高速客车转向架发展模式

李永超

摘要：目前，我国已着手发展具有自主知识产权的高速列车，在研制我国高速客车转向架时，应借鉴和吸取国外高速客车转向架的成功经验，结合我国铁路的实际情况，早日研制出适合中国线路条件、有中国特色的高速客车转向架。

关键词：高速客车；转向架；发展；运用

中图分类号：U58 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0360-01

高速旅客列车是增加铁路运能最为有效的措施，高速客车的关键技术是转向架。简述了我国客车转向架的发展过程和基本现状。结合我国实际情况，提出发展我国高速客车转向架的基本模式，指出应借鉴国外客车转向架技术，发展具有我国特色的高速客车转向架。

1 我国客车转向架现状

我国客车转向架的研制经历了仿制、独立开发和快速发展。以前，我国基本没有客车生产能力， 所有转向架均为国外制造， 品种复杂，且技术落后。新中国成立后，开始仿造前苏联的客车转向架，如101转向架和201转向架开始大量生产，主要用于21型客车上。101和201转向架在解放初期为我国的经济复苏和发展作出了贡献，但由于该转向架结构老化，定位和悬挂装置不理想，动力学性能较差，被后来开发的202转向架取代。

202型转向架是开始独立研制的， 为我国C轴标准型客车转向架， 用于22型和23型客车上，202型转向架设计速度为120 km /h，一系采用螺旋钢弹簧、干摩擦导柱式轴箱定位，中央悬挂采用螺旋弹簧带摇动台结构，并设有液压减振器。构架和摇枕为铸钢结构，采用吊挂式双侧闸瓦制动。该转向架的轮对定位装置易磨耗，牵引和制动靠摇枕挡起作用，纵向冲动较大。此外，摇动台吊杆较短，且无二系横向减振器， 速度大于100 km /h 后横向性能较差。针对202转向架在使用过程中出现的问题不断地加以改造，先后出现了202原型、202A、202B、202C等多种型号，但由于每次改进都不完善和彻底，其性能未得到实质性的提高。

高速客车转向架。从90年代中期开始，国内开始研制高速客车转向架，所研制的CW-200转向架已投入运行，最高运行速度200 km /h。最新研制的CW-300高速客车转向架正进行试制和有关试验，最高运行速度可达270 km /h。同时，在引进日本技术的基础上，开发了运行速度为220 km /h的SW-220客车转向架， 在此基础上研制满足最高运行速度为270km /h的SW-300高速客车转向架，目前正进行试运前的有关部件试验。

2 我国高速客车转向架的发展模式

截至上世纪末，世界上投入运用的高速列车已有近10种。各国发展高速客车转向架的模式根据其国情、用途和线路条件而有所不同。在研制和发展中国的高速客车转向架时，应借鉴国外客车转向架技术，在以下几方面进行重点研究和技术创新。

2.1 构架

随着运行速度的提高，转向架的构架除要具有良好的疲劳强度外，还需具有结构简单和重量轻等特点。客车转向架的构架可分为铸钢构架和焊接构架，铸钢构架不仅易产生制造缺陷，且质量大，故目前除北美国家外，客车转向架构架基本上采用H型焊接构架的模式。侧梁一般采用箱型结构，其目的一方面可增加其强度，另一方面可增加空气弹簧附加空气室的容积。欧洲国家中梁一般采用箱型结构模式，而日本则采用双无缝钢管的方式。采用双无缝钢管中梁的构架具有重量轻、易实现盘形制动等特点，近年来得到广泛应用。为降低轮重减载率和提高脱轨稳定性，高速客车转向架的构架应尽可能地采用柔性构架，如德国T ALBO T的高速转向架采用构架侧梁上盖板开槽的方式及SIG和SGP的高速转向架采用合理的横梁结构来实现提高柔性的目的。从发展的观点来看，高速客车宜采用轻量化的焊接柔性构架。

2.2 轴箱定位

簧下重量对车辆的动力学性能和轮轨作用力都有直接的影响； 簧下重量越大，动力学性能越差，轮轨作用力也越大，在高速情况下更是如此，故在选择轴箱定位时应尽可能选用重量轻的方式。客车转向架的垂向悬挂参数由于受车钩高和限界的约束，其垂向挠度也受到相应的限制。高速客车转向架均采用了不同形式的轴箱弹性悬挂，法国TGV、瑞士的SIG及日本的轴箱定位基本上以转臂定位为主，而德国一般则以单顶簧加单拉板定位或对称的双簧加橡胶堆的定位方式。轴箱采用何种定位方式应根据国情、用途和线路条件而定，理论上决定其动力学性能的是其刚度的匹配。但在选择定位方式时，应在保证其稳定性的条件下，尽可能采用柔性定位，以减小轮轨间的磨耗。同时，应尽可能地采用无磨耗、重量轻和检修方便的定位方式。高速客车转向架应尽量减小轮轨噪音，而采用轴箱橡胶弹性悬挂或加橡胶垫是减少噪音的最有效措施。

3 中央悬挂

转向架轴箱定位刚度值对车辆的运行稳定性起着关键作用，为保证车辆在高速情况下稳定运行，轴箱定位的刚度值不能太小。考虑到空重车工况下载荷变化、限界和车钩高度的限制，客车转向架垂向总挠度及空重车状态下垂向挠度差有一定限制，故要改善客车的垂向和横向平稳性能只能依靠中央悬挂。目前高速客车转向架的中央悬挂基本上采用空气弹簧和应急弹簧串联的模式，应急弹簧一般为橡胶堆的形式。空气弹簧的支承方式又分为二、三和四点支承，欧洲国家一般采用二点或三点支承的模式，但必须设置抗侧滚扭杆，因欧洲铁路联盟（ U IC）对抗侧滚指数有严格要求。日本采用四点支承的模式，在空气弹簧跨距足够大的条件下，可不加抗侧滚扭杆。大量的理论研究和试验证明，二系刚度应尽可能地保证车体的垂向和横向自振频率为1 Hz左右。

4 牵引装置

传统的客车转向架采用心盘或双侧牵引拉杆的牵引模式。心盘除传递纵向力和支承车体的垂向载荷外，还能提供回转力矩以提高车辆的抗蛇行稳定性，但由于其摩擦特性受外界因素影响，稳定性较差以及不能将车体的横向和垂向等运动解耦，故不适合于高速转向架。采用心盘的客车转向架上一般设有非接触式旁承或常接触弹性旁承，常接触弹性旁承除能抑制车体的侧滚运动外，还能有效提高车辆的运动稳定性。目前高速客车转向架多采用Z字形拉杆中心销牵引的模式，其特点是在保证纵向刚度的条件下，横向和垂向的刚度几乎为零。

5 横向止挡及抗侧滚装置

为控制车体的横向位移及侧滚角位移在一定的范围内，客车转向架一般都设有横向止挡和抗侧滚装置。通常在车体和转向架间设有30～ 40 mm的横向自由间隙，使车体在此范围的横向运动通过空气弹簧进行平衡。在通过小半径曲线时有可能超过该自由间隙，止挡开始起作用。客车转向架的横向止挡通常设计为橡胶弹性止挡，其目的是利用橡胶的非线性特性防止车体和转向架间的刚性冲击。为保证良好的横向平稳性指标，近年来欧洲一些国家开始对高速客车转向架横向止挡采用空气弹簧的模式，但由于结构复杂和制造成本高，至今尚未得到广泛应用。抗侧滚装置通常由抗侧滚扭杆等组成，以防止车体在曲线上过大的侧滚角位移。U IC对车体相对于轉向架的侧滚角位移有明确的限制，其规定车体相对于轨道面的侧滚角比上转向架相对于轨道面的侧滚角的比值在0.2～0.4之间，中国至今尚未有相应的规定。

经过数十年的运用和改进，高速客车转向架无论是技术还是性能都得到了迅速发展，纵观国外高速列车的发展，其转向架结构并没有固定的模式。

参考文献

[1]严隽耄. 国外高速列车译文集[M] . 北京： 铁道部科学研究院机辆所， 2012.

[2]傅小日. 日本新干线高速列车[M] . 北京： 中国铁道出版社，2013.

[3]杨国帧. 国外高速客车转向架[R] . 上海： 上海铁道大学， 2012.