第02章--转向架结构与原理

兰州交通大学机电学院机车车辆系商跃进第二章转向架结构原理及基本部件第1节转向架基础知识第2节轮对轴箱装置第3节弹性悬挂装置第4节驱动装置第5节车体连接装置第6节制动装置第1节转向架基础知识一、转向架的作用及要求二、转向架的组成三、转向架的分类四、动车组转向架的结构特点一、转向架的作用1.承重——承担机车上部的重量，包括车体及安装在车体内的各种机械、电气设备的重量，并把这些重量经一系弹簧悬挂装置传递到钢轨上。2.传力——产生牵引力和制动力，并把产生的牵引力和制动力经牵引装置传递到车体底架，最后传递到车钩，实现对列车的牵引和制动。3.缓冲（走行）——在机车运行中缓和线路对机车的冲击，保证机车运行的平稳性。4.导向——在钢轨的作用下，引导机车顺利地通过曲线和道岔，保证机车在曲线上安全运行。支承车体并使之在轨道上运行的装置称为转向架，亦称走行部，它是动车组的关键部件。二、转向架的组成1、基本组成及其功能2、动车转向架3、拖车转向架4、转向架力的基本传递1、基本组成及其功能1.轮对:走行导向。2.轴箱：降低摩擦阻力，化滚动为平动。3.一系悬挂装置：用以固定轴距，保持轮对正确位置，安装轴承等。缓冲轴箱以上部分的振动，以减轻运行中的动作用力。4.构架:安装基础。5.二系弹簧悬挂：也叫车体支承装置:是车体与转向架的连接装置。6.基础制动装置:是制动机产生制动力的部分。7.电机驱动装置:将电能变成机械能转矩，通过降低转速，增大转矩，将牵引电动机的功率传给轮对。2、动车转向架动车转向架主要由轮对、轴箱、一系悬挂、构架、二系悬挂、驱动装置和基础制动装置等七部分组成。3、拖车转向架拖车转向架主要由轮对、轴箱、一系悬挂、构架、二系悬挂和基础制动装置等六部分组成4、转向架力的基本传递转向架要传递重力、牵引力和制动力、通过曲线时还要传递横向力。1．重力的传递车体上部重量→二系弹簧悬挂装置→转向架构架→轴箱弹簧悬挂装置→轮对→钢轨2．牵引力、制动力的传递轮轨相互作用点产生的牵引力、制动力→轮对→轴箱定位装置→转向架构架→牵引装置→车体→车钩缓冲装置。3．横向力的传递横向力包括通过曲线时产生的离心力、外轨超高引起的重量在水平方向的分力以及横向振动引起的附加载荷。横向力的传递顺序为；钢轨→轮对→轴箱定位装置→转向架构架→二系弹簧悬挂装置→车体底架→车体。三、转向架的分类1.按轴数分类2.按传动装置分3.按悬挂装置分4.按轴箱定位方式分类5.按导向方式分6.按摆动方式分1.按轴数分类两轴转向架----BSS4改（B0-B0+B0-B0）、SS7D（B0-B0-B0）、SS8（B0-B0）CRH3(Bo’Bo‘+2‘2‘+Bo’Bo‘+2‘2‘+2‘2‘+Bo’Bo‘+2‘2‘+Bo’Bo‘)3轴转向架---C0（C0-C0）SS3、S3B、SS6、SS6B2.按驱动装置分(1)动力转向架•单动力轴转向架•双动力轴转向架•独立传动的转向架：又叫单独传动或个别传功转向架．这种转向架的每一根轴都由独立的牵引电机进行驱动。SS系列、DF系列、CRH动车组•组合传动转向架又叫单电机传动转向架，其整个转向架由一台牵引电机进行驱动。(2)非动力转向架3.按弹簧装置分一系悬挂:（轴箱弹簧（第1系）或中央弹簧（第2系））两系悬挂:（轴箱弹簧（第1系）+中央弹簧（第2系））4.按轴箱定位方式分类无导框轴箱定位转向架拉板定位拉杆定位转臂定位有导框轴箱定位转向架轴箱与构架的连接方式通常称为轴箱定位。轴箱定位也就是轮对定位,即约束轮对与构架之间的相互位置。5.按导向方式分自导向径向转向架迫导向径向转向架机车径向转向架6.按摆动方式分强制摆转向架自然摆转向架四、动车组转向架1、应具备的性能2、发展3、结构特点1、动车组转向架应具备的性能在设计制造高速转向架时，必须解决其高速运行时的稳定性、平稳性和良好的曲线通过性能等关键技术问题，以保证告诉列车安全行驶、乘坐舒适、减少维修。2、高速转向架发展概况20世纪50－80年代，一些国家开始将列车速度提高到140－160－200km/h。日本东海道新干线列车所用的DT200型转向架，最高运营速度为210km/h；法国于1973年正式生产Y32型转向架，其最高运营速度为200km/h；德国于1974年开始生产MD52型转向架，最高运营速度也是200km/h。3、动车组转向架的结构特点随着列车速度的进一步提高，高速转向架的结构形式逐步趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、空气弹簧悬挂，有回转阻尼、加装弹性定位等：(1)均采用无摇枕转向架，进一步简化转向架结构和降低自重。(2)轮对为空心车轴，整体轧制车轮、磨耗型车轮踏面，尽量减小簧下质量。(3)第一系悬挂采用钢弹簧十液压式减振器十轴箱定位装置，或采用橡胶弹簧型式的轴箱定位。(4)第二系悬挂主要采用空气弹簧装置。(5)牵引装置主要采用拉杆方式。(6)牵引电机，安装方式采用架悬或体悬或半架半体。其中体悬式可降低簧下质量。(7)驱动装置(齿轮减速装置和联轴节)，齿轮减速装置通过轴承安装在车轴上，牵引电机与齿轮减速装置通过联轴节传递驱动力。(8)动力车和拖车均采用复合制动方式。其中，动力车采用电阻制动(或再生制动)十盘形制动，而拖车采用涡流盘制动(或磁轨制动)十盘形制动。第2节轮对轴箱装置一、轮对二、车轴三、车轮四、轴箱装置一、轮对1、轮对组成2、轮对的主要作用3、轮对基本要求1、轮对组成2轮+1轴，过盈连接，轮轴同转。车辆全部重量通过轮对支承在钢轨上；通过轮对与钢轨的粘着产生牵引力或制动力；通过轮对滚动使车辆前进。轮对在运行中的受载情况比较繁重，当车轮行经钢轨接头、道岔等线路不平顺处时，轮对直接承受全部垂向和侧向的冲击。2、轮对的主要作用3、轮对基本要求轮对承担车辆全部重量，且在轨道上高速运行，同时还承受着从车体、钢轨两方面传递来的各种动、静作用力，受力复杂。故对车辆轮对的要求：1、有足够的强度，以保证在高速、最大载荷下安全运行；2、在保证足够的强度和寿命前提下，使其重量最小，并具有一定弹性，以减小轮轨间的作用力；3、阻力小，耐磨性好；4、适应直线和曲线区段运行，具有必要的抗脱轨安全性。二、车轴1、车轴各部分名称2、车轴类型1、车轴各部分名称(1)轴颈，安装滚动轴承。(2)防尘板座，是车轴与防尘板配合的部位。(3)轮座，车轴与车轮配合的部位。(4)轴身，车轴中央部分．(5)制动盘座．足车轴与制动盘配合的部位大。空心车轴加工方式有4种：1、采用实心轴坯钻、镗孔成型方法加工。费工、费时，浪费大量金属。2、采用离心铸造工艺加工。3、摩擦焊接空心车轴，有三段式和二段式。4、采用无缝钢管，内孔经镗镟后，轴颈作防氧化收口工艺。•滑动轴承车轴和滚动轴承车轴。•实心轴和空心轴。2、车轴类型三、车轮1、车轮部分的名称2、车轮踏面形状3、车轮类型4、高速机车采用整体碾钢车轮的原因1、车轮部分的名称1.突出的圆弧部分称为轮缘，它是保持车辆沿钢轨运行，防止脱轨的重要部分。2.车轮与钢轨的接触面称为踏面。3.轮辋是车轮踏面下最外的一圈。4.辐板是联接轮辋和轮毂的部分。5.轮毂是车轮与车轴互相配合的部分。•踏面形状：锥形踏面（1:10和1:20)和磨耗形踏面（几段圆弧）•车轮名义直径（滚动圆直径）：距轮缘内侧70mm处测得的直径。客车915mm货车840mm城轨车840或750mm.2、车轮踏面形状例如，CRH2型动车组转向架车轮按JISE5402(铁道车辆一碳素钢整体辗压车轮)设计和生产，车轮采用整体轧制车轮，轮辆厚度为135mm，踏面形状采用LMA型。新造车轮滚动圆直径为φ860mm，最大磨耗时的直径为φ790mm。在靠轮绸轮缘侧面φ790mm圆周上，设有磨耗到限标记。踏面需要做成一定的斜度，其作用是：1、便于通过曲线2、可自动调中3、踏面磨耗沿宽度方向比较均匀•整体轮（辗钢轮、铸钢轮）•轮箍轮；•弹性车轮（轮箍与轮毂之间装橡胶元件）；•消音轮（装有消音器）；•橡胶轮（空气橡胶轮胎）。3、车轮类型4、高速机车车辆采用整体碾钢车轮的原因（1）随着机车速度的大幅提高，车轮产生很大的离心力，对轮箍产生的应力往往有可能破坏轮箍的结合强度。因此，不能采用冷缩轮箍，有必要改用整体车轮。（2）随着塑料闸瓦的推广使用，闸瓦传热散热不良将引起制动时轮箍温升过高。为了防止发生弛缓事故，有必要改用整体车轮。（3）对某些采用空心轴传动的电机全悬挂机车，轮心辐板要开设穿入连杆销或空心轴拐臂的孔，辐极强度被削弱，难以保证轮箍与轮心的配合强度。弛缓！四、轴箱装置一、轴箱装置的作用二、轴箱装置类型三、轴箱装置组成四、轴承1、轴箱装置的作用1.承受车辆的重量，传递各方向的作用力；2.轴箱装设在车轴的轴颈上，用来安设轴承，将轮对和侧架或构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；3.良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，从而避免破坏油脂的润滑。保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力。承载、传力、转平、降阻。2、轴箱装置类型•滑动轴承轴箱•滚动轴承轴箱：圆柱滚动轴承轴箱（目前客车常用）；圆锥滚动轴承轴箱（目前货车、高铁常用）3、轴箱装置组成（1）货车滚动轴承轴箱（2）客车滚动轴承轴箱（3）动车组滚动轴承轴箱轴承、轴箱体、密封件（1）货车滚动轴承轴箱（2）客车滚动轴承轴箱防尘挡圈轴箱体圆柱滚子轴承42724QT、152724QT防尘板轴箱盖防尘板螺栓（3）动车组滚动轴承轴箱轴箱装置是连接轮对与构架的活动关节，除了传递各个方向的力和振动外，轴箱必须保证轮对能够适应线路状况而相对于构架上下跳动和左右横动。轴箱装置包括轴箱体、轴箱压盖、轴箱前盖、轴箱后盖、轴承组、橡胶弹性定位节点、轴温检测器及橡胶盖等部件。轴箱组成如图2—ll所示。a、类型：是圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承。在时速200~230km的情况下，两种结构在性能上无明显差异，时速超过240km的高速车辆，一般采用圆锥滚子轴承。b、等级：SKF工业公司轴承一般分为普通极、P6、P5、P4、SP和UP级。我国生产的轴承分为G、E、D、C四个等级。一般车辆用G级（普通级）与SKF轴承普通级相当。准高速转向架引进SKF公司的P6级轴承，相当于我国的E级轴承。轴承精度是指基本尺寸精度和旋转精度，轴承的基本尺寸是指：内径、外径、套圈宽度等。轴承的旋转精度是指：内圈端面侧摆，内圈和外圈的径向摆动，内圈和外圈的滚道侧摆，内圈两端面平行差等。轴承精度等级越高，寿命越长，极限转速越高，成本也较高。C、轴承压装与退卸4、轴承压装退卸第3节弹性悬挂装置一、弹性悬挂装置作用二、弹性悬挂装置分类三、轴箱悬挂装置四、二系悬挂装置五、弹性元件六、减振元件一、弹性悬挂装置作用为了减小有害的列车冲动，车辆必须设有缓和冲动和衰减振动的装置，即弹簧减振装置。其作用主要体现在两个方面：一是使车辆的质量及载荷比较均衡地传递给各车轴，并使车辆在静载状态下车钩高度满足所规定的要求，以保证车辆之间的正常联挂；二是衰减因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗和不均匀下沉以及因车轮不圆、轴颈偏心等因素引起车辆的振动和冲击。在一系弹簧装置之上的重量称为簧上重量在一系弹簧装置之下的重量称为簧下质量。22dtzd没有弹簧减振装置时，瞬时动作用力221dtzdgQQ(Q为轮载)有弹簧减振装置时，瞬时动作用力khdtzdqQ222q为簧下质量可见，簧下部分对钢轨的动作用力，随线路状况和车辆速度而异；而簧上部分对钢轨的动作用力，则除受线路影响外，还与弹簧装置的刚度有关。弹簧越软，动作用力也就越小，但由于结构和其他方面的要求，对弹簧装置的柔度也有一定的限制。随着速度的不断提高，我们必须尽力降低的簧下重量和采用适当刚度的弹簧装置。如图所示，当车轮行经轨道不平顺时（h不超过10mm）时，车轮产生一个向上的垂向加速度均载定位、缓冲减振。二、弹性悬挂装置分类1、按位置分2、按作用分1、按位置分•一系悬挂装置：在轮对与构架之间的弹簧悬挂装置，称为一系悬挂装置，也称为轴箱悬挂装置。•二系悬挂装置：在车体和构架之间的弹簧悬挂装置，称为二系悬挂装置，也称