CRH5型动车组轮对的特点分析

动车组概论
题目 CRH5型动车组轮对的特点分析
班级 2011级机电2班
姓名薛爱明
学号 20116329 成绩
二〇一四年十二月
1. 轮对的组成
CRH 5动车组轮对组成包括动车轮对组成和拖成轮对组成。

动车轮对组成安装在动力转向架上，由一个动车轮对轴箱装置和一个拖车轮对轴箱装置组成；拖车轮对组成安装在非动力转向架上，由两个拖车轮对轴箱装置组成。

动车轮对轴箱装置和拖车轮对轴箱装置的主要区别是：动车轮对轴箱装置采用动车车轴，车轴上安装有一个齿轮箱组成和两个制动盘；而拖车轮对轴箱装置采用拖车车轴，车轴上安装有3个制动盘，如图1和图2所示。

图1 动车轮对轴箱装置 图2 拖车轮对轴箱装置 动、拖车轮对轴箱装置均由轮对（包括车轮和车轴）、轴箱及轴承等部分组成。

车轴为空心车轴，中空直径为Φ65mm ，材质为30NiCrMoV12；车轮采用整体车轮，材质为R8T ，可磨耗半径为40mm ；每个轴箱配备一个SKF-TBU 圆锥滚子轴承组。

2. 车轮
CRH 5转向架使用的车轮（图3）与TA V-S104、SM3、ETR460、
ETR470、ETR480使用的车轮为同一类型，整体车轮所用材质为
符合UIC 标准的R8T ，车轮直径为890mm 。

车轮设计和制造标
准执行EN 13262：2003 (铁路应用-轮对核转向架-车轮-产品要求)
和 UIC 812-2。

2.1 车轮几何特性
图 3 CRH 5车
轮尺寸
2.2材料
整体车轮按标准EN 13262：2003 (铁路应用-轮对核转向架-车轮-产品要求) 和UIC 812-2规定的条款，必须用R8T牌号的钢制造。

对车轮的化学分析应通过光谱分析进行。

2.3机械性能
按照标准UIC 510-5，车轮腹板的对称循环疲劳极限为∆σ=180Mpa，弹性模量E=206000N∙mm2，泊松比μ=0.29。

2.4计算及结论
利用ANSYS有限元分析软件，建立新车轮和完全磨耗到限车轮的有限元模型，三种载荷工况和特殊载荷进行分析计算，结果表明，整体车轮的静强度和疲
表2 车轮载荷工况
3.车轴
为提高车轴的疲劳安全性，采用高频淬火热处理和滚压工艺。

采用空心车轴，其目的主要是为了进行车轴超声波探伤，同时也起到降低簧下重量的作用；车轴应进行旋转弯曲疲劳试验。

轮对组成中车轴分为动车车轴和拖车车轴。

车轴为空心轴，中空直径为φ65mm，材质与TA V-S104、ICT、SM3、ETR460、ETR470、ETR480相同，为30NiCrMoV12，依据UNI 6787-71标准加工制造( UNI6787-71：用于铁路轮对的、具有高疲劳强度和韧性特性的、调质的特殊合金钢锻造轴）。

轴可通过孔探针进行无损检测，设计标准为EN 13103、EN13104、EN 13661和UIC 811-1。

动力转向架上一根动力车轴一根非动力车轴，非动力转向架上两根均为非动力车轴。

在动力转向架上，非动力车轴装在转向架的外端，动车轴装在转向架的内端，接受悬在车体上的电机通过万向轴传来的动力。

3.1形状和尺寸
动车轴由轴箱轴承座、轮座、两个制动盘座、齿轮轴承座和轴身组成，总长2180mm，如图4（a）所示。

非动力车轴由轴箱轴承座、轮座、三个制动盘座和轴身组成，总长2180mm，如图4（b）所示。

（a）动力车轴
（b）动力车轴
图4 车轴
如果在车轮或制动盘拆卸过程中发生损坏，可将安装座直径尺寸减小的最低
3.2车轴的制造加工
对车轴进行机械加工时，除了需要满足规定的公差和表面精度要求外，加工表面尤其是结合处不得存在任何刀痕，加工过程不得造成会促使正常使用期间形成疲劳裂纹或变形的残余应力。

在车轴表面上能够测量到的残余应力的最大值在处于拉伸时不得超过100Mpa，对车轴表面残余应力的测量应根据标准EN13261进行。

3.3计算及结论
将许用应力和计算应力的比率定义为疲劳安全裕度，通过计算，计算部分的安全系数均大于EN13104标准的最小值（K min≥1）.
1-轴颈；2-轴套；3-轮座；4-轴身；5-轴身；6-制动盘座；7-制动盘座；
8-轴身；9-轴承挡圈；10-轴承座；11-轴身；12-轴身
图5 动车车轴计算点
4.轮对组成的装配
4.1车轴的装配
在动力轮对中，首先根据技术规范将齿轮箱安装到车轴。

4.2制动盘和车轮的装配
采用压装的方式来装配车轴和制动盘这两个部件，但在执行装配操作时要小心并进行监测，以防止部件发生变形和精加工表面受到损伤。

（1）部件准备。

在装配部件前，应确定所有相关圆柱表面都符合图纸规定的几何形位公差和装配尺寸公差；该表面不可以有生产过程中造成的
划伤和铁屑，以及气孔、裂纹、夹杂物、空隙、氧化皮或其它可能破
坏装配的任何缺陷。

（3）不平衡位置。

在装配阶段，为了降低轮对的剩余不平衡，车轮和制动盘必须以图中所示的不平衡位置装配到轴上，车轮的剩余不平衡必须
相对于旋转轴处于一个径面合同一侧；制动盘的剩余不平衡必须与车
轮的不平衡处于同一个平面上，且两者作用方向相反。

图6 轮对不平衡位置
（4）制动盘和车轮的安装。

在进行装配前，应将制动盘、车轮和车轴保持在相同温度情况下至少24h以保证所要求的过盈量。

轮毂孔和车轴的
相应装配表面必须光滑。

制动盘、车轮必须按50mm/min的恒速进行装配，利用一部配有校准
装置的液压机来显示和记录装配期间所施加的力，比绘制一个力-位移
曲线图。

装配力必须根据标准UIC8130和EN13260，稳定、连续增加，除了轮
毂内拆卸凹槽上的负荷降低外，制动盘的最终装配压力值必须处于以
下值之间：
PF min=225KN，PF max=400KN
车轮的最终装配压力值必须处于以下值之间：
PF min=680KN，PF max=1100KN
如果所绘制的装配曲线图不符合UIC8130和EN13260的规定，或者
显示不规则形状，表明已经出现了黏死情况，应对部件进行修复，然
后重新进行装配。

5.CRH5型高速动车组车辆的轮对其等效锥度的关系
为探索轨道随机不平顺激扰条件下高速轮对动力学特性与其等效锥度的关系，采用CRH5型动车组车辆悬挂参数进行车辆动力学计算，分析车轮踏面锥度对车辆平稳性的影响，研究过大的轮对滚动圆半径差能否使车辆在高速通过大半径曲线时发生蛇行现象，并利用LMA型面分析等效锥度与轮对动态横移及轮对恢复对中能力的关系。

结果表明：过低的踏面锥度不仅会使轮对动态横移量增大，无益于临界速度的提高，反而会削弱轮对恢复对中能力；合理的踏面锥度应该与轨底坡相匹配，等于或略大于轨底坡。

过大的轮对滚动圆半径差可能会激发轮对蛇行。

因此，高速轮对等效锥度应兼顾轮对动态横移与恢复对中能力，以确保轮对动态特性的稳定。

通过分析，关于轮对等效锥度与车辆平稳性、曲线通过性能得到如下结论：
(1)踏面的锥度并不是越小越好，与轨底坡相匹配才能获得良好的车辆动态特性。

最佳锥度范围应等于或略大于理论轨底坡。

我国轨底坡为2．5 ，最佳踏面锥度范围为2．5 ～3．5 。

(2)尽管轮对滚动圆半径差越大曲线通过性能越好，但在曲线外轨超高不足情况下，过大的半径差会导致轮对在通过曲线时发生蛇行运动；在设计规范规定
的允许最大超高情况下，通过曲线时未发生轮对蛇行现象。

车轮踏面具有一定锥度是为了实现轮对对中和导向，它同时将车辆的部分纵向运动能量转化为横向振动能量，引起车辆平稳性下降。

合理的车轮踏面设计原则应是找到动态条件下轮对横移与对中导向能力的平衡点，使车辆保持良好的动态稳定性。

这与车辆的动力学悬挂参数、轨道随机不平顺等诸要素密不可分，特别是不同速度等级的车辆动力学参数差别较大，对车轮型面要求不尽相同，因此应分不同速度等级作进一步深入研究，设计适合不同速度等级特点的车轮型面。

参考文献
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