维普资讯 http://www.cqvip.com 诚曩｜｜ 研究 文章编号：１００２—７６１０（２００６）０３—００２５—０６ ２５ 日本铰接式转向架的开发 Ｒｙｏｈｅｉ Ｓｈｉｍａｍｕｎｅ，等（日） 摘要：介绍了日本ＡＣ列车所开发的２种无摇枕铰接式转向架的结构，并阐述了针对运行安全性和乘 坐舒适度而进行的仿真分析结果和线路运行试验结果。 关键词：铰接式转向架；运行安全性；乘坐舒适度；日本 中图分类号：Ｕ２７ｏ．３３１ 文献标识码：Ｂ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｉｎ Ｂｏｇｉｅｓ ｔｈａｔ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｊａｐａｎ Ｒｙｏｈｅｉ Ｓｈｉｍａｍｕｎｅ，ｅｔ ａ１．（Ｊａｐａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｂｏｌｓｔｅｒｌｅｓｓ ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ ｂｏｇｉｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ＡＣ ｔｒａｉｎｓ ｉｎ Ｊａｐａｎ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｔｒａｃｋ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ ｂｏｇｉｅ；ｒｕｎｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ；ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ；Ｊａｐａｎ １概述 东日本铁路集团公司开发了现代市郊（ＡＣ）列车 样车（Ｅ９９３系）。该列车是东日本铁路集团公司为提 图１为２种铰接式转向架的概况，表１列出了２种铰 接式转向架的主要技术参数。图２为列车编组图。图 １（ａ）为使用４点空气弹簧悬挂系统的铰接式转向架 （以下简称“４点悬挂系统”，模型编号为ＤＴ９５８和 高乘客服务质量和降低寿命周期成本而采用的第一列 ＴＲ９１５）；图１（ｂ）为使用２点空气弹簧悬挂系统的铰 铰接式市郊列车。与传统的将车体支承在２台转向架 上的方法不同，铰接式列车将转向架置于两邻车体之 间，以支承前后车辆 在日本，铰接式转向架得以成功 接式转向架（以下简称“２点悬挂系统”，模型编号为 ＤＴ９５７和ＴＲ９１４）。模型ＤＴ９５７和ＤＴ９５８均为采用 直接驱动电动机（ＤＤＭ）牵引的动力转向架。 应用的有小田急电气化铁路（Ｒｏｍａｎｃｅ车辆）、江之岛 电气化铁路和广岛电气化铁路的快速列车。东日本铁 路集团公司还将这种系统用于１９９３年开发的新干线 高速试验列车（９５３系：ＳＴＡＲ２１）。 过去的铰接式转向架一般应用枕簧采用间接安装 法横向支承列车。与这种方法相反，为了便于维护和 减轻质量，ＡＣ列车的铰接式转向架取消滑动部件，使 用无摇枕式转向架。为了比较运行性能和铰接结构， 开发了２点空气弹簧悬挂系统和４点空气弹簧悬挂系 统２种铰接式转向架。本文将对铰接式转向架的概况 馨一（ａ）使用４点悬挂系统的 铰接式转向架 （ｂ）使用２点悬挂系统的 铰接式转向架 和结构，以及各车厢乘客量有较大差别的载荷不均情 况下所测定的运行安全性的运行试验结果和乘坐舒适 度进行介绍。 图１ ＡＣ列车进行试验的铰接式转向架 ２．１ ２种铰接式转向架的共同点 这一节将阐述４点悬挂系统和２点悬挂系统的共 ２为ＡＣ列车试验的铰接式转向架概况 使用２种铰接式转向架对ＡＣ列车进行了试验。 收稿日期：２００５－ＩＩ－３０ 同点。４点悬挂系统的特点将在２．２节给予阐述，２点 悬挂系统的特点将在２．３节给予阐述。 （１）铰接系统加强了转向架和制动装置 维普资讯 http://www.cqvip.com ２６ 国外铁道车辆第４３卷第３期２００６年５月 裹１ ＡＣ列车转向架主要技术参数 ＴＲ９１６ ＴＲ９１４ ＤＴ９５７ ＤＴ９５８ ＴＲ９１５ ＴＲ９１７ （第１台转向架） （第２台转向架） （第３台转向架） （第４台转向架） （第５台转向架） （第６台转向架） 无摇枕式空气 无摇枕式２点空气弹簧悬挂系统铰 无摇枕式４点空气弹簧悬挂系统铰 无摇枕式空气 悬挂 车体 弹簧悬挂前导转 接式转向架 接式转向架 弹簧悬挂前导转 装置 向架 向架 轴箱 转臂式定位 最高运行速度 １２Ｏ ／（ｋｍ・ｈ一 ） 过弯道速度 列车运行速度表中的“基数（Ｏ）” 轴距／ｍｍ ２ １０Ｏ 轴颈中心距／ｒａｍ １ ７００ 轮径／ｒａｍ ８６Ｏ ／／／／ 驱动装置 ／—／ ＤＤＭ或并列万向轴驱动系统（齿轮 比：６．６９） １１０密封式双 １１０密封式双 轴承 锥型滚柱轴承 １２０密封式双锥型滚柱轴承（ＪＴ２６Ｘ） 锥型滚柱轴承 （ｊ３＂１４Ｃ） （ＪＴ１４Ｃ） 类型 踏面制动和１轴１盘结合式 踏面单侧作用式 踏面制动和１轴１盘结合式 带调节器的单 带调节器的单 带调节器的单元制动装景 带调节器的单 带调节器的停 踏面制动 元制动装置 元制动装置 １６５×４ 元制动装置 车单元制动装置 制动 １１４×４ １２７×４ １２７×４ ｌ１４×４ 装置 制动缸膜片 制动缸膜片 制动缸膜片 制动缸膜片 盘形制动 ２２０×１ ２２０×２ ２２０×２ ２２０×１ １４０×１ １４０×１ （降低车轴） （降低车轴） 制动 踏面制动 １．５ ２．８ ３．５ ２．８ １．５ 倍率 盘形制动 ２４ ２．４ ——，—／ ２．．４ ２．４ 第５辆车 第４辆车 第３辆车 第２辆车 第１辆车 前导转向架 ２点悬挂铰接式转向架２点悬挂铰接式转向架４点悬挂铰接式转向架４点悬挂铰接式转向架 前导转向架 （承载转向架） （动力转向架） （动力转向架） （承载转向架） 圈２ ＡＣ列车编组 由于ＡＣ列车每列车的转向架数量少，各转向架 的承载力和制动力必然增加。为此，车轮、车轴、轴箱 弹簧和转向架构架都要能承受１６ ｔ的最大轴重。此 外，动力转向架制动机采用踏面制动，承载转向架和以 往一样，采用踏面制动和１轴１盘混合制动方式，但增 加了制动缸膜片直径和制动倍率，以适应制动轴数量 的减少。 （２）ＤＤＭ的安装 由于ＡＣ列车使用ＤＤＭ，动力转向架结构要制造 得适合安装ＤＤＭ（图３），转子的旋转通过电动机两端 的连接点直接传输到轮轴。值得关注的是，由于簧下 圈３ ＤＤＭ的安装 质量的增加，可能会对运行安全性产生不良影响。为 性的降低。此外，为了防止ＤＤＭ自身转动，安装了反 此，在连接点之间嵌入橡胶垫作减振，以防止运行安全 作用力减振器。 维普资讯 http://www.cqvip.com 日本铰接式转向架的开发Ｒｙｏｈｅｉ Ｓｈｉｍａｍｕｎｅ，等（日） ．２使用４点悬挂系统的铰接式转向架 使用４点悬挂系统的铰接式转向架，装有４个空 气弹簧，各用２个空气弹簧支承单边的铰接件（图１ （ａ））。与空气弹簧有关系的部件数量如空气弹簧自身 和高度控制阀（以下称之为“ＬＶ”）增加时，由于在２点 悬挂系统的情况下，车体枕梁在车体之间会被横向移 出，因此，毫无疑问，采用４点悬挂系统可以简化车体 结构。这种４点悬挂系统的铰接式转向架，除了被用 于德国铁路系统的ＥＴ４２３系市郊列车和其他几个运 用实例外，日本仅在９５３系新干线高速试验列车中进 行了部分试用，除此之外，这是首次用于市郊列车。 （１）铰接结构和中心销 铰接结构见图４。带中心销的车体（低车体）置于 ４点悬挂系统的铰接式转向架上，中心销和转向架用 单牵引杆连接，以提供牵引。中心销顶部有一个用于 连接联结装置的衬套，其他车体的联结装置置于这里 并用螺栓铆固。橡胶缓冲器嵌入车体上部的联结器体 内，缓冲器的作用类似于１个节点，两车体之间可以产 生运动。使用这种转向架，由于不同车体的质量由支 承各车体的空气弹簧承担，联结装置并不连续承受车 体的垂向载荷。使用这种系统，由于空气弹簧可以直 接安装在缓冲梁下面，所以，缓冲梁就不必伸出连接车 体，车体端部结构就可相对简单。当对车体和转向架 进行总体比较时，这种结构的优点是结构简单，并能实 现轻量化。 图４铰接结构（４点悬挂系统） （２）空气弹簧沿列车运行方向的布置间距 在使用４点悬挂系统铰接式转向架的情况下，空 气弹簧沿列车运行方向的布置间距对车轮载荷的平衡 及乘坐舒适度会有影响，所以，空气弹簧沿列车运行方 向的布置间距是很重要的参数。为了将这种影响减轻 到可以达到的最小程度，将空气弹簧沿列车运行方向 的布置间距减小到８４０ ｍｍ，使相邻车体在联结装置 平面内各自占据４００ ｍｍ的距离。 ２７ （３）空气弹簧的连通机构和高度控制 为了保证在车辆满载和空载情况下，车辆地板面 高度保持不变，分别考虑了每个空气弹簧的高度控制 问题，即在空气弹簧中安装了ＬＶ。为了防止万一因 空气弹簧漏气造成车轮载荷不均衡，除了像传统转向 架那样，将左、右空气弹簧在连通机构中用１个差动中 继阀连接在一起，还在连通机构中沿列车运行方向安 装了差动中继阀。因此，即使转向架的１个空气弹簧 发生漏气事故，导致空气弹簧之问空气压力明显不同， 车轮载荷不平衡问题仍然可以避免，因为相关转向架 的所有空气弹簧的空气将被全部释放掉。 ２．３使用２点悬挂系统的铰接式转向架 由于ＡＣ列车所用的２点悬挂系统铰接式转向架 设有一种结构件，利用这种结构件，可使铰接车体中间 的无摇枕转向架承载空气弹簧的质量，装有空气弹簧 的枕梁将从车体一侧伸到铰接一侧。必须把枕梁装在 低于车体底部的位置，以避免在通过曲线时干扰使用 枕梁的其他车体。必须把空气弹簧装在枕梁下边，为 此，转向架构架的构件被极大地向下弯曲，致使空气弹 簧的顶部高度降至８３０ ｍｍ（图１（ｂ））。 （１）铰接结构 车体附件状况见图５ 带枕梁（低车体）的车体置 于２点悬挂系统铰接式转向架上，使用单牵引杆将枕 梁中间的中心销与转向架连接，以实现牵引。枕梁顶 部有一个用于连接联结装置的衬套，另一车体（高车 体）的联结装置置于这里并用螺栓铆固。联结装置内 设有球面滚柱轴承，便于旋转，球面滚柱轴承的作用类 似于节点，可使铰接的２个车体问产生运动。为此，使 用这种型式的转向架，车体将由２个空气弹簧和１个 联结装置实现３点支承。 圈５铰接结构（２点悬挂系统） （２）空气弹簧横向间距的加大 如前所述，使用２点悬挂系统铰接式转向架，车体 由３点支承，为此，必须加大ｌ台转向架的抗侧滚刚 维普资讯 http://www.cqvip.com ２８ 国外铁道车辆第４３卷第３期２００６年５月 度。加大空气弹簧垂向刚度可加大抗侧滚刚度，但从 乘坐舒适度的观点来看却是不利的。因此，利用将空 气弹簧的左右间距加大到１ ９８０ ｍｍ的方法来加大抗 侧滚刚度。 ３．１．２缓和曲线上的车轮载荷降低情况 传统转向架和４点悬挂系统铰接式转向架关于车 轮载荷降低情况的比较见图７。对传统转向架而言， 由于超高的变化（图７①），使列车在１个对角位置弹 簧承担的载荷趋于降低，同时，转向架１个对角位置的 ３运行试验结果 根据东日本铁路集团公司新造列车标准，考虑到 以１２０ ｋｍ／ｈ的最高速度进行试验所应满足的曲线半 车轮载荷也趋于降低，在图７①和②共同发生的情况 下，车轮载荷有较大降低的趋势。相反，用４点悬挂系 统铰接式转向架，图７０和②不会同时发生，与传统转 向架相比而言，４点悬挂系统铰接式转向架在限定车 径要求，在崎京川越线的指扇到赤羽之间，在东北线 大宫到宇都宫之间，针对车辆的安全性和乘坐舒适度 进行了试验。试验最高速度为１２０ ｋｍ／ｈ，在崎京一川 越线上的曲线通过速度为基本速度＋１５ ｋｍ／ｈ，在东 北线上的曲线通过速度为基本速度＋５ ｋｍ／ｈ。 ３．１运行安全性 ３．１．１ 圆曲线上的测定结果 安全性方面，在１２０ ｋｍ／ｈ最高速度和基本速度 ＋１５ ｋｍ／ｈ的曲线通过速度的全过程中，脱轨系数为 ０．９５或更低，车轮载重动态降低为８０％或更少，表明 没有问题。轮轨横向力最大值均不超过所有曲线的限 定值。图６给出了在曲率半径为８００ ｍ、超高为９５ ｍｍ的曲线上，速度与脱轨系数和最大横向力之间的 关系。与运行安全性相关的各个指标都不超过限定 值，确认运行安全性没有问题。对动力转向架ＤＤＭ 所采用的安装方式，从试验结果看，对运行安全性而 言，并没有负面影响，因为并没有出现大的轮轨垂向力 或轮轨横向力。可以认为，ＤＤＭ连接点处安装的缓 冲橡胶垫起到了有效的作用。 ｌ＇Ｏ ０ ８ ｏ， 蓥ｏ Ｏ ２ Ｏ ０ ７Ｏ ８０ ９Ｏ ｌＯＯ ｌ１０ １２０ ｌ ３Ｏ 运行速度／（ｋｍ． ） ５Ｏ Ｚ ４０ ３０ 曩２０ ｌ０ ０ ７Ｏ ８０ ９Ｏ ｌ００ ｌ１０ １２０ ｌ３０ 运行速度／（ｋｍ．ｈ ） 图６运行安全性测定结果（Ｒ一８００ ＩＴＩ，Ｃ一９５ ｍｍ） 轮载荷降低方面，其作用是显著的。图８给出了传统 转向架和４点悬挂系统铰接式转向架通过缓和曲线 时，曲线外轨侧悬挂空气弹簧载荷和车轴弹簧载荷仿 真比较的结果。对传统转向架而言，由于通过缓和曲 线时，空气弹簧载荷降低，车轴弹簧载荷也会降低很 大。相反，在使用４点悬挂系统铰接式转向架的情况 下，由于缓和曲线上空气弹簧载荷增加，可以看到车轴 弹簧载荷减小。 车轮载荷降低非常大［ 至 翌 彗蔓堑王！塑Ｉ 进 厘 羁Ｉｆ西药 匿｝ 蘑困匝 ｙ －手ｉ困车轮载荷降低非常大 （ａ）转向架（非铰接式） （ｂ）４点悬挂系统铰接式转向架 图７车轮载荷降低情况的比较 Ｒ一４Ｏ０ ｍ Ｃ＝１０５ ｍｒｎ Ｖ－－２０ｋｍ／ｈ ６０ 五５０ 纛４懈３Ｏ ０ ２０ 州ｌ０ ０ 图８空气弹簧载荷和车轮载荷的比较（仿真） 图９为使用前导转向架、２点悬挂系统铰接式转 向架和４点悬挂系统铰接式转向架的列车，以４８ ｋｍ／ｈ的速度通过半径为４０５ ｍ、超高为１０５ ｍｍ的曲 线时，曲线外侧车轮载荷运行试验的比较结果。从这 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com ３０ 国外铁道车辆第４３卷第３期２００６年５月 ｌ Ｏ 车。对于使用铰接式转向架的列车，由于列车端部没 ０．８ 有悬挂部件，所以，与转向架列车端部不同，铰接式转 。一６ 向架其端部乘坐舒适度并不差。 蚕０＿４ 对使用４点悬挂系统的铰接式转向架，改善了左 右侧减振器的动态特性，以及摇头方向的作用力界限 Ｏ．２ 值，以期改善车辆乘坐舒适度，针对上述改善效果及车 ０ ０ 轴弹簧的悬挂刚度进行了试验。总的来说，其乘坐舒 ６Ｏ ７０ ８Ｏ ９Ｏ ｌ０Ｏ ｌ１０ ｌ２０ 适度与使用２点悬挂系统的铰接式转向架接近。 速度／（ｋｍ－ｈ ） 圈１４前、后车轮载荷偏载试验结果 ４结论 对ＡＣ列车使用的２种无摇枕铰接式转向架（２ ３．２乘坐舒适度 点悬挂系统和４点悬挂系统）进行了开发。运行试验 对４点悬挂系统铰接式转向架、２点悬挂系统铰 结果证实，２种铰接式转向架的列车都有较优的运行 接式转向架和２０９—５００系列车转向架进行了测试。图 安全性。此外，对在缓和曲线上运行时的车轮载荷降 １５给出了在各种速度范围内乘坐舒适度的测定结果。 低情况而言，发现使用４点悬挂系统铰接式转向架是 使用４点悬挂系统铰接式转向架，其乘坐舒适度与 一种较为有效的方法。 ２０９—５００系列车转向架的基本相同，而使用２点悬挂 将来，通过试验确定改善乘坐舒适度的措施将用 系统铰接式转向架，其乘坐舒适度优于２０９—５００系列 于现有ＡＣ列车，其运用结果也将得到评估和鉴定。 琦京线下行１＆５ ｋｍ￣２０．５ ｋｍ 参考文献： 写∞ 谴 蛔 口２点悬挂系统铰接式转向架 Ｅｌｉ Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｋｕｂｏｔａ．Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｇｒａｎｄ 孀 Ｏ ４点悬挂系统铰接式转向架 ・２０９－５００系列车转向架 Ｐｒｉｘ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，Ａｐｒｉｌ １９９６． ｛Ｈ ▲２０９－５００系列车端部 ［２］Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｉｎｓ［Ｍ］．Ｄｅｎｋｌ Ｓｈａ Ｋｅｎｋｙｕ Ｋａｉ， ｌ９９４。５６． 颦 ７Ｏ ８Ｏ ９０ １００ １１０ １２０ 平均速度，（ｋｍ．ｈｄ） 周贤全译自《ＪＲ Ｅａｓｔ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ）） ２００５，№５，２０～２６ 图１５乘坐舒适度测定结果 刘宏友校 德国向阿尔斯通公司订购１Ｏ列Ｃｏｒａｄｉａ列车 、 、 德国法兰克福的地区列车租赁公司ＦＡＨＭＡ与阿 ＦＡＨＭＡ公司将借此对陶努斯山铁路网进行现 ． ．．． ．，． 岛黠睦磷璀棒 删 砸圣 尔斯通公司签订了一份价值２ ７００万欧元的合同，订购 代化改造并增加客运量。订购的列车将在阿尔斯通公 ｌＯ列Ｃｏｒａｄｉａ Ｌｉｎｔ ４１型列车。该列车为轻型内燃动车， 司位于德国的萨尔茨吉特工厂制造，将于２００６年底投 设计用于地区铁路，运营速度为１２０ ｋｍ／ｈ（表１）。 入运营。这将是第一批安装颗粒过滤器的内燃动车。 衰１ Ｃｏｒａｄｌａ Ｌｉｎｔ ４１型列车的技术参数 为满足最新欧洲标准，起初根据Ｅｕｒｏ Ｉｌｌ标准设计的 车辆类型 ２辆编组的内燃动车 发动机在废气和灰尘排放方面有了改进，由于配备了 车宽／ｍｍ ２ ７５０ 车长／ｍｍ ４１ ８１０ 颗粒过滤器，这种车能够很好地满足将来欧洲更苛刻 总座席数／个 的废气和灰尘排放规定。因此，Ｃｏｒａｄｉａ Ｌｉｎｔ ４１型列 最高速度／（ｋｍ・ｈ—１） 地板面高度／ｍｍ 车属于欧洲最环保的内燃动车。 低处 ７８０ 中间 １ ０３８ 高处 刘晓艳 译自《ＬＥ ＲＡＩＬ》２ＯＯ５， １ １６Ｏ 内燃发动机功率／ｋＷ ２×３３５ №１１９／１２０，３９ 动轮 ６组轮对中有４对 祝华校 驾驶室和乘客区 安装空调装置 低地板面比例／ 约６Ｏ
