新型250km/h城际动车组转向架设计和验证

尹振坤

（中车长春轨道客车股份有限公司转向架研发部，吉林长春 130062）

新型250km/h城际动车组转向架设计和验证

尹振坤

（中车长春轨道客车股份有限公司转向架研发部，吉林长春 130062）

介绍速度等级为250km/h，轴重为17t的新型城际动车组转向架的研制，转向架型号CW280。转向架研发过程中充分考虑了城际动车组运行特点及要求，借鉴了技术引进300km/h欧系动车组转向架的成熟结构，对驱动装置等关键零部件选型进行了充分的论证说明。经过30万km运用考核和线路跟踪测试，证明该转向架能够满足城际动车组的运用要求。

转向架；250km/h；城际动车组

随着中国高速铁路网的快速发展，以“四纵四横”为主的干线客运专线路网已建成，高速动车组运行时速已达到300km/h。比较而言，城际铁路发展相对滞后，“十三五”将大力发展以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为核心的城际轨道交通网络。中车长客股份公司在已有欧系动车组转向架产品平台上，开发了满足城际动车组运用要求的最高运行速度可达250km/h的CW280型转向架。

1 需求分析

相对干线动车组，城际动车组有其自身的运用特点。因此，转向架的主要设计指标要充分考虑城际动车组的运用需求，主要包括大轴重（载客量大）、空重车载重变化大；启停相对频繁（站间距在20～50km）；线路条件多样性，需兼顾既有干线铁路、客运专线及跨线混跑的线路特点；运行速度跨度大，需考虑在160～250km/h范围内不同速度变化；不同区域的环境温度适用性，如哈长地区-40～+40℃温度运行要求［1，2］。

2 设计结构优化

中车长客股份在技术引进的CRH3型动车组转向架平台上，借鉴300km/h动车组转向架的成熟设计结构和运用经验，针对城际动车组运用特点，研制了CW280型转向架，该转向架各部位进行了充分的选型论证和结构优化。转向架主要技术参数见表1，动车转向架见图1。

表1 转向架技术参数

图1 动车转向架

2.1 构架

构架主体为H形成熟结构形式，侧梁采用钢板箱型焊接结构，横梁采用无缝钢管，横侧梁连接采用变截面锻件，具备良好的焊接工艺性。横侧梁的主要受力部位（如转臂定位座、横向止挡等）均采用锻件，以减少焊接量，提高承载能力。动车构架见图2。

图2 动车构架

2.2 轮对轴箱

既有动车组车轮直径为860～920mm，考虑到城际动车组的运行速度，选用车轮直径为860mm的车轮，以降低簧下质量，减小轮轨冲击，提高旅客乘坐舒适性，并且能够适应低站台低地板的要求。车轴中心孔直径为φ30mm，便于车轴探伤检查，进一步降低簧下质量。

轴箱采用分体式轴箱组成，分为轴箱转臂和转臂箍，转臂箍通过4个螺栓和2个定位销与轴箱转臂连接，更换轮对时，仅拆卸转臂箍即可落下轮对，无需拆卸轴箱与构架的连接件，便于检修维护。轴箱组成见图3。

2.3 一系悬挂

一系悬挂采用双圈螺旋钢弹簧和垂向减振器，在钢弹簧下部安装60mm厚的橡胶叠层弹簧，在较大一系垂向挠度变化时，较厚的橡胶簧能够有效减少轴箱上部弹簧座倾斜对钢弹簧产生的偏移，改善钢弹簧受力，同时橡胶簧还可以吸收轮轨产生的高频振动。一系悬挂见图3。

图3 一系悬挂及轴箱组成

2.4 驱动装置

驱动装置的选型是城际动车组转向架设计的重要项点。

2.4.1 电机悬挂方式。主流的架悬式牵引电机悬挂方式主要有2种，刚性悬挂（见图4）和柔性悬挂（见图5）。仿真分析计算表明，电机柔性悬挂转向架的临界速度大于600km/h，电机刚性悬挂转向架的临界速度大于409km/h，即动车组在300km/h以上高速运行状态下，电机柔性悬挂能够在一定程度上起到提高车辆动力学性能的作用；在250km/h以下速度等级，电机悬挂方式对车辆动力学影响效果不太明显，刚性悬挂的平稳性和脱轨系数还略优于柔性悬挂，详见图6。

图4 电机刚性悬挂图示

图5 电机柔性悬挂图示

图6 电机刚性悬挂和柔性悬挂动力学性能比较

所以，对于200km/h等级城际动车组转向架选择技术成熟的电机刚性悬挂方式较为理想，刚性悬挂方式与弹性悬挂方式相比较减少了弹性橡胶部件，可维护性、可靠性更高，同时降低了设计和维护成本。

2.4.2 齿轮箱悬挂方式。主流的齿轮箱与构架悬挂方式主要有2种，C形支架和吊杆。综合对比联轴节变位和连接可靠性，C形支架结构更优：①C型支架悬挂接近小齿轮轴正上方，联轴节的变位较小，适应城际动车组载荷变化大带来的联轴节变位较大问题；②C型支架通过螺栓与构架4点连接，还设置有定位键，可靠性更高，且构架受力分散，详见图7。

图7 齿轮箱组成图示

2.5 二系悬挂及牵引装置

二系悬挂采用高柔性、大曲囊空气弹簧、抗侧滚扭杆、横向减振器和抗蛇行减振器。低刚度空簧具备良好的运行舒适性，空簧进气口设置有节流孔来提供二系阻尼。空簧的充排气由高度阀控制，广泛采用控制方式有2种：2点控制和4点控制。2点控制是指同一转向架的2个空气弹簧由1个高度阀控制充排气；4点控制是指每个空气弹簧都由一个单独的高度阀控制充排气。2点控制的优点是同一转向架2个空簧同时充排气，不存在单侧空簧过充问题，安全性高；而且对于大曲囊低刚度空气弹簧，即便采用4点悬挂，由于空簧垂向刚度较低，能够提供的抗侧滚刚度较小，详见图8。中央牵引装置采用Z形双牵引拉杆布置，中心销和牵引梁通过橡胶套实现无磨损弹性连接，详见图9。

图8 二系悬挂图示

图9 牵引装置图

2.6 与车体连接方式

转向架二系悬挂上部设置有联系枕梁，二系悬挂和牵引装置各部件与联系枕梁连接。联系枕梁通过两侧定位销和螺栓与车体边梁连接，结构简单，方便维护维修。联系枕梁采用铸造铝合金材质，质量轻，防腐性能好，还可作为空气弹簧的附加气室，详见图10。

图10 联系枕梁-铸铝

2.7 基础制动夹钳

基础制动采用传统的三点吊挂方式，制动摩擦力和制动缸重量由3个吊点分别承载，制动缸及构架制动吊座的受力状态优于4点集中吊挂，更适用于城际动车组快起快停的特点。

2.8 低温适应性

为了满足不同城际动车组的运行温度要求，构架材质采用满足低温要求的焊接钢板和锻件，齿轮箱、轴箱轴承、减振器采用满足低温运行的油脂，金属橡胶件采用满足低温性能要求的胶料。

表2 CW280转向架运行工况

2.9 安全监控

为了提高转向架的运用安全性，转向架轴箱安装有双探头轴温传感器，提高轴承温度检测的可靠性；齿轮箱大轴承和小轴承也分别安装温度传感器；构架侧梁端部安装有加速度传感器用来检测构架的蛇行运动。

3 计算分析与台架试验

CW280转向架研发过程进行了一系列的计算分析和台架试验，结果表明，CW280转向架的性能指标和结构强度满足相关标准要求。

3.1 转向架悬挂参数优化

为了充分比较不同悬挂参数的动力学性能，对车轮踏面、主要悬挂参数动力学性能敏感度、动力学性能预测、故障工况和侧风工况等进行了分析计算，计算内容包括临界速度、平稳性、舒适度、安全性、车轮踏面磨耗和悬挂模态等。通过仿真计算分析，转向架采用S1002CN踏面及其磨耗后踏面与60kg标准钢轨匹配、秦沈线轨道谱激励下，空车整备状态和超员载荷状态下的动力学性能满足要求。该型转向架满足在提速线路和客运专线上以250km/h以下速度安全运营。

3.2 滚振试验

依据GB5599和TB3115标准要求，在国家牵引动力试验室对CW280型动车和拖车转向架进行了滚动振动台架动力学试验，车体为CRH380BL动车组车体按照城际动车组进行配重，试验项目包括不同抗蛇行减振器参数、不同转臂定位节点刚度、不同踏面等效锥度、不同二系横向减振器参数、不同空簧阻尼孔以及模拟空簧无气、拆除各减振器、拆除扭杆、拆除一系弹簧故障方案的蛇行运动稳定性和运行平稳性试验，共计50个工况的台架试验，采用了武广、胶济和京津3种线路谱激扰。结果表明，CW280转向架在350m/h速度范围内未出现失稳，具有足够的蛇行运动稳定性；在80～350km/h速度范围内，车体平稳性指标达到优级。该转向架的运行稳定性和运行平稳性能够满足在线路上250km/h以下速度运行的要求。

3.3 构架强度计算和试验

对动车构架、拖车构架的结构强度进行了有限分析计算、静强度和疲劳强度试验，计算和试验载荷按照UIC515-4、UIC615-4和EN13749标准执行。其中，动车构架疲劳强度试验采用21个液压伺服作动器，对构架关键受力部位进行了1 000万次疲劳加载，见图11和图12。

图11 作动器加载示意图

图12 动车构架疲劳强度试验

4 线路试验及运用考核

该转向架随城际动车组整车在秦沈客专、长吉城际进行了线路型式试验，在沪昆客专、哈大客专、沈丹客专进行了运用考核和跟踪测试，总考核里程达到30万km，CW280转向架运行状态良好、平稳性指标为优级。运行工况汇总见表2。

由表2可以看出，在不同线路、不同速度、不同温度、不同载荷条件下，CW280型转向架动力学性能得到了充分的验证，说明该型转向架的主要零部件选型、悬挂参数匹配及结构强度是完全满足城际动车组运用要求的。

5 结语

目前国内既有在线运营的200km/h等级动车组转向架为技术引进转向架以及日系动车组平台转向架产品，国内尚无具有自主知识产权的基于欧系动车组转向架技术平台的城际动车组转向架，CW280型转向架的研制填补了这个空白，为国内动车组转向架家族又添一丁，具有广阔的市场前景。

［1］严隽耄.车辆工程［M］.北京：中国铁道出版社，1999．

［2］马利军，冯永华，崔志国，等.城际动车组系列转向架研制［J］.机车电传动，2015（2）：4-6.

Design and Test of a New Type 250km/h Intercity EMU Bogie

Yin Zhenkun
（Research&Development Center of Bogie Department，CRRC Changchun Railway Vehicles Co.Ltd.，Changchun Jilin 130062）

This paper introduced intercity EMU bogie design with the speed of 250 km/h and 17 tons axle load,bogie type is CW280.Considering intercity EMU operation requirements and features,bogie design refered to the success⁃ful structure of CRH3 EMU,and the key parts such as drive of the selection were fully demonstrated.After 0.3 mil⁃lion miles'operation,the bogie is proved to comply to intercity EMU operation requirements.

bogie；250km/h；intercity

U260.331

：A

：1003-5168（2017）01-0115-04

2016-12-08

尹振坤（1979-），男，本科，高级工程师，研究方向：动车组转向架设计。