè)試。對(duì)于空心軸，由于表面疲勞強(qiáng)度低，需要對(duì)內(nèi)表面質(zhì)量有嚴(yán)格的要求。同時(shí)由于高速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架采用柔性車(chē)架，因此需要對(duì)車(chē)架進(jìn)行模態(tài)分析?？騼?nèi)加強(qiáng)筋的布置應(yīng)考慮變形的影響，保證加強(qiáng)筋在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不與罩蓋發(fā)生干涉，需要焊接結(jié)構(gòu)的工藝分析和焊接接頭的疲勞分析，在框架的設(shè)計(jì)中，不允許有沒(méi)有凹槽的結(jié)構(gòu)，必須保證完全滲透。

基本制動(dòng)。200km/h以上的動(dòng)力轉(zhuǎn)向架必須采用軸盤(pán)式制動(dòng)器，以減少松動(dòng)質(zhì)量。高速動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的基本制動(dòng)器均采用制動(dòng)與減壓相結(jié)合的制動(dòng)缸，并具有剎車(chē)片與剎車(chē)盤(pán)間隙的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，因此制動(dòng)缸的質(zhì)量運(yùn)行必須絕對(duì)可靠。

結(jié)束語(yǔ)

總之，高速具有特殊的技術(shù)特性，應(yīng)該提高對(duì)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料、測(cè)試和制造過(guò)程的理解。高鐵現(xiàn)在是人們出行的主要交通工具，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)向架技術(shù)在高速列車(chē)上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高速列車(chē)的發(fā)展，提高穩(wěn)定性和控制性能，確保安全。

參考文獻(xiàn)

[1]王倩，郭戈，王健，崔愛(ài)佳.基于CATIACAA軟件平臺(tái)的高速列車(chē)轉(zhuǎn)向架三維骨架設(shè)計(jì)[J] 城市軌道交通研究， 2019， 22（08）： 77-81.

[2]張暉. 高速動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能研究[D]. 中南大學(xué)， 2011.