铁路列车转向架的主要构件及特性

本部分主要讲述列车转向架的主要构成零部件，包括它们的结构和它们的性能。根据转向架的类型，零件变化范围很广。

图1 轮对运行速度偏差

 悬挂装置在支撑列车车身方面扮演重要角色。它允许列车转向架相对列车车身转动，将列车车身与振动隔离开来，并且传递驱动力。

 

无摇枕转向架有空气弹簧，它允许较大的水平位移，同时也允许驱动转移设备，在转向架的转动中心为车身传递驱动力。此外，无摇枕转向架用于

 图2 DT50转向架

无摇枕转向架主要用于高速列车，有的高速列车有防偏航阻尼器，它在车身和转向架边梁的外侧，它的作用是阻碍轮对的速度偏差，提高舒适性。

 

起初圆簧主要用于摇枕弹簧，用于支撑车身。然而，在20世纪60年代，空气弹簧实现了商业化，并被用于高速列车。它们主要被用于短途列车，其优点是可以较大提高舒适性，因为它可以保持车身的高度。

 

转向架框架，它主要是用来给各种转向架装置提供平台，它是由边梁和两个十字交叉梁通过焊接而成，它的形状是H形的。

 

上世纪50年代，采用压力焊开发出了复合边梁，这种结构在日本被制造大多数转向架构架。边梁和十字交叉梁的厚度由6mm增加到9mm。在一些高速列车转向架框架发现缺陷后，在上世纪70年代又增加到了12mm。然而，在DT50上，由于结构简单和焊接技术提升，转向架框架采用8或9mm板材制造，主要目的是实现轻量化。最后，上世纪80年代，转向架材料由SS400升级到SM400B，SM400B是一种用于制造焊接结构的轧制钢。从DT50开始，一些转向架十字交叉梁采用无缝钢管制造，目的是降低重量和成本。

图3 转向架构件上的边梁和十字交叉梁

 

轴箱悬挂，该种装置通过转向架构架的轴承支撑车轴。基于悬挂方法和支撑刚度，它是一个非常关键的构件，它决定转向架的运行舒适性和乘坐舒适性，以及转向架构架的构造，因而采用了各种设计。

 

图4  各种类型的轴箱悬挂

支座式摇臂式弹簧支架在转向架车架上用滑块支撑轴箱，广泛应用于前JNR的各种轨道车辆中。因为它的构造简单，滑块随着时间发生磨损，引起轮对速度偏差。因此，它不适用于高速列车。其良好的缓冲橡胶刚度有效地消除了车轴与转向架之间的间隙。然而，它也有一些缺点，例如增加了转向架构架的长度，钢板弹簧维护要求更加严格，因而现在的一些列车选用了其它类型。

车轮，车轴和轴承。传统列车的车轮是实心轧制型的，并且新的车轮的直径通常是860mm。波形辐板车轮的外表面的波形的为了提高刚度，同时减少板的厚度和重量。上世纪八十年代，它们主要用于短途列车。车轮的踏面是经过热处理的，其轮廓尺寸如图所示。

图5 车轮及踏面尺寸

 

车轮易受质量不平衡的影响，容易引起车轴的振动并且会传导至车身上，在一定的速度下会产生共振。为了避免这个事情，从上世纪八十年代开始，人们在一直努力控制不平衡，当压装在车轴上时对车轮进行平衡。

 

车轴一般是实心的，但是空心车轴主要用来减少重量同时不影响弯曲强度。空心车轴中心是空的，从上世纪五十年代末开始，通常用于电气化的高速列车。因为制造问题，最后它们被摒弃了。大约在1975年，为了提高可靠性，通过镗孔的方式加工出了空心车轴。1981年，它被用于高速柴油机列车。随后，空心车轴被用于无摇枕转向架列车，它对减轻簧下质量做出了重大贡献。

图6 空心车轴

 

传统的车轴轴承结合了圆柱滚子轴承和球轴承。从1965年开始，一种单密封法兰圆柱滚子轴承用量逐渐增加，主要目的是减轻轴承质量和尺寸，同时延长检修周期。

 

传动。传动装置由齿轮和柔性连轴器构成，主要用于将马达或发动机产生的原动力传递给车轴。大约在1957年，相互平行的万向节驱动设备开始服役通过在转向架上安装一个较小的，高速的驱动马达。将原动力通过万象节传递给齿轮。它使得转向架轴距显著减小。

 

制动系统。制动主要是让列车停在指定的位置。机械制动设备，如车轮踏面制动器，利用闸瓦接触车轮踏面实现制动。虽然它的结构简单，但是在列车高速运行时如果制动会产生大量的热量，甚至可能导致车轮的温度上升至临界温度。这导致这种制动方法不能用于高速列车。盘式制动器安装在轴或车轮的两侧，在制动时制动盘会被闸片抱紧从而阻碍车轮转动。传统上，采用铸铁制造制动盘。近年来，锻钢被用来制造高速列车制动盘，其目的是阻碍制动过程中引起的高温导致制动盘开裂。

来源：金属材料科学与技术