轨道交通车辆转向架结构设计研究

李富强 郭鹏飞 王培东

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111)

轨道交通作为陆地上重要的一种运输方式，因其运载量大、低成本、速度快等特点，已经成为人们外出首选的交通工具，并在运输体系中占主导位置[1]。轨道列车是非常复杂的系统，其中，转向架的结构设计尤为重要，并且直接关系到列车的运行安全。

1 转向架概述

(1)转向架的结构

轨道交通车辆的转向架由一系悬挂、二系悬挂、基础制动系统、中间牵引单元、边缘润滑系统配置和辅助装置等部件组成，具体如图1所示。

图1 转向架结构

(2)转向架分类

在当今世界轨道交通中，转向架可以按照以下标准进行分类：牵引传动装置、车轴的数目以及类型、轴箱定位方式和结构、弹簧装置等，根据以上分型可以知道，对转向架的介绍多种多样，且重点都不一样，就是因为有着多种多样的分型，也导致了转向架会有不同故障发生[1]。

2 转向架在轨道列车应用中出现的故障及诊断方法

转向架作为轨道车辆系统的主要结构，是支撑整个车体的关键，也是极易出现故障的部分，下面对其出现的故障进行系统分析。

2.1 轴承故障

(1)故障现象

轴承是轨道列车中关键的旋转支撑部位，具有使用寿命长、可靠性强等特性。在列车运行过程中，轴承持续承受车辆和轨道的冲击力。因此发生故障的概率很高。其故障主要有：①化学腐蚀、机械腐蚀等，腐蚀会导致轴承的精度消失；②元件断裂，轴承失效；③元件工作面出现压痕或密封不良致使异物进入，导致使用寿命下降等。

(2)故障诊断

针对轴承故障的诊断方法有声学诊断法、温度诊断法等，结合轴承的故障类型及特点，目前采用的检查方法为振动诊断，此方法是应用最广泛的轴承检查方法。该方法主要通过信号进行简单地分析，以判断轴承是否出现异常，可以准确实现故障类型的诊断，在故障早期及时发现异常，避免故障的发展扩大。

2.2 齿轮箱故障

(1) 故障现象

齿轮箱是轨道列车中的传动机构，通过多对齿轮的磨合，配合列车稳定运行，保证列车安全运行。齿轮结构复杂，其发生故障的主要类型如下：①齿面磨损，易导致齿轮力矩传递性能改变，磨损加剧等；②齿面剥落，齿轮表面会产生疲劳载荷，导致意外的发生。

(2)故障诊断

齿轮箱系统的故障诊断方法主要有噪声诊断法、振动诊断法、冲击脉冲诊断法等，其中，主要的、最常见的检查方法为振动诊断法。在列车运行过程中，齿轮箱系统在内部振动以及外部刺激的作用下，产生振动以及噪声，振动信号可对齿轮的状态进行实时传送，实现了对故障的早期、中期以及晚期的检查和记录。

3 转向架的设计

3.1 转向架设计特点

转向架的质量对车辆的动态性能有着最重要的影响，对构架进行轻量的设计，不仅可以提高车辆自身的运行平稳性，还会提高车辆自身的速度，使车辆在通过弯道时更具灵活性。转向架的轻量化设计对于减少轨道车辆的重量非常关键。

3.2 转向架的设计

转向架的设计要求主要有以下几点[2]：

(1)转向架构架。主要采用EN 10025标准的S275J2G3钢板制造，并制成“H”型(见图2)。

图2 “H”型转向架构架

(2)轮对组成。注意拖车转向架以及动车转向架的位置不可互换。

(3)一系悬挂。安装在轴承上的弹簧装置，即弹簧单元，其高度由一系悬挂的横向及纵向决定。

(4)二系悬挂。即车体与转向架间的联接装置，用以传递车体与转向架间的垂向力和水平力，使转向架在车辆通过曲线时能相对于车体回转，并进一步减缓车体与转向架间的冲击振动。一般包括空气弹簧、高度阀、压差阀、减振器和抗侧滚装置等。抗侧滚扭杆主要是控制车体过分的侧向滚动等。

(5)基础制动装置。主要是由制动缸传来的力，经杠杆放大系统增大若干倍以后传给闸片，使其压紧制动盘，对车辆实施制动。

(6)目前应用最广泛，具有代表性的转向架为CRH2型动车组转向架，型号为SKMB-200，其主要技术参数为：轨距，1 435 mm；固定轴距，2 500 mm；轴承中心间距，2 000 mm；轮对内侧距，1 353 mm；车轮直径，全新约840 mm，全磨耗约770 mm。

4 应用现状

目前，我国CRH1型和CRH2型动车组采用的是无牵引销转向架，使用了单拉杆结构，而CRH5型动车组采用“Z”字形布置的双拉杆配合中央牵引销结构。另外，还有铰接式转向架，法国TGV高速列车一般采用这种转向架。

结合国内外的应用现状进行主要分析，城市轨道交通无论A型车还是B型车的发展趋势都呈现低噪声化发展，而在城市里对于轨道交通最常见的要求为载客量大、平稳安全地运行等，为了应对上述要求，我国转向架的结构设计还有需要进步的空间[3]。

5 结束语

在轨道交通中，转向架的应用十分重要，其结构的设计与车辆高度、轴承的承重以及应用地域都有密切的关系。因此，对于转向架的设计，研发者应根据具体情况进行分析，研究相应的转向架，并不断地更新自身技术，使车辆的运行更加平稳，保障运行安全。