城轨车辆与城际动车组转向架设计对比分析

技术与市场　技术研发　２０１３年第　卷第４期　

城轨车辆与城际动车组转向架设计对比分析　

丁　慈，陈国胜　

（南车株洲电力机车有限公司技术中心，湖南株洲４１２００１）　

摘要－通过对城轨车辆与城际动车组转向架设计进行分析比较，总结两者在技术上的异同，为城际动车组转向架的开　

发提供更为优化的设计方案提供理论参考。　关键词：城轨车辆；城际动车组；转向架　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２Ｏｌ３．０４．０１０　

１概述　

城市轨道交通系统是许多都市用以解决交通堵塞问题的　

方法。城市轨道交通能够节省土地、减少噪音、减少干扰、节　

约能源、减少污染。地铁转向架分为Ａ型车转向架、Ｂ型车转　

向架、ｃ型车（轻轨）转向架。城轨车辆转向架除普通车辆转向　

架具有的通用特点以外，由于城轨车辆的特殊性，具有以下特　

点：①要求通过的弯道半径小，轻轨车辆的最小半径可达到　

２５　ｎｌ，地铁车辆最小曲线半径也在１５０　ｍ左右。②启动和制动　

加速度快。③可靠性要求高，高可靠性要求放在转向架的首　

位。④运行噪声低，车辆的噪声要受到严格的限制施。⑤运　

行平稳性的要求高，保障乘客的舒适性和安全性。　

动车组是为满足城市间中短途旅客运输部不需要摘挂作　

业即可在铁路上往返运行的列车。动车组具有固定编组、自　

带动力、自行承载的特点。动车组与一般旅客列车相比，具有　

以下几个主要优点：速度快、行驶平稳；行车密度大；列车容量　

大；上下方便，过道宽敞。动车组又可分为干线动车组和城际　

动车组。　

２城轨车辆与城际动车组技术参数的差异　

２．１限界　铁路限界是铁路安全行车的基本保证之一。为了使机车　

车辆能在一定范围的路网内通行无阻，不会因为机车、车辆外　

形尺寸设计不当、货车装载位置不当或建筑物、地面设备的位　

置不当而引起不安全的行车事故，必须用限界分别对机车、车　

辆和建筑物等地面设备加以设置。根据我国对于地铁车辆的　

限界规定，Ａ型地铁车辆的车体外侧最大宽度为３ｍ，Ｂ型地铁　

车辆的车体外侧最大宽度为２．８　ｍ。　

２．２轴重　轴重是按车轴形式及在某个运行速度范围内允许负担的　

并包括轮对自身在内的最大总质量。我国对于地铁车辆的轴　

重做了规定，Ａ型地铁车辆的最大轴重不超过１６　ｔ，Ｂ型地铁　

车辆的最大轴重不超过１４　ｔ。城际动车组的轴重一般小于或　

等于１６　ｔ，与地铁Ａ型车接近。　

２．３运行速度　由于城市内运行站距较短，一般为１　０００～２　０００　ｍ左右，　

城轨车辆的启动加速度都要求大于０．８　ｍ／ｓ２，紧急制动减速度　

可以达到１．３　ｍ／＃。因此转向架承受着较为频繁的启动和制　动的冲击。　

干线动车组的一般时速为２００～３５０　ｋｍ等级。中国国产　

“和谐号”ＣＲＨ３８０Ａ新一代高速动车组，在沪杭高铁从杭州到　

上海虹桥试运行途中，最高时速达到４１６．６　ｋｍ。而我公司生　

产的马来西亚城际动车组为１２０　ｋｍ／ｈ速度级米轨动车组。　城际轨道交通网主要承担沿线各个主要城市和主要中心　

城镇之间的客流，穿越城市的中心区，发车的密度比较密集，　

接近“公交化”。城际动车组类似地铁频繁启停，站停距离短，　

需要的启动加速度和制动减速度都比干线动车组大。同时城　

际动车组载荷比地铁车辆大，所以启动加速度和制动减速度　

都比地铁车辆小。　

３结构组成及特点　

３．１构架　

构架是转向架的骨架，它既是承载体和传力体，又是转向　

架上其他零部件的安装吊挂基体。设汁构架时应考虑各有关　

零部件的相对位置，尽量使构架受力分布比较均匀，保证构架　

有足够的强度和刚度。由于转向架的质量和惯量对高速运行　

稳定性有较大的影响，因此，构架需尽量轻量化。　

城轨与动车组构架结构相似，均为构架采用低合金高强　

度钢板焊接的中空梁结构的Ｈ形、无摇枕构架（图１）。钢板经　

过了表面处理、具有极强的耐腐蚀性。构架采用焊接工装进　

行焊接，焊后不要进行去应力退火处理。构架由两根侧梁和　

中间横梁组成，两根侧梁由中间横梁连接，构成无摇枕的“Ｈ”　

形结构。构架的侧梁在转向架中间降低以便安装空气弹簧。　

侧梁上有制动单元的安装座，中间横梁上有电机和齿轮箱的　

安装座。构架的设计寿命一般为３ｏ年。部分车辆动车转向　

架和拖车转向架采用完全相同的构架，以保证可以互换。　

３．２轮对驱动系统　轮对驱动系统包括：轮对、轴箱、齿轮驱动系统、牵引电　

机、接地装置。依据牵引电机的安装可分为抱轴式半悬挂、架　

悬式、体悬式（包括半体悬）。依据机车的运行速度等级选择　

不同的牵引电机悬挂方式。　

架悬式结构是指牵引电机安装在构架上，通过联轴器或　

连杆系统弥补构架与轮对之间的垂向、横向、纵向位移，并能　

够有效的传递牵引电机产生的扭矩。地铁动力转向架采用的　

结构见图２，

牵引电机与齿轮之间通过１个齿轮联轴器（或橡　技术研发　

胶联轴器）联接，大齿轮安装在车轴上，小齿轮安装在齿轮箱　

内，齿轮箱一端通过轴承安装在车轴上，另一端通过吊杆弹性　

悬挂在构架上。这种悬挂方式使得机车的簧下质量得到了减　

轻，动车可运行更高的速度。２００　ｋｍ／ｈ以下的动车组采用该种　

悬挂方式也能满足技术要求（如ＣＲＨ２型动车组）。对于更高　

速度等级的动车组则须考虑其他结构。　

图１城轨构架　

图２地铁驱动系统　

３．３悬挂系统　城轨车辆一系悬挂装置一般采用转臂式（图３）和八字形　

金属橡胶弹簧式（图４）。而动车组一系悬挂装置采用转臂式　

结构，主要基于以下原因：①便于一系定位刚度的选择，可兼　

顾一系定位刚度在高速运行时的稳定性和曲线通过性能。②　

利于实现轻量化，适应高速运行。③零部件数量较少，结构简　

化，提高可靠性。④便于一系悬挂装置的分解和组装作业。　

⑤无磨耗，实现免维护。　

图３转臂式　Ｖｏ１．２０，Ｎｏ．４，２０１３　

图４八字形金属橡胶弹簧式　

地铁车辆和动车组的二系悬挂广泛采用空气弹簧（图５），　选用空气弹簧作为二系悬挂的优点是可以用高度调整阀来控　制空气弹簧气囊内的空气压力，使车辆的地板高度不会因为　乘客载荷的变化而发生大的改变，其他优点还有如转向架可　以实现无摇枕设计、简化转向架的结构、提高车辆悬挂系统静　挠度以降低车体的自振频率等。　

图５空气弹簧　３．４基础制动装置　为了使运行中的机车减速或停车，在转向架上安装有基　础制动装置，目前采用的结构是单元制动器，分为踏面制动、　轮盘制动和轴盘制动。踏面制动（图６）是制动器的闸片作用　在车轮踏面上直接施加制动力阻止机车的运动。由于制动时　闸片作用在车轮踏面上，它们之间的摩擦及大量的热量容易　造成踏面损伤。轮盘制动（图７）是制动器的闸片作用在单独　的制动盘上，避免了车轮踏面损伤及保证制动性能。　对于高速动车组，轮盘安装在每个车轮上（无论动轮还是　拖轮均有），而轴盘仅安装在拖车车轴上，每轴两个。而城轨　转向架一般只选择踏面制动和轮盘制动。　虽然踏面制动容易造成踏面损伤，但其结构简单，易于维　护。同时占用空间小。城际动车组在满足技术要求的前提下　采用踏面制动也更容易避免干涉，满足限界的要求。　

图６踏面制动器　（下转第２９页）

　技术与市场　技术研发　２０１３年第２０卷第４期　

为６０　ｔ计算，转向架的实际位置相对车体的理论位置每偏移　１　ｒａｉｎ，将对轴重产生约０．３３％的影响。若在车体焊接后，车体　尺寸偏差超过５　ＩＴｌｌｎ，则机车的轴差极易超出国家铁路标准要　求的±２％的范围。　３）车体、转向架的一、二系悬挂系统均为高强度的圆簧，　在安装后因各簧的上、下安装面的平行度存在差异，使各簧安　装后产生相应的弯矩，从而对各轴重、轮重产生一定的影响。　４）转向架上各簧的刚度、安装尺寸均存在一定的差异等　因素，使各簧的受力状态不一致，造成机车轴重、轮重差异。　通过上述两种类型机车轴差、轮差形成的主要影响因素　分析，在ＨＸＤ１型机车这种简支梁静定结构机车落车后，对机　车的轴重超差不能进行有效的调整，只能在设计、生产过程中　采取相应措施与方法进行必要的管理与控制，以减少、避免该　

型电力机车轴重均衡的影响因素的产生，保证机车的轴重符　合相应的设计要求。主要如下：　１）设计在进行该型电力机车设计时，须全面、细化簧上、　簧下各部件重量与重心的计算，并在试制过程中对相应部件　的实际重心、重量进行测量及理论计算值进行对比，对簧上、　簧下各组成部件的重心、重量进行验证，减少理论值与实际值　的偏差，有效保证理论计算值的有效性。　２）选择合理的加工参数、焊接参数、焊接工艺路线、工装　

设备及有效的检测手段，保证影响簧上重心偏移及转向架相　对车体前后移动的关键尺寸　提高设计质量在现场制造过程　中的有效执行。如车体二系簧至车体两端牵引座安装座的尺　寸控制、车体上各部件安装轨的焊接尺寸等。　目前ＨＸＤＩ型简支梁静定结构机车在生产过程中若有机　车轴重超差现象产生，一般只能通过配重或将该型机车的转　向架整体向轴重偏轻的方向移动，使机车的簧上重量向机车　轴重偏轻的位置进行转移，从而解决机车轴重超差的问题。　具体实施方式是在保证机车运行安全的前提下，可通过在机　车的适当位置进行配重、将牵引杆的长度尺寸进行适当的增、　减或将牵引座的牵引销体前、后移动等方法来消除机车轴重　超差。机车有轮重超差时，则可根据其超差的具体情况在一、　二系簧上通过增、减调整垫来进行调整。　在ＨＸＤ１　Ｂ／Ｉ　Ｃ型机车这种非静定结构机车生产时，因其轴　重、轮重均可通过在簧上通过增、减调整垫的方法进行有效的　调整，在满足机车质量的前提下，与轴重、轮重相关的尺寸控　制的精度及要求与前者相比可相对没那么严格。关键是针对　不同的轴重、轮重超差的机车的调簧原理、加、减垫位置及数　量进行统计分析，快速制定正确的调整方案。　

３结语　两种结构的和谐１型电力机车轴重、轮重超差原因一致，　

但因其结构不同，因此其所采取的调簧方法也不尽相同，有的　着重前其控制与管理，有的着重后期的方式、方法的统计与研　究。因此，在不同类型机车生产时，需要对机车的结构进行全　面的工艺分析，针对不同机车制定相应的称重调簧计划，保证　机车的顺利生产及交付。　参考文献：　［１］单艳芳，楼强天．大功率内燃机车落车时的称重调簧技　术研究［Ｊ］．机械，２０１０（９）．　［２］闻邦椿．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１　（２）．　作者简介：　张云辉。工程师。所学专业一机械制造工艺与设备。从　

２００１年起从事、参与电力机车钳工工艺。　

（上接第２６页）　

图７轮盘制动器　４结语　本文在对比城轨与城际动车组转向架特点和性能参数的　基础上，初步探讨了构架、轮对驱动驱动系统、悬挂系统以及　

基础制动装置的共同点和差异，得出以下结论：　

１）对于速度小于１２０　ｋｍ／ｈ，轴重不超过１６　ｔ的城际动车　

组，除了考虑限界方面的要求外，可借用Ａ型地铁转向架的开　

发平台。　２）对于干线高速动车组，其转向架结构与城轨转向架结　

构存在较大差异，需要重新建立转向架的开发平台。　

参考文献：　［１］严隽耄．车辆工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９９．　

【２］陈喜红，陶功安，罗彦云，等．Ｂ型地铁车辆ＺＭＡ１２０型转　向架国产化研制［Ｊ］．电力机车与城轨车辆，２００８（１）．　

［３］孙勇鹏，罗华军，陶功安，等．Ｂ型地铁车辆ＺｂｌＡ１００型转　

向架国产化研制［Ｊ］．城市轨道交通研究，２０ｏ９（１１）．