CRH2第2章转向架.docx
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CRH2第2章转向架
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。
表2-1转向架主要技术参数
技术参数
动力转向架
拖车转向架
最高运营速度
350km/h
最高试验速度
362km/h
齿轮传动比
3.036（85/28）
最大轴重
＜14t
固定轴距
2500mm
车轮直径
860mm（全磨耗790mm）
轮对内侧距
1353
mm
空簧支撑高度
1000
一系悬挂
钢弹簧+减振器+转臂定位，
二系悬挂
空气弹簧+橡胶堆
空气弹簧
带固定节流装置
牵引装置
单拉杆方式
车轴形式
空心车轴
动力转向架
拖车转向架
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JISE4207（铁路车辆用转向架构架‐设计通则）进行。
根据JISE4208（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（JISG3114），铸钢件材质采用SCW480（JISG5101），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。
材质同侧梁，采用耐候性钢板SMA490BW（JISG3114）。
横梁上的支座主要由牵引电机、齿轮箱、制动钳、牵引拉杆支座构成，均采用钢板焊接组装结构。
图2-3示出了转向架构架的结构示意图。
动力转向架构架
拖车转向架构架
图2-3转向架构架结构示意图
第三节轮对组成
一、车轮
1）车轮宽度为135mm
2）车轮直径为860mm，最大摩耗时为790mm
3）踏面外形暂定为“LMA型”车辆高速磨耗型踏面
4）设计和生产是根据JISE5402（铁道车辆用碳素钢整体碾压车轮）进行，材质为SSW-Q3R
二、动力车轴
1）高频淬火、镗孔轴（镗孔径60mm）
2）轴颈轴承为φ130mm的RCT（密封圆锥滚柱轴承）、轴端形状也与之相适合
3）轮座直径、齿轮轴直径、中央部位直径与E2系相同
4）强度设计时满足JISE4501（铁道车辆－车轴强度设计）的系统1和A级要求，对于既有线区间的运用需满足系统2和A级要求
5）生产则根据JISE4502（铁道车辆用车轴）进行、材质为S38C
三、非动力车轴
1）高频淬火、镗孔轴（镗孔径60mm）
2）轴颈轴承为φ130mm的RCT（密封圆锥滚柱轴承·注油润滑）、轴端形状也与之相适合
3）A端侧装置速度传感器用（AG37用或AG43用）的齿轮
4）轮座直径、中央部位直径与E2系相同
5）强度设计时满足JISE4501（铁道车辆－车轴强度设计）的系统1和A级要求，对于既有线区间的运用适用系统2和A级要求
6）生产则根据JISE4502（铁道车辆用车轴）进行、材质为S38C
四、动车轮盘制动圆盘
1）为一体锻钢制式、外径725mm（有效外径720mm）的圆盘
2）磨耗余量为2mm
3）圆盘组装时的厚度为133mm（车轮宽度-2mm）
五、拖车轮盘制动圆盘
1）为一体锻钢制、外径725mm（有效外径720mm）的圆盘
2）磨耗余量为5mm
3）圆盘组装时的厚度为133mm（车轮宽度-2mm）
六、拖车轴盘制动圆盘
1）为二分割锻钢制、外径670mm的圆盘
2）磨耗余量为5mm
3）圆盘组装时的厚度为97mm
七、驱动装置
1）整体构成以E2系为基准
2）齿轮比为3.036（与E2系相同）
3）齿轮箱为铝铸体
4）密封部采取防“黄砂对策”
5）驱动装置使用轴承为如下规格
●滚柱的材质为SUJ2
●内轮和外轮的材质为轴承用表面淬火钢
●计算寿命在300万km以上（计算根据JISB1518进行）
八、挠性联轴器
1）为齿轮型挠性联轴器（WN联轴器）
2）整体构成以E2系为基准
3）满足CRH2的变形大小
图2-4示出了轮对的具体结构。
动力轮对
非动力轮对
图2-4轮对结构
九、轴承组成
轴承组成的基本参数见表2-2，具体结构型式见图2-5。
表2-2轴承的技术参数
项 目
单位
规格
轴承形式
密封双列圆锥滚柱轴承
基本动态额定荷载
kN
基本静态额定荷载
kN
内轮内径
mm
130
内轮宽度
mm
150
外轮外径
mm
230
外轮宽度
mm
160
润滑方式
润滑脂
材质（内轮·外轮）
轴承用表面淬火钢（或同等品）
材质（滚柱）
SUJ2（或同等品）
具有真空溶解材料或同等性能
设计轴重
kN
137.2（14t）
156.8（16t）
弹簧下质量
kN
19.6（2t）
最高速度
km/h
250
200
最大转速
rpm
1608（平均车轮径）
1286（平均车轮径）
车轮径
mm
平均825（寿命计算）新制时860-最小790
寿命
万km以上
500（目标）
―
图2-5轴承外形图
十、轴箱装置
采用转臂式轴箱定位装置，弹簧部分采用适用于高速运行稳定性的参数要求，选择具有耐久性、可靠性高的部件。
（一）、转臂式轴箱定位装置的特点
●便利的轴箱支撑刚度的选择（可以在垂向、横向和纵向三方向独立选择），能够同时兼顾高速运行的稳定性、乘坐舒适度以及曲线通过性能。
●实现轻量化
●部件数量较少
●便于轴箱支撑装置的分解与组装
●无滑动部分，免维护
“转臂式”与“拉板式”相比，具有能够实现轻量化、部件数量较少以及便于分解和组装等的优点。
采用“转臂式”是作为200km/hEMU转向架轴箱支撑的最佳方式。
（二）、部件构成
1）轴箱弹性橡胶结点
关于橡胶件的大小，随着载重量的增加，采用了大于目前日本新干线中使用的规格尺寸，弹性常数将在以后确定。
2）钢弹簧
采用由外簧和内簧构成的双重钢弹簧，所有车型均使用同一种弹簧。
外簧的材质采用SUP9A或者SUP11A，内簧的材质采用SUP9或者SUP9A（均为JISG4801）。
当对弹簧作用最大负荷（相当于车厢满员载荷的1.3倍）时，弹簧的修正应力设计为686MPa（70kgf/mm2）以下。
3）上、下弹簧座
材质采用钢材S45C（JISG4051）。
4）防震橡胶
安装在下弹簧座和轴箱体之间，用于隔离高频振动。
5）垂向油压减振器
在安装时，E2系采用了上下均装防震橡胶的形式。
由于采用转臂式轴箱，对防震橡胶会产生较大的摆振力，为了达到缓和摆振力的目的，防震橡胶转变为缓冲橡胶的形式。
减振器的特性将另行说明。
6）调节板
作为调节车辆作用于轮对的重量差以及轴箱内圆弹簧载荷不平衡的目的，将调节板插入轴箱体和防震橡胶之间。
通过拔出和插入调节板进行高度调整，使得转向架四处位置的圆弹簧高度达到规定的尺寸。
7）吊装用具
为在吊起转向架时，使轮对与转向架构架一体吊起而安装了吊装用具。
吊装用具的结构是挂在轴箱总成的后盖突出部分的。
8）绝缘罩和挡板
为了实现转向架构架与轮对间电气绝缘的目的，将绝缘罩设置在圆弹簧与上圆弹簧座之间。
为了避免绝缘罩与圆弹簧直接接触而发生破损，向圆弹簧与绝缘罩之间插入了不锈钢材质的垫片。
9）防尘盖
在上圆弹簧座的开口部位安装了防尘盖，防止水、灰尘的侵入。
该开口部是在对圆弹簧进行压下时、插入螺栓而设计的。
（三）、电气绝缘
为了防止轴承处轴颈受到电化学腐蚀，对转向架构架与轮对采用电气绝缘的结构。
在螺旋钢弹簧与构架之间插入绝缘板，对轴箱定位橡胶、轴箱减振器缓冲橡胶采用绝缘特性橡胶，实现电气绝缘。
绝缘电阻值为1,000MΩ以上。
图2-6示出了一系轴箱悬挂定位装置，表2-3示出了螺旋钢弹簧的主要技术参数。
图2-6一系轴箱悬挂定位装置
表2-3圆钢弹簧的主要技术参数
项目
单位
外簧
内簧
材质
－
SUP9A或者SUP11A
SUP9或者SUP9A
材料直径
mm
41
26
螺旋平均直径
mm
220
143
总圈数
－
4.9
6.4
有效圈数
－
2.9
4.4
座圈数
－
各1
各1
自由高度
mm
256
240
压紧高度
mm
180.4
153.4
螺旋方向
－
右
左
应力修正系数
－
1.286
1.278
横向弹性模数
Kgf/mm
8000
重量
kgf
32.23
11.23
43.46
特殊规格
研磨，喷丸硬化
弹簧刚度
Kgf/mm
91.51
35.52
127.03
防震橡胶弹性刚度
Kgf/mm
2000
综合弹簧刚度
kgf/mm
119.44
十一、速度传感器
（一）、相关部件构成
1）轴箱体
材质采用铸钢SC450（JISG5101）。
E2系虽然采用SCC60（特殊铸钢，不对应JIS规格），但是考虑今后国产化的要求使用了一般铸钢。
2）前盖
材质采用铝合金铸件AC4CH-T6（JISH5202），与E2系相同。
采用在前盖上直接安装同步测速发电机的结构。
3）后盖
材质采用铝合金板材A5083P-O（JISH4000）或者铝合金锻造材料A5083FD-O（JISH4051）。
E2系采用AC4CH-T6。
采用上下分体的结构，用螺栓连接组装。
4）轴箱弹性橡胶节点压板
材质采用铸钢SC450（JISG5101）或钢材S45C（JISG4051）或钢板SS400（JISG3101），E2系使用S45C。
与轴箱体进行一体进行机械加工，为一体使用这两个部件，进行打印标记管理。
5）橡胶盖
在前盖的前端开口部分装有橡胶盖，防止水、灰尘的侵入。
前盖的开口部分是为了进行车轴的探伤作业而设置的。
（二）、速度传感器的安装
1）对指定的轴箱位置，采用可以安装速度传感器的结构方式
在车头（1与8号车）的第1轴和第4轴，以及4、5号车的所有轴的轴端，分别安装AG37型速度传感器。
在车头（1与8号车）的第2轴和第3轴，也分别安装AG37型速度传感器。
2）采用将速度传感器直接安装在前盖上的结构
图2-7200km/hCRH2速度传感器安装结构
第四节二系中央悬挂装置
一、二系中央悬挂装置（车体支撑装置）组成
（一）、组成部件
1）中心销
使用螺栓将中心销安装在车体的下部。
中心销应能承受牵引、制动以及行车时的振动，并具备足够的强度。
中心销采用钢板焊接组装结构，主要材质采用耐候钢板SMA490BW（JISG3114），在焊接后要进行退火处理。
由于车体采用铝合金材质制造，因此，与钢制中心销相接触的部分要采取措施，防止因不同金属的接触发生电化学腐蚀。
2）空气弹簧
E2系采用了有效直径为500mm的空气弹簧，但是由于车体重量的增加，最大载荷时的内压超过了设计标准值（588kPa），因此，CRH2采用有效直径为520mm的空气弹簧。
有关规格的详细内容，请参照空气弹簧规格说明书。
3）横向减振器
为了抑制行车时的车体摇摆，每台转向架安装了两个横向液压减振器。
在安装时，应采取措施，防止空气混入减振器。
有关减振器的详细规格，请参照油压减振器规格说明书。
在安装减振器时，亦考虑将来安装有源控制用驱动器、半有源控制用减振器以取代现横向减振器。
用于安装减振器的支座，应具备足够的强度。
减振器支座采用钢板焊接组装结构，主要材质采用耐候钢板SMA490BW（JISG3114）。
4）抗蛇行减振器
为了防止高速运行时转向架发生蛇行，每台转向架安装了两个抗蛇行减振器。
安装时，应采取措施，防止空气混入减振器。
有关减振器的详细规格，请参照油压减振器规格说明书。
用于安装减振器的支座，应具备足够的强度。
减振器座采用钢板焊接组装结构，主要材质采用耐候钢板SMA490BW（JISG3114）。
由于车体采用铝合金材质制造，因此，在与钢制的减振器支座架所接触的部分，应采取措施，防止因不同金属的接触而发生电化学腐蚀。
5）横向弹性橡胶止档
为了抑制车体过度的横向移动，在转向架构架上安装横向限位橡胶止档。
它与中心销之间的初始间隙设定为20mm。
橡胶的弹性特性依据初始间隙加最大横移量合计不超过50mm而定。
6）牵引装置
牵引方式采用单连杆方式，通过单连杆传递驱动力和制动力。
单连杆采用钢管焊接组装结构，主要材质采用钢管STKM13A（JISG3445），焊接后要进行退火处理。
牵引连杆所使用的缓冲橡胶，应具备足够的耐久性，并应尽可能满足连杆与构架间的变形要求。
关于缓冲橡胶的刚性，将在今后讨论中设定。
7）自动高度调节阀与差压阀
每个空气弹簧，均安装有自动高度调节阀。
自动高度调节阀装置应选用适合于使用环境（耐寒与耐冰雪等）的保护装置。
选择LV5B时，采用保温箱及加热器进行保护。
选择的部件应将考虑今后的国产化问题。
当转向架上的左右空气弹簧压力差达到一定数值时，差压阀开始工作以消除内压差。
有关自动高度调节阀、差压阀的详细内容，请参照自动高度调节装置说明书。
图2-8示出了车体二系悬挂支撑装置构成图。
图2-8车体二系悬挂支撑装置
二、空气弹簧
空气弹簧的基本结构特点如下：
1）结构以E2-1000系列用空气弹簧为基础
2）E2-1000系列用空气弹簧在满载时的内压超过600kPa，因此要扩大有效直径到φ520mm左右
3）标准高度200mm
具体的规格参数见表2-4。
表2-4空气弹簧技术参数
项 目
单位
规格
E2-1000系列
CRH2
形式
φ500无摇枕转向架
空气弹簧
φ520无摇枕转向架
空气弹簧
尺寸
有效径
mm
505
520左右
最大外径
mm
628
650以下
标准高度
mm
190
200
止挡上下间隙
（标准荷载时）
mm
30
35
内容积
l
20
25左右
辅助空气室容积
l
60
65-70
荷载（最重量车）
空车时
kN
77.9（389）
78.9（372）
定员时
kN
93.4（466）
101.9（480）
（）内、空气弹簧内
满车时
kN
108.8（543）
121.5（572）
量规压（kPa）
设计标准荷载
kN
91.2（455）
100.0（471）
上下弹簧定数（静态）
设计标准荷载时
kN/m
216
240（目标）
水平弹簧定数（动态）
设计标准荷载时
kN/m
177
186（目标）
最大变位
上下方向
mm
+70/-40
+70/-40
水平方向
mm
±110
±110
积层橡胶特性
kN/m
13000
10000-11000左右
节流口径
mm
14
13-14（选定最优值）
质量
kg
42
50左右
图2-9空气弹簧外形图
第五节自动高度调节装置
自动高度调节装置由自动高度调节阀、调节杆总成、差压阀构成。
一、自动高度调节阀的规格
采用耐寒和耐冰雪的规格，根据需要配备了保温箱与加热器，以满足-25℃的使用条件。
应能够承受在供风源压力（最大总风缸压力882kPa（9kgf/cm2）），供风终端压力（最大空气弹簧内压588kPa（6kgf/cm2））的使用条件。
在中立位置设置±5mm左右（换算为摆杆长度140mm）的不灵敏带，对于微小的摇动不进行变化的供排气。
使其具备3秒左右的动作延迟时间，或者在中立位置设置±20mm左右（换算为摆杆长度140mm）的低流量范围，防止空气消耗量的无谓增加。
自动高度调节阀，应根据JRISE4117（铁路车辆用自动高度调节阀）或者同等规格实施特性试验。
二、调节杆的组成
自动高度调节阀安装在转向架构架上，采用能够追踪车体与转向架之间相对运动的结构。
对于调节杆组成的下部，使用调节杆支座保护，防止受到冰雪及障碍物的影响而发生破损。
三、差压阀的规格
设定差压为147kPa（1.5kgf/cm2）。
在内部采用不易发生卡住的结构，防止差压阀常时打开或者常时关闭。
第六节油压减振器
油压减振器主要有三种类型：
垂向减振器、横向减振器、抗蛇行减振器。
一、垂向减振器
安装时，将防震橡胶型变更成为缓冲橡胶型。
为了防止发生冰雪的卡入，在外圆部分安装防雪罩。
对于衰减系数与最大衰减力，按照与E2系相同设定，但轴箱位置换算中的衰减系数为E2系的2倍。
二、横向减振器
在E2-1000系列上，安装了有源控制用驱动器或者半有源控制用减振器，为适应今后的改造，此次安装常规的油压减振器。
根据车辆重量的增加，将以往的E2系所使用的横向减振器的衰减系数从39.2kN/m/s增加到58.8kN/m/s，最大衰减力也从9.8kN变更成为14.7kN。
三、抗蛇行减振器
为了改善微小振幅时的衰减特性，将以往使用的E2系抗蛇行减振器的衰减系数从735kN/m/s增加到2450kN/m/s，但最大衰减力不变。
为了防止发生冰雪的卡入，在外圆部分安装防雪罩。
第七节制动装置
一、动力轴轮盘式制动器
1）制动闸片的有效摩耗余量为6mm，制动圆盘的有效摩耗余量为2mm
2）制动圆盘的外径为φ720mm，圆盘组装时的厚度为133mm（车轮宽度-2mm）
3）制动缸尺寸按φ45进行设计
二、非动力轴轮盘式制动器
1）制动闸片的有效摩耗余量为14mm，制动圆盘的有效摩耗余量为5mm
2）制动圆盘的外径为φ720mm，圆盘组装时的厚度为133mm（车轮宽度-2mm）
3）制动缸尺寸按φ30到φ32进行设计
三、非动力轴轴盘式制动器
1）制动闸片的有效摩耗余量为14mm，制动圆盘的有效摩耗余量为5mm
2）制动圆盘的外径为φ670mm、圆盘组装时的厚度为97mm
3）制动缸尺寸按φ30到φ32进行设计
四、制动闸片
1）为不含铅烧结合金制
2）平均摩擦系数应确保0.25
3）动车与拖车有效摩耗余量分别为6mm和14mm
第八节踏面清扫装置
一、结构
踏面清扫装置安装在制动钳的上部。
设置踏面清扫装置的目的是，在制动时将研磨装置压在车轮踏面上，去除车轮踏面的污垢及油迹，保持轮轨间稳定的粘着性能等。
与E2-1000系列相同，采用活塞式，取消了研磨装置悬吊支架。
二、技术参数
形式：
直动型
缸径：
40mm（面积12.57cm2）
车轮直径：
860mm（使用最小直径790mm）
研磨装置的有效磨损量：
30mm（新制造时40mm）
常规间隙：
15mm（车轮踏面与研磨装置之间的间隙）
最大行程：
80mm（间隙15mm+研磨装置磨损30mm＋车轮磨损35mm）
使用压缩空气压力：
5～6kgf/mm2
图2-10示出了踏面清扫装置的结构外形图。
图2-10踏面清扫装置结构图
第九节转向架排障装置
排障装置的结构特点主要有：
1）排障装置由安装臂、排障板支座、排障板等构成；
2）在排除设想的障碍物时，各部分不得发生破损；
3）由于排障装置安装在轴箱的下面，因此应具备足够的强度，即使承受较大的振动、也不易发生破损；
4）应能够配合车轮直径、调节排障板的高度；
5）在轴箱保持水平的状态下，排障板下端与钢轨面的距离高度可调节为大约10mm。
对于转臂式的轴箱支撑方式，由于圆弹簧的挠曲会造成轴箱倾斜，因此在空车状态下，至钢轨面的距离调节为大约4mm。
图2-11示出了排障装置的外形结构图。
图2-11排障装置结构图
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