浅谈高速转向架应具备的性能

浅谈高速转向架应具备的性能

摘要:自从1825年世界上第一条铁路建成并通车开始，铁路逐渐成为了交通运输中的重要运输方式之一。快速、可靠、舒适、经济和环保是铁路在与其他运输方式竞争中取胜的先决条件。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。可以说，提高旅客列车速度的过程也是高速转向架技术发展的过程。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，以保证高速列车安全行驶、乘坐舒适、减少维修。

关键词: 转向架稳定性平稳性高速通过曲线

1.高速运行的稳定性

铁道车辆运行的特点是，带有锥形踏面的轮对在顶面为圆弧的两根钢轨上滚动。车辆运行中，只要轮对中心偏离轨道中心，轮对的左右两个车轮就会以不同的滚动直径与轨面接触，于是轮对在前进的同时还做周期性左右摆动。为了说明高速转向架运行的稳定性，先来分析锥形踏面自由轮对的蛇行运动。在分析中为了使问题简化作如下假定：

（1）轮对与转向架之间无任何刚性和弹性约束，轮对单独在轨道上滚动；

（2）钢轨顶部呈刀刃状而且是两根平行直线；

（3）轮对是两个对称圆锥体，轮轨之间无相对滑动；

（4）不计轮对上任何作用力和惯性力。

根据以上假定，可以导出自由轮对在钢轨上运动时的运动学关系。

假设轮对初始状态为轮对中心与轨道中心线重合，轮对中心线与轨道中心线不垂直，左右车轮的滚动半径相等。当轮对向前运动时，轮对中心逐渐偏离轨道中心线，轮对中心线与轨道中心线垂直时，轮对中心向轨道一侧偏移，左右车轮的滚动半径差增大.轮对继续向前运动，轮对中心与轨道中心线的偏移y逐渐减

小。当偏移量y等于零时，轮对中心与轨道中心线重合，左右车轮的滚动半径相等，但轮对中心线与轨道中心线仍不垂直，并且，当轮对继续运动时，轮对中心

向轨道中心线另一侧偏离。轮对如此周而复始的运动称之为蛇行运动。轮对中心

的运动轨迹称为自由轮对运动学蛇行运动曲线。

轮对的蛇行运动会激起车辆系统的振动，这种振动属于自激振动，只要车辆

沿轨道运行、轮对中心与轨道中心线之间存在横向偏移时，就会引起轮对蛇行运动，车辆停止运动，蛇行运动也就自然停止。

当铁道车辆在某一速度以下运行时，即使有一定的线路扰动使车辆在横向偏

离线路中心位置，当扰动消失后，车辆在横向的振动会逐渐衰弱，最后回到线路

中间位置，因此车辆运动是稳定的；而当车辆在某一速度以上运行时，线路任何

的微小干扰都会使车辆在横向产生上述蛇行运动，而且振幅越来越大，直至车轮

轮缘碰撞钢轨，损伤车辆及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安全事故。这

时车辆运动是不稳定的，这一速度称为蛇行稳定性临界速度，简称临界速度。国

外高速转向架的试验研究证明，当车辆的运行速度超过200km/h时，有可能出现

这种不稳定的蛇行运动。

高速列车必须保证在其临界速度以下运行，以使其运行稳定、安全。当转向

架运动不稳定时，不仅车辆运行性能恶化，使旅客舒适度也下降，而且直接影响

行车安全。因此，通过改变转向架结构、优化参数使其具有较高的临界速度，是

研制高速转向架需要解决的关键技术问题，也是高速转向架有别于一般转向架的

主要特点。

2.高速运行的平稳性

理论分析和实践经验表明，车辆的垂向和横向运行平稳性随速度提高而下降。在一般速度下平稳性满足要求的车辆，在高速运行时就不能满足要求。为此，除

对线路构造、养护标准等有严格要求外，也应合理设计转向架的悬挂装置（弹簧

减振系统）和选择其参数。

乘客舒适度是反映乘客在旅途中疲劳程度的综合性生理指标。影响舒适度的

因素很多，如车内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声、晾望和振动等等。不

过，其中振动是车辆整个运行中始终存在的、一直起作用的主要因素。对此，通常用平稳性指数W(Spcrling方法的评价计算值）来表示，它反映车辆振动对舒适度的影响程度。对于高速动车组，其平稳性指数W必须达到优级。

3.高速通过曲线的性能

单独一个轮对在曲线上运行时，由于左右轮轨接触点的半径可能不同，因此不需要司机操纵，轮对就能够沿曲线自动转向。可是，一旦构成转向架，轮对就难以实现理想的转向。这时，在车轮和钢轨间将产生侧向压力，并造成车轮、钢轨的磨损。一般车速运行时，轮、轨的磨损问题尚不突出，但高速列车通过曲线时，产生过大的侧压力会造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾覆等安全事故。

一般来说，改善车辆的曲线通过性能与抗蛇行运动稳定性往往是矛盾的。因此在选择高速转向架的有关设计参数时，要合理地兼顾两方面的性能要求。

4.结语

除了以上三方面要求外，在研制高速转向架时还需要控制噪声，尽可能减少自重，尤其是减轻簧下质量，以减少轮轨之间的冲击作用及磨耗甚至损伤等。

国外高速客车转向架的发展表明，只要通过合理的设计和采取必要的技术措施，上述要求是可以达到的。

参考文献:

[1]铁道概论 / 龚娟主编. --北京：人民邮电出版社，2015.02

[2]车辆工程导论/赵怀瑞主编.中国铁道出版社，2015.09

[3]大国速度：中国高铁崛起之路.湖南科学技术出版社，2017.03

[4]车辆构造与检修（第二版）/袁清武、于值亲主编.中国铁道出版社，2016.01