转向架是高速动车组的“飞毛腿”。
什么是转向架?转向架是一个铁路专用名词,咋一听不好明白,实际上就是一个“小车”。这是一个在构架上装有两个轮对组成的“小车”,大小跟一辆普通轿车差不多,动车组车厢就搁在这种“小车”上,而且可以有一定程度的转动,这种“小车”被称为转向架。每节车厢下面有两个,因为安装在车厢下面,我们不容易看到它的“庐山真面目”。
转向架支撑动车组原理示意图
为什么要用转向架呢?转向架的重要功能之一是用于铁路车辆转向,也就是拐弯。我们知道火车没有方向盘,那么它是怎样通过曲线的呢?当车辆以一定速度开始进入曲线时,前轮对的外轮轮缘与外轨的内侧面接触,互相挤压产生导向力,并由导向力引起导向力矩,使转向架相对线路产生转动。另外,铁路轨距是固定的(标准轨距为1435毫米),在曲线上外轨长、内轨短。车轮与钢轨接触的部分称为踏面,踏面被设计成锥形,目的是解决轮对通过曲线的问题。当轮对通过曲线时,由于踏面有锥度,轮对向外移动后,外轨与车轮接触点的直径大,走行距离长,内轨与车轮接触点的直径小,走行距离短,这样便可以顺利通过曲线。
转向架通过曲线原理示意图
轮轨接触
车轮采用有锥度的踏面还有一个好处,就是在直线运行时自动对中。车辆运行轨迹实际上是蛇行运动,由于车轮左右摆动,接触直径不断变化,采用有锥度踏面起到了自动对中的作用。
转向架如何适应高速运行?随着速度的提高出现问题了,车辆的蛇行运动会出现失稳现象,一旦失稳,车轮将猛烈冲击钢轨,甚至造成脱轨翻车,这是铁路安全绝对不能允许的。必须避免出现蛇行运动的失稳现象。
要让动车组高速运行不出现蛇行运动失稳有办法吗?答案是有的。高速转向架通过采用轴箱弹性定位、空气弹簧、轴箱弹簧、各类减振器、弧形车轮踏面等措施,来保证在车辆运行速度范围内不出现蛇行运动失稳情况。
通过优化设计,高速动车组转向架的失稳临界速度可以达到500公里/小时以上。
车辆蛇行运动原理示意图
转向架除了支承车厢运行外,还担负将列车牵引和制动力传递到车轮上的任务。
转向架又分为动车转向架和拖车转向架,动车转向架上装有牵引电机、齿轮箱、轮盘制动等,拖车转向架上装有轴盘制动,高速转向架普遍采用高强度合金钢轻量化构架、空心车轴、铝合金齿轮箱、空气弹簧、减振器等。
归纳起来,转向架主要具有承载、导向、减振、牵引、制动等功能,高速动车组要跑得快离不开转向架这个“飞毛腿”。
转向架滚动试验
动车转向架
拖车转向架
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