CRH5动车组转向架技术ppt课件.ppt
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1、CRH5型动车组转向架技术,中国北车长春轨道客车股份有限公司2013年6月,主要内容介绍,一、 转向架概述二、 转向架基本结构 三、 计算及试验 四、 转向架运用维护五、 运用中出现的问题及改进措施,一、转向架概述,2004年ALSTOM公司向长客股份公司转让了时速200公里高速铁路动车组设计和制造技术,生产制造 CRH5型动车组,该动车组采用CA250型转向架。CRH5型动车组为5动3拖8辆编组。通过技术引进和消化吸收,我公司构建了200-250km/h转向架设计、制造技术平台。,2007年,第六次大提速以来,已有140列CRH5动车组投入运营,分别配属哈尔滨局、沈阳局、北京局、武汉局、济南
2、局、郑州局、太原局等7个铁路局,累计运行里程超过1.5亿公里。单列最高运行公里数为350万公里。,四种动车组车型汇总,原型转向架简介,CRH5型动车组CA250转向架源于ALSTOM公司的Pendolino 摆式列车转向架;,TAV S104(西班牙Lanzaderas动车组)CA250 ( 中国CRH5型动车组),ETR 460 、470 、480 ( 意大利、瑞士)ICT (德国)IC 2000- (西班牙)SM3 (芬兰)CP (波兰 )SZ (斯洛文尼亚 )CDT-680 (捷克)NEW PENDOLINO ( 意大利、瑞士),以上ETR系列转向架共2504台,累计运用里程2亿公里。,
3、原型转向架应用情况汇总,TAV-S104转向架: 2002年ALSTOM 公司在 Pendolino 摆式列车转向架基础上,去掉倾摆系统开发了非摆式转向架,并应用在西班牙 Lanzaderas动车组上。,TAV S104 转向架,CA250转向架: 2005年ALSTOM公司在TAV-S104转向架基础上研制了CA250转向架,应用在中国CRH5型动车组上。,CA250转向架,CA250转向架与TAV-S104转向架的主要差别:(1)将二系悬挂由钢弹簧改为空气弹簧(2)轮对内侧距由1360mm改为1353mm(3)车轮踏面形式由S1002型改为XP55型 (4)根据中国线路情况对转向架动力学参
4、数优化,注:XP55型车轮踏面应用业绩:法国TGVA (A =大西洋)韩国KTX,二、转向架基本结构,转向架总体概述 1构架组成 2轮轴组成 3一系悬挂装置 4二系悬挂装置 5驱动装置 6基础制动装置 7辅助系统,转向架总体概述,(1)转向架总体结构CA250转向架构架组成采用钢板焊接结构;一系悬挂装置采用成熟的双拉杆轴箱定位方式;二系采用空气弹簧悬挂;传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电机组成;基础制动采用轴盘制动;辅助系统。动力和非动力转向架的主要区别:动力转向架有1根动力轴和1根非动力轴,而非动力转向架有2根非动力轴,动力轴上装有两个制动轴盘和一组齿轮箱,非动力轴上装有三个制动轴
5、盘。,CA250动力转向架,CA250非动力转向架,(2)执行的标准动力学标准:UIC518、GB5599-85和动车组招标文件附件2强度标准: UIC系列标准 材料标准: UIC、EN系列材料标准和企业内部材料标准,试验验证手段实验室试验( 零部件疲劳试验、轮轨接触应力及磨耗测试)滚振台试验(动力学性能)线路动力学试验(动力学性能)线路动应力测试(转向架强度),关键技术高速直线运行稳定性与曲线通过性能的折中与悬挂参数优化匹配;高速动力学性能与转向架结构强度和可靠性间的关系;轻量化与结构强度和可靠性相结合,结构设计中采取的措施 系列化、标准化和模块化设计;转向架零部件轻量化设计;各零部件功能独
6、立化设计;全寿命周期维修成本设计;先进、成熟、可靠、适用的零部件。,(3)转向架总体设计理念,理论设计采用的手段车辆系统动力学分析零部件强度计算分析,高速转向架的标准:,高速运行的安全性高速运行的平稳性 曲线通过能力 转向架的强度可靠性方便维修的结构,(4)转向架基本参数持续运行速度:200km/h最高试验速度:250km/h轨距:1435mm固定轴距:2700mm最大轴重:17t新(旧)车轮尺寸:890mm(810mm)轮对内侧距:1353 (0,+1.2)mm车轮踏面: XP55动车转向架重量 8060 kg拖车转向架重量 7600 kg,1、构架组成,(1)系列化设计,构架组成经历25年
7、的发展演变过程,侧梁为整体结构。,ETR系列构架,新Pendolino系列 构架,CA250构架,(2)等应力结构设计主要受力连接座均采用锻件减少缺陷,提高疲劳强度。,(3)独特局部结构设计:保证吊座及吊座与构架主体的连接强度,吊座采用加装补强板整体焊接结构。 可更换圆柱螺母设计 。,CW-220结构,CA-250结构,SF-500 结构,减少应力集中的横、侧梁连接结构;,CA250、SF500、CW220三种结构对比,(4)材料选择:钢板S355J2G3,型材S355J2H 符合EN10025标准 重要部位的钢板、型材的采购标准比EN10025 严格,执行企业内部标准K20409和K2058
8、0;,其他规定:全部磁粉探伤,大于6mm钢板全部超声波探伤,验收标准为B级 钢板厚度公差严格扎制方向:纵向用箭头标明向,在钢板上,(5)合理焊缝等级标注根据EN15085-3,确定应力系数,确定焊缝等级,(6)构架图纸公差尺寸标注合理,不重要组装件接口的加工尺寸公差比较大,这和实际的运营状态比较接近,这样给加工带来便利,可以提高劳动效率;,(7)科学的转向架构架强度分析流程,修正模型,2、轮轴组成,拖车轮对,动车轮对,动车轮对质量:1795Kg拖车轮对质量:1520Kg,(1)车轴,设计标准:执行 EN13103,EN13104EN13261和UIC 811-1材质:30NiCrMoV12,空
9、心型式( 65 mm) 计算:采用有限元方法对车轴进行分析计算,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,(2)车轮,设计标准:UIC 510 5 制造标准: EN 13262 材质: R8T强度计算:采用有限元,计算内容:新、旧车轮强度新、旧车轮强度模态分析,车轮材质对比,化学成分对比,机械性能对比,鲁西尼研发、冶炼的车轮材质软运行10万公里后出现剥离, 15万公里后稳定,车轮车轴静强度试验,车轮疲劳试验,车轴疲劳试验,DC Motor,Rail,Lateral actuator,Vertica
10、l actuator,轮对实验,实际轮对实验台测试,车轮磨耗测试,制动盘测试,Brake System,Vertical Actuator,Yaw Actuator,Lateral Actuator,Yaw actuator,Brake system,(3)轴箱体组成,型号:BT2-8545B、BT2-8545/AD圆锥滚子轴TBU130 x230 x160 内置传感器,设计执行 EN 12080.润滑符合 prEN 12081的规定。使用寿命按照UNI ISO 281进行计算校核。,轴箱体:材质为球墨铸铁 EN-GJS-400-18-LT (EN 1563)分为轴箱体、中间体和前盖,车轮、车
11、轴的设计及计算,3、一系悬挂装置设计(1)独特的双拉杆柔性定位装置(演变过程),摆式列车一般都采用径向转向架Pendolino 摆式列车转向架一系定位经历多次演变、优化,实现了柔性定位起到径向功能。,ETR401、 ETR450,SM3动车组转向架,转臂式,拉杆式,99年后的转向架,拉杆式定位装置的优点:弹性定位节点多,便于优化出适合的纵向和横向刚度;直线上有较高的临界速度,在曲线上具有良好的导向性能;减小轮对与钢轨之间的冲击和侧压力,减轻车轮轮缘与钢轨的磨耗。,合理的参数匹配使转向架具有优良的曲线通过能力,具有非常优秀的动力学性能,轴箱弹簧,(3)一系定位刚度的计算,1,2,3,4,橡胶节点
12、的刚度,刚弹簧的刚度:KZ=1101.8N/mm KY=647.1N/mm,通过各节点的串并联可计算出一系定位刚度:KX=13.74KN/mm KY=4.892KN/mm KZ=1.21KN/mm,4、二系悬挂装置 (1)设计特点降低检修工作量:车体与转向架间设有过渡枕梁;转向架和车体可整体起吊;双抗侧滚扭杆组成;二系垂向减振器,部件功能独立化;采用先进、成熟的模块化部件,降低全寿命周期维修成本。,(2)重要部件的设计,摇枕组成:钢板焊接箱形结构,为空气弹簧附加气室,吊座采用锻钢件,牵引拉杆组成:车体与转向架间采用双牵引拉杆引装置,传递牵引力和制动力。,采用较多的橡胶节点便于调整牵引装置的纵向
13、、横向刚度锻铝件,抗侧滚扭杆装置,橡胶节点,关节轴承,车辆柔度系数0.25,一系钢弹簧,空气弹簧,抗侧滚扭杆,UIC505-1中规定车辆柔度系数小于0.4,抗侧滚扭杆结构特点:每个转向架装有两套抗侧滚扭杆,两套抗侧滚扭杆的刚度为2.56Mn.m/rad上部橡胶节点,下部关节轴承,减少车辆内部震动和噪音;扭杆、扭臂过盈配合,减少加工、检修劳动强度。,空气弹簧的特点空气弹簧的刚度由胶囊的刚度和紧急弹簧的刚度串联组成,在无风状态下仍可正常运营(滚振试验250km/h时平稳性指标2.67);空气弹簧内部无节流孔 ,外加独立的垂向减振器。,空气弹簧的疲劳实验,参数:最大扭转角度 (沿Z轴)= 7 最大位
14、移:125mm最大锥形变形角(沿X轴和Y轴) =2,5、驱动系统设计(1)驱动系统组成,齿轮箱组成,万向轴,安全装置,牵引电机,电机驱动扭矩传递路线为:牵引电机 安全装置 万向轴 齿轮传动箱 轮对,动车轮对质量:1795Kg拖车轮对质量:1520Kg,线路试验结果(秦沈客运专线),(2)驱动装置设计特点降低了簧下质量减小轮轨作用力: 牵引电机采用体悬式,采用模块化设计:齿轮箱、万向轴、 牵引电机为成熟可靠性产品,具有良好的应用业绩。,整体式齿轮箱参数:,齿轮箱组成:箱体为球墨铸铁,重量:395Kg,齿轮箱内部轴承应用情况,计算寿命大于300万公里,:,供货商,供货商,SKF,FAG,齿轮箱应用
15、业绩,ICT,CDT680,TAV S/104,6,5,4,3,2,1,车轴,万向轴,万向轴万向轴由铰接法兰、十字轴径、套筒和花键联轴节组成,最高转速约3600 转/分,重量仅为95 kg。,万向轴临界转速的计算:简化计算结果:,万向轴制造商:nk=4900rpm;nmax=0.8nk=3900rpm;允许转速3600rpmGWB用数据证明如何建立完整牵引系统(包括牵引电机及相关轴承、安全装置、万向轴、齿轮箱及相关轴承)的数学模型。在此数学模型中,考虑了各部件的物理参数(质量、硬度、几何尺寸等等)的标称值,并通过解答微分方程系统来计算万向轴的标称理论弯曲频率通过在静态条件下,对阿尔斯通组装在塞
16、维利亚诺进口二号车上的几个实际的牵引音系统所作的测量,上述数学模型得到了验证。,0.8系数考虑各部件物理参数与实际参数的离散性和万向轴的重要程度给出的。允许转速3600rpm根据GWB的应用经验给出的。,安全装置,电机轴,万向轴,安全装置的作用是保护牵引电机该装置是2000年以后才采用的。,电机短路扭矩33.7kNm,动车动轴被拖动时,轮对通过万向轴向安全装置传递的力矩电机短路扭矩33.7kNm,安全装置和电机轴过盈配合可传递的力矩34.57 kN.m,牵引电机采用体悬式,牵引电机主要技术参数最高速度:3638rpm极数:6频率范围:0.5 Hz 179Hz电压范围:10V 2808V连续运行
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