高速鐵路的定義： ?

? ? ? ? 中國指新建設(shè)計開行250~350km/h速度等級動車組列車，初期運(yùn)營速度至少為200km/h的鐵路客運(yùn)專線。

? ? ? ?國際鐵路聯(lián)盟（UIC）認(rèn)為高鐵的定義相當(dāng)廣泛，包括高鐵領(lǐng)域下的眾多系統(tǒng)。

? ? ? ?歐洲把改造后速度等級達(dá)到200km/h和新建速度等級達(dá)到250~300km/h的鐵路認(rèn)定為高速鐵路；1985年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（官方組織）在日內(nèi)瓦簽署的《國際鐵路干線協(xié)議》規(guī)定：新建客貨運(yùn)列車混用型高速鐵路時速為250公里以上，新建客運(yùn)列車專用型高速鐵路時速為350公里以上。?

? ? ? ?日本作為世界上最早開始發(fā)展高速鐵路的國家，日本政府在1970年發(fā)布第71號法令，為制定全國新干線鐵路發(fā)展的法律，對高速鐵路的定義是，凡一條鐵路的主要區(qū)段，列車的最高運(yùn)行速度達(dá)到200公里/小時或以上的可以稱為高速鐵路。在步入高鐵時代后的日本，新干線屬于日本高速鐵道，但日本高速鐵道不完全是新干線?，而是還有一些日本城市軌道交通系統(tǒng)（比如最高運(yùn)行時速達(dá)到80kph的琦玉高速鐵道）。

? ? ? ?美國標(biāo)準(zhǔn)：美國聯(lián)邦鐵路管理局曾對高速鐵路定義為最高營運(yùn)速度高于145公里/小時（90 mph）的鐵路，但從社會大眾的角度，“高速鐵路”一詞在美國通常會被用來指營運(yùn)速度高于160公里/小時的鐵路服務(wù)，這是因?yàn)樵诋?dāng)?shù)爻税⑽鳂房炀€（最高速度240公里/小時）以外并沒有其他營運(yùn)速度高于128公里/小時（80mph）的鐵路客運(yùn)服務(wù)。?

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? ? ? ?本文（【聯(lián)隊(duì)長說高鐵11】）和【聯(lián)隊(duì)長說高鐵12】主要是筆者本人對去年年底中車長春軌道客車股份有限公司教授級高工周殿買在中車（CRRC）軌道交通走行部技術(shù)云論壇第7期做的以《高速動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)》為題的報告的內(nèi)容，用筆者的話進(jìn)行復(fù)述，并穿插部分筆者對目前的高速動車組的科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識和看法。希望各位火車迷看官都能在評論區(qū)留下自己的認(rèn)識和看法，筆者愿與您一起學(xué)習(xí)和探討。

? ? ? ?我們這次探討高速動車組走行部技術(shù)，主要是圍繞轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式和速度等級進(jìn)行探討。筆者不是路內(nèi)大佬，對涉及不同領(lǐng)域的論述經(jīng)過多次修改，如果還出現(xiàn)不準(zhǔn)確之處，敬請看官們予以斧正，謝謝大家！

? ? ? ?本篇文章超過一萬字，在此感謝Bilibili uid:96937721、173877041、297688795、21032308、417325932、644293439、902788（CIT380A、銀河旅客鉄道、電子雲(yún)製櫻?令狐アルルゥ 、BlueWhale1997、騰云工程SR-72、La_Sonnambula、四方四無）等對筆者的幫助！

? ? ? ?本期重點(diǎn)詞：鉸接式轉(zhuǎn)向架、可變軌距、軸箱內(nèi)置、永磁電機(jī)、CR450

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? ? ? ? 周高工的主題報告主要分為以下五個部分：

一、總體情況介紹

? ? ? ?產(chǎn)品的全生命周期如下圖，現(xiàn)在我們的要求是使用壽命達(dá)到30年。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的設(shè)計是這次報告探討的一個重點(diǎn)。

二、國際高鐵技術(shù)發(fā)展

? ? ? ?日本和歐盟國家現(xiàn)在都推出了自己的設(shè)計時速360km/h的動車組，主要是因?yàn)樗麄儗χ袊箨懙膭榆嚱M達(dá)速350km/h感到壓力。那么國外的設(shè)計就各有各的特點(diǎn)。

? ? ? ? 首先說日本：

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? ? ? ?日本目前值得我們注意的新干線列車是N700S系和“鐵路試驗(yàn)前沿的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（列車）”（''Advanced Labs for Frontline Activity in rail experimentation''）ALFA-X（番臺E956）。N700S系是N700系這一系列的改進(jìn)型，由日立制作所和日本車輛制造股份有限公司生產(chǎn)。N700S系的轉(zhuǎn)向架采用H型構(gòu)架，一系定位是和300系同類型的圓筒橡膠和螺旋圓鋼彈簧并用的導(dǎo)柱式定位，軸箱體用鋁合金制成，螺旋圓鋼彈簧作為一系懸掛，外觀非常簡潔。N700S的二系橫向減振器加了油壓式主動控制系統(tǒng)，即全主動橫向減振器由半主動橫向減振器、油泵和小型電機(jī)3部分組成，連接減振器的主動控制裝置裝在車體底架上，對減振器的阻尼進(jìn)行全主動控制。N700S一個很大的特點(diǎn)是它的軸重小到大約11噸。ALFA-X就是下一代動車組了，設(shè)計時速是360km/h，目前的性質(zhì)還是試驗(yàn)列車。對于日本的高速磁懸浮技術(shù)，在此不進(jìn)行論述。

? ? ? Bilibili有不少關(guān)注ALFA-X的鐵路愛好者，筆者就嘗試在這里圍繞其轉(zhuǎn)向架技術(shù)拋磚引玉：

? ? ? ?筆者在《聯(lián)隊(duì)長說高鐵2》中還給不出E5系和E6系的原型車FASTECH 360的試驗(yàn)速度。最近筆者在2020年第6期的《國外鐵道機(jī)車與動車》看到了一種說法——一列FASTECH 360跑到了398km/h，還是為研發(fā)ALFA-X打下了不錯的基礎(chǔ)。

? ? ? ?ALFA-X是全動車編組，定員670人。2020年10月27日至28日間，ALFA-X的試驗(yàn)速度達(dá)到了382km/h。

? ? ? ? ALFA-X的轉(zhuǎn)向架是無搖枕轉(zhuǎn)向架，新輪直徑是860mm，它的其它結(jié)構(gòu)型式還在進(jìn)行測試。目前的試驗(yàn)方案里，1~4、9，10號車廂轉(zhuǎn)向架的一系定位用單側(cè)雙拉板式定位，5、6號車廂用單拉桿式定位（“軸はり方式”，即軸拉式定位，在國內(nèi)CRH2相關(guān)資料中，轉(zhuǎn)臂式定位是軸梁式定位的別稱，筆者暫時認(rèn)為ALFA-X用了單拉桿式定位），7、8號車廂用導(dǎo)柱式定位（“ウィング式”，可譯為翼簧式定位）。轉(zhuǎn)向架的二系懸掛有空氣彈簧、橫向減振器、橫向吸能止擋（可斷裂保險螺栓限位器）和抗蛇行減振器?？諝鈴椈煽梢酝ㄟ^升降，使列車傾擺最多達(dá)到2°（E5系是曲線半徑為4000米時傾擺1.5°），以增加通過曲線時的乘車舒適度，而且空氣彈簧加了主動控制系統(tǒng)，能讓列車在過彎時主動傾擺（就像N700系那樣）。橫向減振器加在轉(zhuǎn)向架和車體之間，且所有轉(zhuǎn)向架的橫向減振器都是可變阻尼的，都加了半主動控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)卣鹨鹆熊嚢l(fā)生大幅度的橫向振動時，橫向減振器會產(chǎn)生大于正常行車時的阻尼力，同時如果吸能止擋承受的橫向載荷過大，它的限位器座會被壓壞，通過擴(kuò)大中心銷和限位器的間隔，緩和車體和轉(zhuǎn)向架之間的沖擊。

? ? ? ?ALFA-X的轉(zhuǎn)向架用的是電氣指令式空氣制動、再生制動（プレ-キプレ-キ方式回生プレ-キ併用電気指令式空気プレ-キ(応荷重制御付き)）和軌道摩擦式直流勵磁制動?？諝庵苿影ㄝ喲b制動盤（?中央締結(jié)式車輪ディスクプレ-キ）和氣動式制動夾鉗（空圧式キャリパ），遇到地震時，直流勵磁制動機(jī)會用于緊急制動。此外，AFLA-X還在試驗(yàn)一種和轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)無關(guān)的空氣動力制動裝置。這種裝置裝在第2至第9節(jié)車廂的上部，會增加車體重量，而且只在接近360km/h的速度時需要緊急制動時才有使用的價值。假設(shè)遇到地震，黃色、方形的阻力板會以液壓的方式升高，以產(chǎn)生空氣阻力。ALFA-X第2至第9節(jié)車廂的每個車頂交錯布置14組阻力板，每組阻力板長約102cm，寬約56cm，長邊沿列車縱向，短邊沿列車縱向，包含兩塊面積相等的黃色阻力板，即全車共有224塊阻力板。相比FASTECH 360的阻力板，ALFA-X的阻力板尺寸更小，升起后噪音更小，且收納在車頂上部空間，不會擠占客室空間，而FASTECH 360的阻力板在收納時會壓縮客室空間。

? ? ? ? 中車四方（當(dāng)時是南車四方）研制的CIT500（CRH380AM）型高速動車組也設(shè)計有風(fēng)阻制動裝置。在設(shè)計中，風(fēng)翼板的周圍裝有流線型導(dǎo)流罩，風(fēng)翼板在制動時通過液壓驅(qū)動，逆風(fēng)向升起。和新干線列車的風(fēng)阻制動裝置不同的是，新干線列車的阻力板是一對貓耳朵，CIT500的阻力板是一塊寬度和車頂寬度接近，面積非常大的面板，阻力板采用和CIT500的車頂外形相適應(yīng)的流線形外形，確保阻力板在收納狀態(tài)時，不會對車頂?shù)牧骶€形外觀產(chǎn)生負(fù)面影響。和新干線列車的風(fēng)阻制動裝置相同的是，CIT500的阻力板也只適合在極高速度下的緊急制動中升起，所以CIT500在出廠時沒有實(shí)裝四方的風(fēng)阻制動裝置。

? ? ? ?E5系和E6系的一系定位是JR東日本在高速列車上常用的川崎設(shè)計的拉板式（單側(cè)雙板）定位，ALFA-X發(fā)展而來的旅客列車可能會沿用拉板式定位，一系懸掛還是用螺旋圓鋼彈簧和垂向油壓減振器。另外根據(jù)日本車輛制造股份有限公司（網(wǎng)名：日本車両）于2022年1月25日發(fā)在外網(wǎng)的介紹自家轉(zhuǎn)向架的視頻，筆者認(rèn)為日本發(fā)展轉(zhuǎn)臂式定位，不論是中低速還是高速動車組，都有自己的特色。

? ? ? ?ALFA-X和N700S的轉(zhuǎn)向架屬于傳統(tǒng)的技術(shù)，和下面談到的創(chuàng)新的轉(zhuǎn)向架不同。

? ? ? ? ?下面說歐盟：

? ? ? ? 如圖15，歐盟搞了一個“地平線2020計劃”，參與設(shè)計、制造和使用高速列車的公司都在里面，注意左邊的“SHIFT2 RAIL”系列公司里，日立（Hitachi）名列其中。

? ? ? ?先說法國：

? ? ? ?法國是在日本之后，德國之前發(fā)展高速輪軌列車，一直都由阿爾斯通來做，堅持走傳統(tǒng)的雙軸鉸接式轉(zhuǎn)向架。

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? ? ? ?筆者對鉸接式轉(zhuǎn)向架作以下補(bǔ)充論述：

? ? ? ?鉸接式轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)有：列車脫線時能盡量使車廂保持為一條直線，避免車廂嚴(yán)重傾覆和扭曲，增加行車的安全性；減少編組中轉(zhuǎn)向架的個數(shù)，減少軌道不平順造成的輪軌沖擊；相鄰車體通過緩沖裝置連接，減少橫向位移，有利于提高曲線通過性能；將轉(zhuǎn)向架運(yùn)行的噪音控制在遠(yuǎn)離多數(shù)乘客的車廂連接處；采用傳統(tǒng)輪對時，如果車體長12~14米，轉(zhuǎn)向架長3.5米，車體就能做到大約70%低地板；采用獨(dú)立輪對時，車體能做到100%低地板。國外鐵道車輛中，使用鉸接式轉(zhuǎn)向架的例子有很多。

? ? ? 法國的第一代到第三代TGV動車組均以Y230作為獨(dú)立的動力轉(zhuǎn)向架，而分別以Y231、Y237、Y237-A作為無動力鉸接式轉(zhuǎn)向架。AGV的鉸接式動力轉(zhuǎn)向架則將動力裝置和鉸接裝置結(jié)合了起來。Y231的二系懸掛沒有抗側(cè)滾扭桿，Y237的二系懸掛有一個抗側(cè)滾扭桿，Y237-A則有兩個。為了保證蛇行運(yùn)動穩(wěn)定性，從TGV到AGV型動力分散動車組，鉸接式轉(zhuǎn)向架的軸距都是3000mm。

? ? ? ?阿爾斯通也跟西班牙和韓國的合資廠進(jìn)行合作。憑借V150試驗(yàn)列車574.8km/h的最高速度紀(jì)錄，法國目前仍然是輪軌最高試驗(yàn)速度記錄的保持者。兩個AGV的動力轉(zhuǎn)向架隨著V150參與了沖高測試，當(dāng)時這兩個動力轉(zhuǎn)向架所裝的牽引電機(jī)是新的730kg重的永磁同步牽引電機(jī)，額定功率是720kW，牽引電機(jī)的懸掛方式是架懸。

? ? ? ?AGV采用鋁材車體外殼，少數(shù)鉸接結(jié)構(gòu)用了碳合成材料，司機(jī)室和車內(nèi)通道為鋼制，頭車具有防撞設(shè)計。它的7輛編組樣車“Pégase”的兩節(jié)端部車（頭車）的動力轉(zhuǎn)向架可以加裝阿爾斯通的渦流制動機(jī)。法國的渦流制動機(jī)是可靠的，但是阿爾斯通認(rèn)為渦流制動機(jī)重量大、價格高，增加了轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，故只把兩臺渦流制動機(jī)安裝在更早的原型車AGV-Elisa的兩節(jié)端部車的動力轉(zhuǎn)向架上。AGV的永磁電機(jī)的額定功率在2008年達(dá)到760kW，電機(jī)采用帶有內(nèi)置風(fēng)扇的自通風(fēng)系統(tǒng)，而不使用強(qiáng)迫冷卻系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)向架上是架懸，運(yùn)用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）牽引變流技術(shù)，在11輛編組、6個動力轉(zhuǎn)向架，動拖比為1:1的時候，整車功率達(dá)到9120kW。AGV的二系懸掛帶有包含作動器的主動橫向懸掛系統(tǒng)。AGV的制動采用電阻 - 再生混合制動。在常用制動中，AGV的每個無動力轉(zhuǎn)向架的車軸上的3個制動盤只在制動的最后階段才使用。

? ? ? ?至于最新的TGV-M，雖然設(shè)計時速定在360km/h，但周老先生沒有進(jìn)行介紹，筆者亦無意進(jìn)行論述。

? ? ? ?鉸接式轉(zhuǎn)向架的不足有：增加了調(diào)整車廂編組的時間（因?yàn)闆]有車鉤）、縮減車廂長度、限制車廂寬度，超員能力不足等。比如AGV的車廂長度只有18米，寬度是2900mm。從SNCF和DB兩家公司協(xié)調(diào)后把ICE 3的最大寬度定為2950mm來看，AGV的寬度不算小。但是第一代CRH系列動車組中，車體寬度偏低的CRH5A，其寬度也有3200mm，我們?nèi)绻苯右M(jìn)AGV，要把它的車體做寬還是有難度的。列車若采用鉸接式轉(zhuǎn)向架，編組中轉(zhuǎn)向架個數(shù)減少了，軸重就容易增大，輪軌沖擊會加劇。對于TGV的用電機(jī)體懸結(jié)構(gòu)來控制軸重的策略，我們也認(rèn)為電機(jī)體懸結(jié)構(gòu)會增加電機(jī)傳動裝置的復(fù)雜性，可利用的輪軌黏著太少，而沒有將其往前發(fā)展。

? ? ? ?我們不是一開始就對高速鉸接式轉(zhuǎn)向架毫無興趣，而是和日本人一樣，真的做過工作。我們曾在2000年前后研究并仿制過法國TGV-D采用的Y237-A型轉(zhuǎn)向架。Y237-A是由阿爾斯通和SNCF的技術(shù)部聯(lián)合一些設(shè)備廠家研制出來的。它采用空心車軸，一系定位是轉(zhuǎn)臂式定位，一系懸掛用圓鋼彈簧，二系懸掛用SR10型高柔性空氣彈簧（附有高度調(diào)整閥和差壓閥）、鋁制空氣彈簧輔助氣室、四個垂向減振器、一個橫向減振器、雙抗側(cè)滾扭桿、每側(cè)單抗蛇行減振器，采取Z字形雙拉桿牽引裝置和典型的兩點(diǎn)空氣彈簧支撐車體的結(jié)構(gòu)。Y237-A成為我們當(dāng)時探索高速鉸接式轉(zhuǎn)向架的優(yōu)秀的學(xué)習(xí)對象。Y231的二系懸掛一開始用高柔圓鋼彈簧，高柔圓鋼彈簧的懸掛支點(diǎn)高，有較大的抗側(cè)滾剛度。后來發(fā)現(xiàn)：這種彈簧橫向和垂向的自振頻率和車體的彎曲振動頻率接近，容易激起車體振動。SR10型空氣彈簧就能稍微降低車體的橫向和垂向的振動頻率。

? ? ? ?另外，Y231采用球軸承來鉸接車體，鉸接部位剛度較大，會影響乘車舒適性。那么Y237和Y237-A就用了錐形橡膠 -?金屬彈性鉸接（緩沖橡膠型球心盤式鉸接）結(jié)構(gòu)。這種鉸接結(jié)構(gòu)的柔性更大，結(jié)構(gòu)更簡潔，成本更低。這種結(jié)構(gòu)是每輛無動力車的前后兩端分別是支撐端和鉸接端，在支撐端的端墻的兩側(cè)下方各設(shè)置一個二系空氣彈簧的承臺，并在端墻下方中間設(shè)置一個下球心盤座。鉸接端的端墻上沒有二系空氣彈簧的承臺，而是在端墻下方中間設(shè)置一個上球心盤座。上下兩個球心盤通過銷軸進(jìn)行鉸接，使球心盤可以自動對中。轉(zhuǎn)向架的牽引裝置的銷座和銷軸通過銷軸底部的螺栓和壓板固連。兩個球心盤之間設(shè)有錐形橡膠堆。橡膠堆提供彈性定位，提供縱向、橫向和垂向的剛度和阻尼，防止兩個球心盤發(fā)生振動耦合，并允許球心盤在車輛通過曲線時通過錐形橡膠堆的變形來進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動。鉸接端車體的部分垂向載荷通過球心盤傳遞給支撐端車體，兩個相鄰車體的垂向載荷再通過空氣彈簧的承臺傳遞給空氣彈簧，再從空氣彈簧傳遞到轉(zhuǎn)向架。

? ? ? ?1995年，我們研究和仿制Y237-A的工作開始了。西南交通大學(xué)、北方交通大學(xué)、上海鐵道大學(xué)、四方機(jī)車車輛廠、四方車輛研究所、戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所、鐵科院等7家單位共同承擔(dān)試驗(yàn)型鉸接式高速客車轉(zhuǎn)向架及車體連接結(jié)構(gòu)的研究工作，車體連接結(jié)構(gòu)則以單層客室的“歐洲之星”E300（TGV-TMST）的連接結(jié)構(gòu)為學(xué)習(xí)對象。試驗(yàn)型鉸接式轉(zhuǎn)向架的設(shè)計工作分為兩步：前期以上海鐵道大學(xué)為主，進(jìn)行技術(shù)方案設(shè)計，后期的轉(zhuǎn)向架和車體連接結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計主要由四方廠做工作，最后主要由四方廠負(fù)責(zé)樣機(jī)試制。施工設(shè)計在1996年底完成。

? ? ? ?我們試制的鉸接式轉(zhuǎn)向架把軸距定為3000mm，新輪直徑是915mm，磨耗輪直徑是860mm，自重約為7.4噸。試驗(yàn)型轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零部件，包括空氣彈簧、軸承、彈性定位節(jié)點(diǎn)、減振器，要根據(jù)Y237-A的參數(shù)從國外進(jìn)口。圓錐滾子軸箱軸承從SKF公司進(jìn)口，一系的彈性節(jié)點(diǎn)和空氣彈簧由生產(chǎn)SR10的公司提供。構(gòu)架、定位轉(zhuǎn)臂、空心車軸和車輪、抗側(cè)滾扭桿、軸裝制動盤等由我們自行試制。構(gòu)架由四方廠試制，車軸和車輪由四方所試制，制動盤由鐵科院試制。那么國產(chǎn)的構(gòu)架就采用兩種焊接方式——鑄造定位臂座與側(cè)梁下蓋板對接組焊方式（即TGV構(gòu)架的組焊方式）和鑄造定位臂座與側(cè)梁下蓋板搭接組焊方式。一個在兩個側(cè)梁上分別嘗試這兩種焊接方式制成的構(gòu)架通過了四方所的疲勞測試，而且這個構(gòu)架的重量和Y237-A的接近。但是試制的鋁合金轉(zhuǎn)臂的強(qiáng)度不行，要改成鋼質(zhì)的（500系新干線列車的轉(zhuǎn)臂是鋁質(zhì)的），因?yàn)楦咚倭熊囖D(zhuǎn)向架的一系定位剛度一般都比較大（地鐵列車和貨運(yùn)列車的轉(zhuǎn)向架正好相反），所以定位結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是有要求的，那么用鋼質(zhì)轉(zhuǎn)臂后，簧下質(zhì)量就要明顯增加。2000年到2001年間，試制的轉(zhuǎn)向架的樣機(jī)試驗(yàn)和車體連接結(jié)構(gòu)的動力學(xué)試驗(yàn)在四方所的臺架上進(jìn)行。轉(zhuǎn)向架的滾動臺架速度達(dá)到393.7km/h，這是一個很不錯的結(jié)果，幫助我們做了技術(shù)儲備。試制的轉(zhuǎn)向架和研究的車體連接技術(shù)在2002年通過了鐵道部的驗(yàn)收。不過當(dāng)時的結(jié)論是我們的工藝水平及檢測產(chǎn)品的手段還不能滿足高速鉸接式轉(zhuǎn)向架的實(shí)用化。

? ? ? ?其中，球心盤和銷軸的制造工藝要求太高，這就引起了國內(nèi)一些技術(shù)派專家對鉸接式轉(zhuǎn)向架的強(qiáng)烈排斥。目前，我國對高速鉸接式轉(zhuǎn)向架還是處于研究和試驗(yàn)階段。筆者認(rèn)為，認(rèn)定自己生產(chǎn)和檢修高速鉸接式轉(zhuǎn)向架的能力不足，是我們尚未將高速鉸接式轉(zhuǎn)向架實(shí)用化的更重要的原因。

? ? ? ?2013年，中車四方（當(dāng)時是南車四方）從斯柯達(dá)引進(jìn)了15T型低地板有軌電車的技術(shù)，這種有軌電車用的就是鉸接式轉(zhuǎn)向架。國內(nèi)生產(chǎn)的鉸接式轉(zhuǎn)向架主要用在輕軌車輛，比如中車株洲機(jī)車生產(chǎn)的ZLA080型有搖枕鉸接式轉(zhuǎn)向架，它用的是轉(zhuǎn)盤式鉸接。鐵路車輛中運(yùn)用鉸接式轉(zhuǎn)向架的有中車株洲機(jī)車生產(chǎn)的，出口到歐盟的“天狼星”號。應(yīng)該說，中車能打進(jìn)歐盟市場，是很難得的。

? ? ? ?JR東日本在牽頭開發(fā)STAR21型高速試驗(yàn)動車組時，在編組中同時試驗(yàn)了獨(dú)立式無搖枕轉(zhuǎn)向架和鉸接式無搖枕轉(zhuǎn)向架。試驗(yàn)列車為9輛編組，編組中有3個鉸接式轉(zhuǎn)向架，分別是DT9036A、DT9036B和DT9036C。DT9036A為疊層圓錐橡膠式（導(dǎo)柱式）定位，兩個空氣彈簧的支撐面距離軌面高1400mm；DT9036B為單側(cè)雙拉板式定位，雙空氣彈簧支撐面距離軌面高1900mm；DT9036C為轉(zhuǎn)臂式定位，設(shè)4個非高位空氣彈簧來支撐相鄰車體。全列車的轉(zhuǎn)向架的新輪直徑均為800mm，軸距均為2500mm。當(dāng)列車的試驗(yàn)速度達(dá)到425km/h時，鉸接式轉(zhuǎn)向架和獨(dú)立式轉(zhuǎn)向架的橫向力沒有明顯的差異。最終，JR東日本認(rèn)為鉸接式轉(zhuǎn)向架會影響車廂的定員數(shù)，于是放棄了鉸接技術(shù)。

? ? ? ?西班牙在生產(chǎn)轉(zhuǎn)向架方面主要由兩個公司負(fù)責(zé)：CAF和Talgo。它倆生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架各有特點(diǎn)，尤其是Talgo，它可以生產(chǎn)獨(dú)立輪對、也掌握高速傾擺和變軌距技術(shù)（西班牙鐵路的軌距不統(tǒng)一，和鄰國搞鐵路互通也要變軌距），也有引進(jìn)德法兩國的技術(shù)。

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? ? ? ?筆者對AVE S102作以下補(bǔ)充論述：

? ? ? ?AVE S102（Talgo 350）的無動力轉(zhuǎn)向架是Talgo的獨(dú)立輪對鉸接式轉(zhuǎn)向架。這種轉(zhuǎn)向架只有一個車軸，一系定位是轉(zhuǎn)臂式定位，一系懸掛用螺旋圓鋼彈簧，二系懸掛只用高位空氣彈簧，空氣彈簧就處在輪對的正上方。憑借構(gòu)架上的高筒形支撐體，空氣彈簧已經(jīng)被頂在端墻之間很高的位置。

? ? ? ?獨(dú)立輪對的特點(diǎn)是什么？

? ? ? ?車輪為了可以轉(zhuǎn)彎，采用的是錐形踏面?；诖?，傳統(tǒng)輪對的直線復(fù)位性能是基于縱向蠕滑力?？v向蠕滑力使輪對在軌道上運(yùn)行時，（從列車的垂直方向看）輪對會產(chǎn)生橫移和搖頭角，輪對在軌道上的橫移量在軌道中心線附近往復(fù)運(yùn)動，搖頭角相應(yīng)地發(fā)生周期性變化（正值→0°→負(fù)值→0°→正值），當(dāng)搖頭角和橫移量平衡，輪對就處于直線復(fù)位狀態(tài)。一方面，充足的縱向蠕滑力是傳統(tǒng)輪對轉(zhuǎn)彎后在直線上快速復(fù)位的保障，另一方面，輪對的橫移和搖頭日積月累會造成輪軌磨耗（軌道不平順會使磨耗加?。?，而且隨著輪對運(yùn)行速度增大，橫移量和搖頭角隨之增大，這種增幅是有上限的，所以輪對或轉(zhuǎn)向架存在臨界速度，超過臨界速度之后，轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)動會導(dǎo)致列車嚴(yán)重失穩(wěn)甚至傾覆。CR400的轉(zhuǎn)向架的臨界速度達(dá)到600km/h，這是在西南交通大學(xué)的試驗(yàn)臺上跑出來的結(jié)果。

? ? ? ?獨(dú)立輪對的縱向蠕滑力在數(shù)學(xué)表達(dá)上不為0，但是小得可以看作為0，可以認(rèn)為不存在縱向蠕滑力矩所產(chǎn)生的蛇行問題，也因?yàn)槿鄙倏v向蠕滑力的導(dǎo)向作用而嚴(yán)重影響直線復(fù)位性能和曲線通過性能。Talgo就在輪對上加裝Z字形導(dǎo)向裝置/徑向機(jī)構(gòu)。徑向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是：輪對前后設(shè)兩根導(dǎo)向桿，每根導(dǎo)向桿的一側(cè)連著車體上的支座，另一側(cè)都連著一個與定位轉(zhuǎn)臂相連的很短的轉(zhuǎn)軸。導(dǎo)向桿和一系懸掛結(jié)構(gòu)的連線成“Z”字形。徑向機(jī)構(gòu)不能直接使車輪獲得縱向蠕滑力，但是能幫助車輪在端部車（前后的牽引機(jī)車）的傳統(tǒng)輪對的帶動下盡快完成直線復(fù)位。有了徑向機(jī)構(gòu)之后，獨(dú)立輪對的橫移量的收斂速度比不上傳統(tǒng)輪對，但比沒有徑向機(jī)構(gòu)的獨(dú)立輪對快。沒有徑向機(jī)構(gòu)的獨(dú)立輪對，不僅輪對橫移量收斂很慢，而且橫移量可能會在偏離軌道中心線的位置就平衡了，無法完成對中。獨(dú)立輪對的主要用途是使城軌車輛實(shí)現(xiàn)低地板，在高速列車領(lǐng)域，這是Talgo的特色。轉(zhuǎn)向架如果使用傳統(tǒng)輪對，則是通過抗蛇行減振器來抑制蛇行運(yùn)動。

? ? ? ?AVE S102的動力轉(zhuǎn)向架是龐巴迪的FLEXX Power 350型轉(zhuǎn)向架，這種轉(zhuǎn)向架的一系和二系懸掛都用螺旋圓鋼彈簧，一系定位用拉桿式定位，牽引電機(jī)是架懸，鋁合金輕量化齒輪箱是軸懸。

? ? ? ?Talgo采用連桿及緩沖裝置鉸接模式。Talgo的橫向和縱向的減振器是裝在車廂端墻上部的中央和兩側(cè)，配合轉(zhuǎn)向架的空氣彈簧來平抑車體振動。Talgo的車廂鉸接方式具體是：一側(cè)車廂的端墻的上部的兩側(cè)各設(shè)有一個支撐座，另一側(cè)車廂的端墻的下部中央設(shè)一個曲拐連桿機(jī)構(gòu)。曲拐連桿機(jī)構(gòu)包括兩根承載桿、兩個橫向水平設(shè)置的旋轉(zhuǎn)支撐體、一個負(fù)責(zé)水平連接旋轉(zhuǎn)支撐體的水平桿，和兩個負(fù)責(zé)將旋轉(zhuǎn)支撐體連接在端墻下部的銷軸。支撐座頂置在轉(zhuǎn)向架的兩個空氣彈簧上，將車體重量通過空氣彈簧傳遞到轉(zhuǎn)向架上，且這兩個支撐座在靠近端墻中央的一側(cè)又各有一個鉸接座，鉸接座與另一側(cè)車廂的端墻下部通過兩根垂向的很長的承載桿進(jìn)行連接，承載桿的底座都設(shè)在旋轉(zhuǎn)支撐體上。這樣一來，兩側(cè)車廂就通過一側(cè)的兩個承載桿和另一側(cè)的牽引車鉤實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彈性鉸接。那么AVE S102的車廂就顯得更輕和更短了——200米長的列車共有14輛編組。

? ? ?? Talgo的高速傾擺是被動無源傾擺，就是在通過曲線時，車輛的向心力的力矩傳導(dǎo)到空氣彈簧，空氣彈簧通過獨(dú)立伸縮，使車輛傾擺。Talgo傾擺的最大角度為3.5°，此時車輛的橫向加速度為1.8m/s2。理論上橫向加速度超過1.2m/s2乘客就會感到不舒適。被動無源傾擺通過同一曲線的最大速度、傾擺的及時性和乘車舒適性不能和主動傾擺相提并論，不過成本較低，能耗較低，適用于“S”形曲線較多，緩和曲線較短的鐵路。Talgo是通過專門的導(dǎo)軌橫向推擠車輪來完成變軌距。

? ? ? ?Talgo開發(fā)的新一代速度等級為330km/h的Avril動力集中高速動車組，在技術(shù)上是作為Talgo 350的迭代車型，采用了獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架，就是Talgo連輪軸都不要了，把一個輪對拆成兩個車輪，無動力車和無動力車之間是兩個鉸接式單輪轉(zhuǎn)向架，車輪上保留徑向機(jī)構(gòu)。

?? ? ? 德國ICE 1和ICE 2的動力轉(zhuǎn)向架分別是ET401和ET402，兩種轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)型式基本相同，驅(qū)動裝置（負(fù)責(zé)將牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到輪對）都用空心軸六連桿。

? ? ? ?德國的高速轉(zhuǎn)向架目前主要由西門子承擔(dān)。在承擔(dān)德國鐵路產(chǎn)品研發(fā)的公司里，西門子本來是負(fù)責(zé)研發(fā)電氣設(shè)備的，但是在收購研發(fā)機(jī)械的公司后，具備了研發(fā)高速列車整車的能力。

? ? ? ? 由Simmering-Graz-Pauker AG（SGP）公司為ICE 2（無動力車）和ICE 3（整車）設(shè)計的SGP400型和SGP500型轉(zhuǎn)向架（SGP500由SGP和Adtranz合作設(shè)計制造）隨著這家公司被西門子收購，改名為SF400和SF500。按照西門子官網(wǎng)的介紹，這兩種轉(zhuǎn)向架的速度分別達(dá)到250km/h和350km/h(鏈接：https://www.mobility.siemens.com/global/de/portfolio/schiene/fahrzeuge/komponenten-und-systeme/fahrwerkstechnik.html）。SF400改進(jìn)自ICE 1采用的（Minden-Deutz-Familie）MD530型有搖枕有搖動臺鋼圓簧無動力轉(zhuǎn)向架，是德國第一種無搖枕無搖動臺空氣彈簧轉(zhuǎn)向架。SF400的二系懸掛系統(tǒng)裝設(shè)橫向主動控制系統(tǒng)“AQS”，施加回轉(zhuǎn)阻尼的形式是裝設(shè)電子控制回轉(zhuǎn)阻尼系統(tǒng)“DES”，也就是帶有磁性閥門的抗蛇形減振器，根據(jù)實(shí)際速度接通或斷開閥門。DES在回轉(zhuǎn)速度較低的曲線上不起阻尼作用，高速運(yùn)行時則發(fā)揮阻尼作用。SF400還設(shè)有徑向液壓控制的輪對定位系統(tǒng)“RHC”，使輪對處于徑向位置。SF400和SF500的二系懸掛都有抗側(cè)滾扭桿。

? ? ? ? SF500改進(jìn)自SF400，采用模塊化設(shè)計，動力和無動力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)型式相同。SF500的一系定位是單拉桿式定位，一系懸掛用螺旋圓鋼彈簧和垂向油壓減振器，二系懸掛用空氣彈簧和用于空氣彈簧失氣狀況下的橡膠減震彈簧，被動液壓懸掛，驅(qū)動裝置是齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)。ICE 3的速度等級是300km/h，最高運(yùn)營速度為320km/h。在法蘭克福 - 科隆高速城際鐵路開通前，ICE 3在柏林—漢諾威高速城際鐵路跑到了368.6km/h的最高試驗(yàn)速度。ICE T的轉(zhuǎn)向架是SF600。到了ICE 4，它的轉(zhuǎn)向架發(fā)生了一些引人矚目的變化。下面我們會進(jìn)行論述。

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?? ? ??ICE 3是ICE系列的第一代動力分散動車組，之后它有了衍生型號，就是Velaro系列。Velaro系列的第一個是Velaro E，也就是ICE 3的第一個變種，是西班牙的AVE S103；第二個是Velaro CN，就是CRH3C；第三個是Velaro RUS，是俄羅斯的“薩普?！碧杽榆嚱M；第四個是德國用的Velaro D；第五個Velaro就是”歐洲之星”E320；第六個是Velaro TR，是土耳其用的?，F(xiàn)在德國發(fā)展到第7個，就是Velaro Novo。目前的ICE 3 Neo，即Velaro MS，只能算是增加了車門個數(shù)、改變了司機(jī)室DMI顯示樣式和改良了客室內(nèi)飾的Velaro D。

? ? ? ?SF500的動力轉(zhuǎn)向架現(xiàn)在也用在ICE 4（每側(cè)抗蛇行減振器從兩個改成一個，依據(jù)在AV31494425的第30分鐘左右），但是ICE 4的無動力轉(zhuǎn)向架則是龐巴迪的軸箱內(nèi)置的轉(zhuǎn)向架，這就是龐巴迪的FLEXX Eco系列內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架。內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架就是周老先生和筆者說的，非傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架，是一種在結(jié)構(gòu)上有很大創(chuàng)新的轉(zhuǎn)向架。FLEXX Eco應(yīng)用在ICE 4標(biāo)志著內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架經(jīng)歷了接近60年的試驗(yàn)和實(shí)踐，終于在高速旅客列車上開始商業(yè)化使用。你如果在《模擬火車》里玩過3D ZUG發(fā)行的ICE4動車組，你就能看到它的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，雖然3D ZUG的建模比較簡陋。

? ? ? ?西門子的已經(jīng)部分公開但尚在研發(fā)的Velaro Novo高速動車組，它的速度等級為360km/h。為了應(yīng)對國內(nèi)外市場不小的競爭壓力，Velaro Novo和ICE 4一樣，用上了內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，這就是SF900型轉(zhuǎn)向架。龐巴迪和日立研制的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架都非常有競爭力，但是論速度等級，都不能和SF900相提并論。SF900先是安裝在ICE S型試驗(yàn)車上，在試驗(yàn)中跑到了331km/h，后來在紐倫堡 - 因戈?duì)柺┧馗咚俪请H鐵路上，兩個SF900轉(zhuǎn)向架又安裝在一節(jié)Velaro Novo的車廂底部，跑到了360km/h，跑了接近90公里，全程跑了18分鐘。

? ? ? ?這里筆者說一句題外話：據(jù)了解，Velaro Novo的逆變器控制單元（ICU）和CR400BF-C的是一致的，且其ICU非以往直接與列車的多功能車輛總線（MVB）連接，而是通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線和牽引變流器（TCU）連接。

? ? ? ?下圖中的文字的大致內(nèi)容是：

? ? ? ?SF900型轉(zhuǎn)向架是為最新一代高速列車開發(fā)的。創(chuàng)新型內(nèi)部懸掛裝置的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕巧。為了達(dá)到最高的能源效率，底盤配備了空氣動力學(xué)罩。?

? ? ? ?用于Velaro高速多單元列車的SF500：?

? ? ? ?SF500型轉(zhuǎn)向架專為電力牽引列車和現(xiàn)代高速列車研發(fā)，可提供最大的駕駛舒適性。

? ? ? ? 北美選擇走“低壓管道”等非輪軌的發(fā)展路線，但目前都只是處于研究階段，周老先生沒有進(jìn)行論述。

三、中國高鐵技術(shù)發(fā)展

? ? ? ?我們常說，2004年到2007年中國（大陸）高速鐵路是“跨越式發(fā)展”，實(shí)際上也是很痛苦的三年，因?yàn)殍F路職工基本上只保最低工資。那么這三年呢，中國走的是引進(jìn)的路線，引進(jìn)的成果是CRH1、CRH2、CRH3和CRH5。沒有CRH4，因?yàn)檫@里面有故事（筆者不知道是什么故事）。

? ? ? ?技術(shù)引進(jìn)來之后，我們就到了消化吸收的階段。我們選擇走CRH2和CRH3的技術(shù)路線，成果就是CRH380A/B/CL。 長客引進(jìn)的是CRH3和CRH5的技術(shù)，兩種列車的技術(shù)都消化吸收后，在發(fā)展速度等級達(dá)到300km/h的高速列車時放棄了CRH5的技術(shù)，用CRH3的技術(shù)發(fā)展了CRH380B和CRH380CL。?實(shí)際上阿爾斯通轉(zhuǎn)讓給我們的技術(shù)里，比較可取的是擺式技術(shù)，這是它收購意大利的一家叫Severiano（塞維利亞諾）的公司后發(fā)展而來的。日本給的不是最先進(jìn)的技術(shù)，但是我們通過消化吸收，做到了350km/h的速度等級（從CRH2C二階段起）。西門子給的CRH3的技術(shù)本來基礎(chǔ)就不錯，現(xiàn)在這家公司還是我們的老師，因?yàn)樗鼜腎CE 4開始，改走內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的技術(shù)，而且達(dá)到了360km/h。

? ? ? ?到了發(fā)展中國標(biāo)準(zhǔn)動車組，我們走的是自主創(chuàng)新的道路，依然是繼續(xù)沿用消化吸收的日系和德系技術(shù)。

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? ? ? ?筆者對周老先生的敘述作以下補(bǔ)充：

? ? ? ?臺灣地區(qū)也走引進(jìn)的路線，但只是買來整車，沒有獲得技術(shù)轉(zhuǎn)讓，更毋論相關(guān)技術(shù)的消化吸收和自主創(chuàng)新。CRH1和CRH5系列動車組的轉(zhuǎn)向架技術(shù)沒有往300km/h以上的速度等級發(fā)展。而且CRH5的轉(zhuǎn)向架“惡評”較多。

? ? ? ?CRH2A的動力轉(zhuǎn)向架SKMB-200和無動力轉(zhuǎn)向架SKTB-200是在川崎重工生產(chǎn)的DT206型動力轉(zhuǎn)向架和TR7004B型無動力轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上發(fā)展過來的，S、K分別代表四方和川崎（Kawasaki）（早期部分CRH2A直接用DT206和TR7004B）（2013年CRH2A統(tǒng)型化后改用零件國產(chǎn)化率更高的SWMB/TB-250型轉(zhuǎn)向架）。但是CRH2A的一系定位是參數(shù)借鑒了500系的轉(zhuǎn)臂式定位，轉(zhuǎn)臂長度為500mm。為了減重，軸箱和轉(zhuǎn)臂是一體式設(shè)計，可以稱之為“軸箱體”。采用轉(zhuǎn)臂式定位的經(jīng)驗(yàn)，可以追溯到中車四方更早之前從川崎引進(jìn)500系的WDT205（W代表JR西日本）型動力轉(zhuǎn)向架，發(fā)展SW220K型準(zhǔn)高速轉(zhuǎn)向架的時期。500系的轉(zhuǎn)臂是鋁制轉(zhuǎn)臂，其縱向定位剛度是每軸箱24.5kN/mm，橫向定位剛度是每軸箱9.8kN/mm。500系的二系橫向減振器設(shè)有半主動懸掛系統(tǒng)。SW220K適用于速度等級為160km/h的25T型客車，除制動裝置外，其余結(jié)構(gòu)滿足220km/h的運(yùn)用要求（裝配SW220K的CR200J試驗(yàn)用車在長達(dá)45km的25‰連續(xù)坡道上以200km/h恒速下坡，在坡底進(jìn)行一次緊急制動之后，SW220K制動盤溫度過高，不滿足安全運(yùn)用的要求）。CRH2A全列的無動力轉(zhuǎn)向架除端部車的轉(zhuǎn)向架安裝LKJ2000的速度傳感器和排障裝置外，結(jié)構(gòu)型式都相同；動力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)型式都相同。二系懸掛有空氣彈簧、橫向減振器、橫向止擋和抗蛇行減振器。

? ? ? ?原型車E2系1000番臺的軸箱軸承是雙列圓柱軸承，軸重是13噸，車輪用圓弧形踏面，齒輪箱的傳動比為69:19=3.63，1、9、10號車的轉(zhuǎn)向架的二系橫向減振器加設(shè)全主動懸掛系統(tǒng)，其余車廂的橫向減振器則設(shè)油壓式半主動懸掛系統(tǒng)。全主動懸掛就是從外部提供能源（空壓、液壓或電磁力），用連接常規(guī)的或半主動的橫向減振器的作動器產(chǎn)生的力來積極地平抑橫向振動。由于有了動力源，全主動減振器既可以產(chǎn)生與運(yùn)動方向相反的力，還可以產(chǎn)生與運(yùn)動方向相同的力。半主動懸掛則無外部能源，把橫向減振器換成可變阻尼的類型，只通過傳感器檢測橫向加速度，適時地控制橫向減振器的作用力的大小，來平抑橫向振動，對橫向振動的抑制有一定局限性，而且半主動減振器和傳統(tǒng)減振器都不能產(chǎn)生和運(yùn)動方向相同的力。傳統(tǒng)橫向減振器只能產(chǎn)生和運(yùn)動方向相反的力，且力的大小不能改變。由于半主動減振器構(gòu)造簡單、可靠性高，東日本鐵道公司的新干線列車只有E2系、E3系和E5系部分車廂采用全主動減振器，E2系以高壓空氣作為動力源，E3系和E5系以電磁力作為動力源。

? ? ? ?特別地，E2系1000番臺不再像E2系0番臺那樣采用GTO（可關(guān)斷晶閘管）牽引變流技術(shù)，而是采用更加先進(jìn)的IGBT牽引變流技術(shù)。

? ? ? ?SKMB/TB-200的軸箱軸承則是雙列圓錐軸承，CRH2A定員100%時軸重是14噸，并依據(jù)該軸重而將速度等級定為250km/h。新輪直徑是860mm，半磨耗輪直徑是820mm，全磨耗輪直徑是790mm。軸箱體為鑄鋼材質(zhì)，軸箱的前蓋用鋁合金制成，軸箱的后蓋則用鑄鋼。前蓋和軸箱之間需要特殊涂裝來防止電化學(xué)腐蝕。一系轉(zhuǎn)臂橫向定位剛度是每軸箱5.49kN/mm，縱向定位剛度是每軸箱13.7kN/mm（2018年論文《CRH2懸掛剛度參數(shù)對車輛動力學(xué)性能的影響》建議橫向和縱向定位剛度改為每軸箱13.9kN/mm和5.92kN/mm），最大允許軸重（CRH2A定員200%）是16噸，一系懸掛含圓鋼彈簧和垂向減振器，圓鋼彈簧外貼一層防雪罩，齒輪箱用潤滑油為Sonic EP3080，傳動比為85:28=3.036。所有轉(zhuǎn)向架的二系懸掛只使用常規(guī)的橫向減振器，橫向減振器加在構(gòu)架橫梁的連接梁和牽引裝置的中心銷之間，中心銷加在車體和牽引拉桿之間?？諝鈴椈蔀榉蔷€性彈簧，且附有高度調(diào)整閥和差壓閥。當(dāng)列車直線運(yùn)行時，空氣彈簧提供較小的垂向剛度；當(dāng)列車轉(zhuǎn)彎時，空氣彈簧提供較大的橫向剛度。二系懸掛還包括抗蛇行減振器、橫向止擋和中央牽引裝置。橫向止擋裝在牽引梁和車體之間，采用橡膠堆，起到柔性支承和限制車體過大的橫向位移的作用（和ALFA-X的橫向吸能止擋結(jié)構(gòu)不同）。二系中央牽引的牽引梁和車體之間以牽引梁柔性襯套支承。中央牽引采用單牽引拉桿，牽引拉桿通過拉桿節(jié)點(diǎn)和牽引梁連接。拉桿節(jié)點(diǎn)由芯軸、橡膠層和外套組成。單層橡膠位于芯軸和外套之間，芯軸兩側(cè)各有一個橫向通孔，橫向通孔壓裝于牽引拉桿，芯軸和牽引拉桿通過橡膠硫化為一體。雖然橡膠使結(jié)構(gòu)有一定的柔性，但如果一個部件損壞，整個拉桿和拉桿節(jié)點(diǎn)都要更換。拉桿節(jié)點(diǎn)最低工作溫度為-30℃，最高工作溫度是4℃。此外，CRH2A為適應(yīng)我國鐵路，輪對內(nèi)側(cè)距從E2系1000番臺的1360±1mm調(diào)整為1353+2/-1mm，改用四方車輛研究所自行研制的LMA型車輪踏面。整車牽引功率為4800kW，只有原型車的一半（原型車裝配32臺額定功率為300kW的MT205型牽引電機(jī)），提高編組經(jīng)濟(jì)性。牽引電機(jī)是通過螺栓將電機(jī)上的安裝座連接到電機(jī)吊座上，電機(jī)吊座直接焊在構(gòu)架橫梁上，實(shí)現(xiàn)剛性架懸，電機(jī)輸出軸與齒輪箱輸入軸之間通過撓性浮動齒式聯(lián)軸節(jié)（WN聯(lián)軸節(jié)）相連接，傳遞轉(zhuǎn)矩時，允許電機(jī)和齒輪箱之間有相對運(yùn)動，其徑向和軸向均允許有10mm~12ｍｍ的跳動量。電機(jī)剛性架懸結(jié)構(gòu)簡潔、省空間、易于維護(hù)，但是電機(jī)和構(gòu)架橫梁之間沒有緩沖元件，列車運(yùn)行中電機(jī)和構(gòu)架的振動耦合會影響構(gòu)架橫梁的強(qiáng)度，也影響構(gòu)架的動力學(xué)性能?；A(chǔ)制動裝置包括空壓轉(zhuǎn)油壓驅(qū)動的制動夾鉗和踏面清掃裝置。動力轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)制動為輪盤制動，無動力轉(zhuǎn)向架則為每個輪對雙輪盤和雙軸盤制動。轉(zhuǎn)向架在空車和滿員狀態(tài)下，臨界速度均為500km/h以上，即使踏面等效錐度增大到0.4，臨界速度仍有350km/h。

? ? ? ?我國高速列車最初有S1002CN、LMA、XP55三種典型車輪型面，S1002CN和LMA外形接近。論文《高速列車輪軌參數(shù)對車輪踏面磨耗的影響》（2009）認(rèn)為，對于S1002CN、LMA、LM和XP55，隨著列車速度增加（200km/h到350km/h），在直線鋼軌上，同一速度下，四種踏面的磨耗量都隨列車運(yùn)行里程增加而逐步增大，其中S1002CN磨耗深度最小，磨耗范圍最寬，LMA型踏面磨耗深度次小，磨耗范圍次寬，用于普速鐵路的LM型踏面磨耗深度最大且磨耗靠近輪緣。在直線鋼軌上，列車速度增加（200km/h到350km/h）后，S1002CN磨耗體積增長百分?jǐn)?shù)最大，增長百分?jǐn)?shù)其次大的是LMA磨耗體積，這是因?yàn)镾1002CN等效錐度較小，在高速度下輪對的橫向振動更劇烈。在武廣高鐵上S1002CN和LMA踏面磨耗區(qū)域基本相同，但最大磨耗位置不同（以和輪緣內(nèi)側(cè)之間的距離來描述磨耗位置）。

? ? ? ?總之，列車速度增加后，踏面磨耗趨向于往磨耗深度的方面發(fā)展；等效錐度不僅可以評估車輪踏面磨耗程度，還直接影響構(gòu)架橫向失穩(wěn)的頻率和幅值； 較小的等效錐度有利于減少高速運(yùn)行時的踏面磨耗；踏面需要通過合理的鏇修和更換計劃來保障列車安全平穩(wěn)運(yùn)行；踏面等效錐度過高和列車車體過輕都容易引起蛇行運(yùn)動。

? ? ? ?CRH2C（CRH2-300）是四方將CRH2A的技術(shù)消化吸收后自主研制的動車組。它從頭型、受電弓、牽引電機(jī)、IGBT到轉(zhuǎn)向架，國內(nèi)各地的相關(guān)領(lǐng)域的專家都參與了研制工作，轉(zhuǎn)向架的設(shè)計方案獲得了國家發(fā)明專利。2007年12月22日，首列CRH2C在四方下線。

? ? ?? CRH2C一階段空車重量為370.8噸，定員610人，沿用三菱授權(quán)南車集團(tuán)生產(chǎn)的CRH2A的MB-5120-A（即南車集團(tuán)生產(chǎn)的MT205）型異步牽引電機(jī)。為了提高列車的速度等級，動拖比由CRH2A的4M4T改成6M2T（端部車為無動力車），轉(zhuǎn)向架是SKMB-300型動力轉(zhuǎn)向架和SKTB-300型無動力轉(zhuǎn)向架。按照《歐洲高速鐵路聯(lián)網(wǎng)高速列車技術(shù)條件》，列車在平直道正常載荷下以最高速度運(yùn)行時，應(yīng)有剩余加速度不低于0.05m/s2。CRH2C一階段平直道定員達(dá)速300km/h的時候，考慮15km/h的逆風(fēng)后，剩余加速度為0.05m/s2，所以CRH2C一階段和ICE 3的速度等級都是300km/h。

? ? ? ?和SKMB/TB-200相比，SKMB/TB-300的制動裝置沒有變化，還是踏面清掃、再生制動和微機(jī)控制的氣壓轉(zhuǎn)油壓驅(qū)動的制動夾鉗。SKMB/TB-300主要變化在于：輪對和一系轉(zhuǎn)臂定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化改進(jìn)，軸箱的前蓋和后蓋都用鋁合金制成，降低轉(zhuǎn)向架的簧下質(zhì)量。一系轉(zhuǎn)臂橫向定位剛度增大到每軸6.5kN/mm，縱向定位剛度增大到每軸14.7kN/mm，其它懸掛參數(shù)相應(yīng)調(diào)整。適當(dāng)增加一系縱向剛度有利于提高轉(zhuǎn)向架臨界速度，一系縱向剛度過度增加則易誘發(fā)車體蛇行失穩(wěn)（參考文獻(xiàn)：CRH3系列動車組服役安全性研究[D]，2019，李習(xí)橋，導(dǎo)師：劉志明）。二系空氣彈簧的上、下蓋板用鋁合金制成；齒輪箱用潤滑油為了適應(yīng)寒地和更高的速度，改用JRK-65型。端部車的二系橫向減振器新增依據(jù)“天棚”原理的半主動控制功能，連接橫向減振器的半主動控制裝置安裝在車體上，其余車廂的轉(zhuǎn)向架的常規(guī)橫向減振器和CRH2A的相同。CRH2C一階段動車組以300km/h運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和曲線通過能力優(yōu)良，滿足GB5599—1985和鐵道部TB/T2360-1993的標(biāo)準(zhǔn)要求。

? ? ? ?CRH2C一階段在京津城際鐵路跑到350km/h，無疑是超速運(yùn)行的。因?yàn)镸B-5120-A額定功率只有300kW（部分文獻(xiàn)里出現(xiàn)342kW的短時最大功率），設(shè)計的最高轉(zhuǎn)速是6120rpm，當(dāng)CRH2C一階段達(dá)速350km/h時，列車剩余加速度不足0.01/s2，且MB-5120-A的轉(zhuǎn)速將達(dá)到7820rpm（全磨耗輪徑），潤滑油難以潤滑電機(jī)軸承，電機(jī)和電機(jī)軸承的壽命都會嚴(yán)重下降。為此，CRH2C二階段改用南車四方股份、株洲時代電氣公司，株洲電機(jī)公司基于MB-5120-A聯(lián)合研制的YQ365型牽引電機(jī)或永濟(jì)電機(jī)公司受讓三菱的牽引電機(jī)技術(shù)后自主研制的YJ92B型牽引電機(jī)。YQ365的額定功率是365kW，啟動轉(zhuǎn)矩達(dá)到1489N·m（目前株洲電機(jī)的官網(wǎng)稱啟動轉(zhuǎn)矩為1682N·m），額定轉(zhuǎn)速為4142rpm，額定電流為130A，功率因數(shù)為0.86，相應(yīng)地，CRH2C二階段轉(zhuǎn)向架齒輪傳動比下降到83/35=2.371。YQ365和YJ92B的額定功率超過了N700系新干線列車用牽引電機(jī)的305kW。改用YQ365后，CRH2C二階段的速度等級可以在不改變牽引變流器中間直流電壓、不改變6M2T的情況下達(dá)到350km/h。

? ? ? ?CRH2C二階段采用SWMB-350型動力轉(zhuǎn)向架和SWTB-350型無動力轉(zhuǎn)向架。SWMB/TB-350相比SKMB/TB-300，局部結(jié)構(gòu)作了調(diào)整：

? ? ? ?軸箱、轉(zhuǎn)臂，軸箱的前蓋和后蓋都用鋁合金制成；調(diào)整軸箱體的尺寸、一系結(jié)構(gòu)參數(shù)和二系空氣彈簧的參數(shù)；修改空氣彈簧的結(jié)構(gòu)——?dú)饽蚁路降腻F形橡膠堆從倒扣碗狀改為正置碗狀，錐形橡膠堆內(nèi)部金屬隔板從1層改為2層，錐形橡膠堆下新增圓環(huán)狀疊形橡膠堆，以上設(shè)計可以增強(qiáng)橡膠堆提供橫向剛度的能力和空氣彈簧失氣時錐形橡膠堆提供垂向剛度的能力；優(yōu)化一系減振器和構(gòu)架之間等不同區(qū)域的彈性節(jié)點(diǎn)；構(gòu)架橫梁和車體之間沿車體橫向方向新增兩根垂向抗側(cè)滾扭桿，構(gòu)架橫梁上新增一根沿車體橫向方向的抗側(cè)滾扭桿，使列車直線行駛時空氣彈簧一般提供較小的垂向剛度的前提下，增強(qiáng)列車的抗側(cè)滾能力；橫向止擋和中心銷之間的間隙達(dá)到30~50mm；每側(cè)抗蛇行減振器從一個變成兩個，如果一個抗蛇行減振器失效，另一個抗蛇行減振器還可以發(fā)揮作用；中心牽引銷減重；等等。CRH2C二階段的定員軸重增加到15噸，配合優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架，解決了CRH2C一階段在提速試驗(yàn)中“車底震顫、腳底發(fā)麻”的問題。

? ? ? ?CRH2的輔助制動系統(tǒng)采用直通式空氣制動機(jī)，CRH3和CRH5的輔助制動系統(tǒng)采用自動式空氣制動機(jī)。在輔助制動系統(tǒng)中，自動式空氣制動機(jī)應(yīng)用范圍更廣，因?yàn)橹蓖ㄊ娇諝庵苿訖C(jī)只能用于模擬的（非數(shù)字式的）電空轉(zhuǎn)換閥。CRH380A的空氣制動方式放棄了CRH2的氣壓轉(zhuǎn)油壓驅(qū)動制動夾鉗的設(shè)計，轉(zhuǎn)而和CRH3C一樣，采用氣動式制動夾鉗。

? ? ? ?CRH3C的轉(zhuǎn)向架是從SF500發(fā)展而來的CW300(D)（D代表動力轉(zhuǎn)向架），鐵道部、長客廠和唐山廠參與CW300的設(shè)計。CW300早期采用S1002CN型踏面，后期采用LMB-10型踏面。武廣高鐵早期投用的39列CRH3C中，僅一列CRH3C的轉(zhuǎn)向架由西門子公司生產(chǎn)，其余38列CRH3C的轉(zhuǎn)向架由長客生產(chǎn)。CW300的構(gòu)架橫梁為中空圓形截面鋼管，橫梁和側(cè)梁通過鍛造的變截面連接座組焊連接——先將變截面連接座焊接在側(cè)梁上形成箱型結(jié)構(gòu)，再將橫梁插入連接座的橫梁插孔內(nèi)進(jìn)行插接式焊接。這種焊接方式可以避免側(cè)梁和橫梁焊接部位的應(yīng)力集中。動力轉(zhuǎn)向架的制動吊座位于側(cè)梁。一體化設(shè)計的兩根縱梁焊接在兩根橫梁上面，縱梁的高度在橫梁之上?？v梁為鋼材交叉組焊結(jié)構(gòu)。動力轉(zhuǎn)向架的縱梁上有電機(jī)支架安裝座、橫向減振器安裝座和齒輪箱吊座；無動力轉(zhuǎn)向架的縱梁上只焊接有空氣制動吊座。CW300的一系定位是轉(zhuǎn)臂式定位，不同于SF500的單拉桿式定位。轉(zhuǎn)臂的一端通過彈性節(jié)點(diǎn)和構(gòu)架相連，另一端和軸箱相連。轉(zhuǎn)臂和軸箱是分體式設(shè)計，便于更換輪對——只需要松開軸箱的螺栓，取下軸箱下半部分，就能取出輪對。一系圓鋼彈簧和軸箱之間裝有疊層橡膠彈簧來緩和輪軌沖擊。CW300的二系懸掛包含聯(lián)系枕梁、兩個空氣彈簧、兩個橫向減振器、雙垂向抗側(cè)滾扭桿和單橫向抗側(cè)滾扭桿，和4個抗蛇行減振器，沒有垂向減振器。橫向減振器裝在縱梁和電機(jī)支架之間，抗側(cè)滾扭桿裝在側(cè)梁和枕梁之間。枕梁作為空氣彈簧唯一的輔助氣室。中央牽引裝置采用“Z”字形雙牽引拉桿，由牽引梁、中央牽引節(jié)點(diǎn)、拉桿節(jié)點(diǎn)和拉桿組成。牽引梁為鑄造結(jié)構(gòu)，拉桿節(jié)點(diǎn)一端壓裝于拉桿兩端的孔中，拉桿節(jié)點(diǎn)另一端通過螺栓連接到牽引梁。拉桿節(jié)點(diǎn)和拉桿為分體式結(jié)構(gòu)，二者通過冷壓配合實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，不會出現(xiàn)壞一個而換全部的情況。頭車的第一個動力轉(zhuǎn)向架的側(cè)梁兩端各裝有一臺ATP天線。轉(zhuǎn)向架的空氣制動采用輪裝制動盤（動力轉(zhuǎn)向架）和軸裝制動盤（無動力轉(zhuǎn)向架），每個從軸有三塊軸裝制動盤。

? ? ? ?這里有必要提一下枕梁：轉(zhuǎn)向架聯(lián)系枕梁坐落在轉(zhuǎn)向架上，是連接車體和轉(zhuǎn)向架的重要部件，主要用于承受和傳遞車體與轉(zhuǎn)向架之間的垂向載荷，傳遞車體和轉(zhuǎn)向架之間的縱向力（牽引力和制動力）。枕梁可以作為車體與轉(zhuǎn)向架之間的空氣彈簧、牽引中心銷、抗側(cè)滾扭桿、垂向減振器、橫向減振器與車體接口，空氣彈簧的高度調(diào)整閥和差壓閥的接口。另外，聯(lián)系枕梁中間為完整的空腔，可以作為空氣彈簧的附加氣室。附加氣室中長期存儲壓縮空氣，內(nèi)腔鋼板 表面容易產(chǎn)生腐蝕，形成腐蝕破壞，可以通過在內(nèi)腔鋼板上涂上氧化鋁涂料來防腐。CRH380A的轉(zhuǎn)向架枕梁在車體底架上。CR400AF的空氣彈簧附加氣室有些特別，下面再說。

? ? ? ?CW300早期裝配西門子股份公司（Siemens Aktiengesellschaft）在德國生產(chǎn)的或西門子電氣傳動有限公司在國內(nèi)生產(chǎn)的1TB2019-0GC02型四極異步電機(jī)，后期裝配中車永濟(jì)電機(jī)公司制YJ105A型四極異步電機(jī)。兩種牽引電機(jī)的額定功率都是560kW（不是550kW），功率因數(shù)都是0.87，1TB2019-0GC02的效率是94%或95%，額定電流是145A，YJ105A的額定電流是135A。

? ? ? ?CW300和SF500都采用了牽引電機(jī)安裝支架。CW300的牽引電機(jī)是先和電機(jī)安裝支架相連，再將電機(jī)安裝支架通過四個薄鋼材制成的板彈簧掛在構(gòu)架橫梁的縱向連接梁上，實(shí)現(xiàn)彈性架懸。板彈簧的橫向剛度很小。安裝支架是組焊結(jié)構(gòu)，牽引電機(jī)通過4個螺栓剛性固連在電機(jī)支架的外側(cè)立板上的4個電機(jī)座襯套上，兩臺牽引電機(jī)對角布置，電機(jī)通風(fēng)裝置安裝在電機(jī)正上方。支架上彎板外側(cè)的上電機(jī)座襯套附近焊有電機(jī)緊急止擋，電機(jī)支架上有橫向減振器座、電機(jī)橫向止擋座、控制閥座和接地塊，安裝有電機(jī)垂向止擋、橫向擋板和安全吊銷來限制電機(jī)和支架在各方向上的位移，二系橫向減振器也可以限制電機(jī)的橫向振動和位移?？諝鈴椈傻母叨日{(diào)整閥和安全閥的一端通過機(jī)械結(jié)構(gòu)連在電機(jī)支架上，另一端通過機(jī)械結(jié)構(gòu)連在枕梁上。安全閥的作用是在高度調(diào)整閥故障時調(diào)整車體地板面高度。支架內(nèi)側(cè)立板上有板彈簧襯套。支架蓋板通過銷軸穿過板彈簧的節(jié)點(diǎn)和板彈簧的一端連接，板彈簧的另一端通過板簧定位銷和板簧擋板和構(gòu)架的縱梁固定連接。電機(jī)支架使電機(jī)的質(zhì)量在橫向和搖頭方向上實(shí)現(xiàn)了與構(gòu)架的分離，既減輕了簧間橫向質(zhì)量，也減小了構(gòu)架的搖頭轉(zhuǎn)動慣量，減小了輪軌間作用力，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性。電機(jī)產(chǎn)生的振動和噪聲先通過電機(jī)座襯套和板彈簧襯套減振后傳遞到構(gòu)架，再通過空氣彈簧傳遞到車體，減振和降噪的效果非常好。這種彈性架懸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制造與維護(hù)的成本也比較高。

? ? ? ?特別地，CRH3C一階段的齒輪傳動比是2.788（不是某網(wǎng)站寫的2.7931）(參考文獻(xiàn)：高速列車設(shè)計方法研究［M］，2009，張曙光)，二階段的齒輪傳動比是2.429（某網(wǎng)站寫的數(shù)值是對的）。由于傳動比下降，CRH3C二階段的0~200km/h平均加速度慢于一階段，但是仍然不低于0.4m/s2。另外，CRH3C二階段調(diào)低傳動比的原因是：一階段牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速更高，所以齒輪箱內(nèi)的油脂受到的離心力更高，齒輪箱就可能會滲油，不是因?yàn)橐浑A段按350km/h運(yùn)行時牽引電機(jī)會超負(fù)荷運(yùn)行，因?yàn)辇X輪比調(diào)低后，牽引電機(jī)的特性沒有發(fā)生變化，只是列車達(dá)到300km/h的時候，一階段1TB2019-0GC02轉(zhuǎn)速是5100rpm，二階段1TB2019-0GC02轉(zhuǎn)速是4500rpm，都超出了1TB2019-0GC02/YJ105A設(shè)計的在列車達(dá)速250km/h且輪對為半磨耗狀態(tài)時的4100rpm的額定轉(zhuǎn)速，但都未超出1TB2019-0GC02/YJ105A的5900rpm/5891rpm的最高轉(zhuǎn)速，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時也未超出額定電流。CRH3C在武廣高鐵運(yùn)行時，踏面等效錐度達(dá)到0.5~0.7就足以引發(fā)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向失穩(wěn)報警。

? ? ? ?西班牙的AVE S103型高速列車速度等級是350km/h，最高試驗(yàn)速度達(dá)到403.7km/h，直接使用SF500型轉(zhuǎn)向架。現(xiàn)實(shí)中，西班牙高鐵在馬德里—薩拉戈薩—巴塞羅那之間的最高運(yùn)營速度是310km/h。

? ? ? ?CRH1和CRH380D的牽引電機(jī)用的都是龐巴迪特有的三點(diǎn)式架懸。

? ? ? ?CRH1A/B的基礎(chǔ)是龐巴迪的Regina平臺，CRH1E的基礎(chǔ)是龐巴迪的Zefiro?250平臺。CRH1的轉(zhuǎn)向架是從AM96型轉(zhuǎn)向架發(fā)展而來的，一系定位是轉(zhuǎn)臂式定位，一系懸掛用螺旋圓鋼彈簧。轉(zhuǎn)向架上的每臺牽引電機(jī)是通過三個柱形抗振吸收軸套用螺栓連接在構(gòu)架上，這種懸掛方式又稱為＂背負(fù)式＂懸掛。電機(jī)輸出軸與齒輪箱輸入軸之間采用挽性浮動齒式聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)。柱形軸套中有低彈性物質(zhì)，能夠?qū)?gòu)架與任何電機(jī)不平衡力的輸入隔寓開，但是電機(jī)與構(gòu)架之間在橫向上并沒有減振器和橫向止擋結(jié)構(gòu)。

? ? ? ?CRH380D是四方龐巴迪基于龐巴迪Zefiro 380平臺研發(fā)的高速動車組。它的轉(zhuǎn)向架是來自龐巴迪的FLEXX Speed系列轉(zhuǎn)向架，由四方龐巴迪負(fù)責(zé)生產(chǎn)。以前龐巴迪占有這家合資廠50%的股份。隨著龐巴迪和阿爾斯通合并，目前這家合資廠的名稱已經(jīng)改成四方阿爾斯通。CRH380D的一系定位是轉(zhuǎn)臂式定位，一系懸掛用螺旋圓鋼彈簧。牽引電機(jī)是通過層疊圓錐橡膠連接到構(gòu)架橫梁上，實(shí)現(xiàn)彈性架懸。層疊圓錐橡膠具有良好的橫向彈性特點(diǎn)，電機(jī)與構(gòu)架橫向耦合程度較小，使電機(jī)質(zhì)量在橫向和搖頭方向上與構(gòu)架質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了分離，減小了轉(zhuǎn)向架的簧間橫向質(zhì)量，降低了構(gòu)架的搖頭轉(zhuǎn)動慣量。為降低電機(jī)的橫向振動與位移，電機(jī)與構(gòu)架之間設(shè)置有橫向液壓減振器和橫向止擋。在2013年4月寧杭甬高鐵的試驗(yàn)中，CRH380D達(dá)速420km/h。（參考文獻(xiàn)：中國知網(wǎng)，牽引電機(jī)架懸方式對高速動車動力學(xué)性能影響研究[D].西南交通大學(xué)，2016，王旭嘉，導(dǎo)師：黃運(yùn)華）

? ? ? ?FLEXX Speed系列轉(zhuǎn)向架也用在意大利運(yùn)用的基于Zefiro 360平臺的ETR 1000型動車組，ETR 1000的轉(zhuǎn)向架由龐巴迪在歐洲的工廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)。

? ? ? ?CRH380A的轉(zhuǎn)向架都是SWMB-400型動力轉(zhuǎn)向架和SWTB-400型無動力轉(zhuǎn)向架，CR400AF的轉(zhuǎn)向架是SWM-400E1型動力轉(zhuǎn)向架和SWT-400E1型無動力轉(zhuǎn)向架。它們的二系懸掛延用CRH2C的抗側(cè)滾扭桿結(jié)構(gòu)布局，空氣彈簧跨距都是2460mm（CIT500為2000mm）（修改時間：2022年10月11日17:45）。SWMB/TB-400和SWM/T-400E1的構(gòu)架橫梁為中空圓形截面鋼管，橫梁和側(cè)梁以插接方式直接相連，側(cè)梁的內(nèi)側(cè)蓋板和橫梁之間以環(huán)組焊方式連接，側(cè)梁內(nèi)部有多個加強(qiáng)筋板來增強(qiáng)側(cè)梁和橫梁焊接部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這種焊接結(jié)構(gòu)中，側(cè)梁和橫梁焊接部位存在幾何突變，構(gòu)架的應(yīng)力無法均勻傳遞，容易造成焊接部位應(yīng)力集中，列車運(yùn)行時驅(qū)動裝置和橫梁的振動耦合容易影響動力學(xué)性能，使焊接部位形成構(gòu)架抗疲勞性能薄弱點(diǎn)，所以焊接部位的焊接質(zhì)量和結(jié)構(gòu)工藝要求很高。CR400AF的變化主要在于新輪直徑擴(kuò)大到920mm（CRH380A的新輪直徑是860mm）、調(diào)整懸掛參數(shù)等，使轉(zhuǎn)向架的承載能力更佳，空氣彈簧失氣時的動力學(xué)性能更佳。另外，CR400AF采用S1002CN型車輪踏面，在構(gòu)架制動吊座上集成踏面清掃裝置安裝座，三點(diǎn)吊掛的基礎(chǔ)制動安裝座和單牽引拉桿組合使用（基礎(chǔ)制動裝置包括踏面清掃裝置和制動夾鉗）。CRH380A的每個從軸有兩塊軸裝制動盤和兩塊輪裝制動盤。CR400AF的每個從軸有三塊軸裝制動盤，取消輪裝制動盤。CR400AF的樣車新增了防脫線裝置，量產(chǎn)車又取消了這個裝置。CR400AF和CR400BF在以軸重不超過17噸為前提超員運(yùn)行且速度達(dá)到350km/h的工況下，緊急制動距離不超過6500m且制動盤在連續(xù)兩次純空氣緊急制動后的溫升不會超過安全限值。

? ? ? ?CR400AF、CRH380A、CRH380D與CRH2的轉(zhuǎn)向架的牽引裝置都采用單牽引拉桿來連接車體和轉(zhuǎn)向架，并傳遞縱向力（牽引力和制動力）。單牽引桿結(jié)構(gòu)簡單、減重、省空間，并簡化落車作業(yè)。CRH2、CRH380A和CR400AF為保證車體有充足的回轉(zhuǎn)阻尼力，除了要加裝抗蛇行減振器，還要增加車間減振器。車間減振器使CR400AF量產(chǎn)型為了便于解編維護(hù)，不能用大幅降低氣動阻力的大型折棚風(fēng)擋，而是用壓縮式橡膠風(fēng)擋，而CR400BF量產(chǎn)型為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也用壓縮式橡膠風(fēng)擋。CRH380D的四級修和五級修都由主機(jī)廠承擔(dān)，用折棚風(fēng)擋不會增加鐵路局運(yùn)維的負(fù)擔(dān)。

? ? ? ?CRH380B/CL的轉(zhuǎn)向架是CW400(D)，也是從SF500改進(jìn)而來。CW400(D)保留枕梁和電機(jī)安裝支架，齒輪傳動比為2.429（來源：中車官網(wǎng)）。CW400是在側(cè)梁外側(cè)蓋板、抗側(cè)滾扭桿附近增加兩個垂向減振器，并對一系縱向定位剛度、二系抗蛇行減振器阻尼值、ATP天線中置懸掛裝置、ATP天線偏置懸掛裝置、電機(jī)安裝支架等局部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度相比SF500有所調(diào)整。電機(jī)安裝支架的側(cè)立板和上蓋板的焊接結(jié)構(gòu)是通過上彎板、側(cè)彎板和加強(qiáng)筋板三部分的組焊結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。CW300的側(cè)彎板焊接在上彎板的下面，這種焊接結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié)，疲勞強(qiáng)度儲備不足，如果焊縫存在微小缺陷或線路條件不好時容易造成安全風(fēng)險。CW400的側(cè)彎板轉(zhuǎn)而焊接在上彎板的側(cè)面，顯著減少了上彎板和側(cè)彎板焊接部位的應(yīng)力集中，焊接部位承受的壓強(qiáng)從CW300的63.9MPa下降到9.0MPa（https://www.renrendoc.com/paper/214807691.html）。

? ? ? ?CR400BF的轉(zhuǎn)向架是CW350(D)，它是基于SF500進(jìn)行研發(fā)，部分參考了FLEXX Speed，保留枕梁，牽引電機(jī)通過4個彈性節(jié)點(diǎn)吊掛在構(gòu)架橫梁上，其它局部結(jié)構(gòu)也作了調(diào)整。CR400BF-J-0511的無動力轉(zhuǎn)向架采用碳陶制動盤，3號車廂和6號車廂安裝CW400(D)型轉(zhuǎn)向架，且加裝有軌道摩擦式直流勵磁制動機(jī)（ICE1和ICE4也裝有同類制動機(jī)，也就是磁軌制動），這也是截至2022年全路僅有的裝有直流勵磁制動機(jī)的高速動車組。在濟(jì)南至鄭州的高速鐵路成功開展435km/h交會試驗(yàn)后，CR400BF-J-0511卸下了直流勵磁制動機(jī)，車號改為CR400BF-J-0001，于2022年9月底到達(dá)環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地，開展新的試驗(yàn)。

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? ? ???繼續(xù)介紹周老先生的報告內(nèi)容：? ? ? ?

? ? ? ?今年，咱們辦了冬奧會，冬奧會的一項(xiàng)工程就是京張高鐵。不只是長客，整個中車都圍繞京張高鐵做了很多工作。應(yīng)該說京張高鐵對中車，對我國新一代鐵路的發(fā)展都給了很大的動力。

? ? ? ? ?在過去幾年間，如下列幾幅圖片所示，我們對未來鐵路的發(fā)展有很多期望：

? ? ? ?周老先生認(rèn)為，輪軌依然能繼續(xù)發(fā)展。法國人已經(jīng)創(chuàng)下574.8km/h的記錄，離600km/h已經(jīng)很近了，我們?nèi)绻晒_擊600km/h的速度，運(yùn)營速度就能定在500km/h，那么以軌道交通為骨干的300km范圍內(nèi)的通勤化交通和500km范圍內(nèi)的同城化交通（如圖3）是不是可以實(shí)現(xiàn)？當(dāng)然這些都只是非常宏觀的設(shè)想。至于高速磁懸浮乃至未來更遠(yuǎn)的管道列車，他還不確定將來能如何發(fā)展。

? ? ? ?從前面的介紹可以看出，中國（大陸）經(jīng)歷了大約十年的探索，對傳統(tǒng)的高速轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)已經(jīng)摸得比較透徹，積累了大量的數(shù)據(jù)。下圖介紹了長客廠的高速轉(zhuǎn)向架目前的發(fā)展概況。

? ? ? ?長客設(shè)計過適應(yīng)俄羅斯鐵路的CW360(D)型轉(zhuǎn)向架（如下圖所示）。這個轉(zhuǎn)向架的特點(diǎn)是為了適應(yīng)俄羅斯的寬軌鐵路，轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、枕梁、二系懸掛等結(jié)構(gòu)都放大了。和變軌距無關(guān)的結(jié)構(gòu)，跟過去傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架是一致的。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因，這種轉(zhuǎn)向架沒有和俄羅斯簽上合同。

? ? ? ??長客、四方、唐山都在做可變軌距轉(zhuǎn)向架，速度等級從350km/h增加到400km/h。長客有研制CW360的經(jīng)驗(yàn)，所以研發(fā)基礎(chǔ)更好。長客的時速400km/h可變軌距轉(zhuǎn)向架的型號是CW370。在2016年到2020年間，長客提出了如下圖所示的指標(biāo)：

? ? ? ?讓轉(zhuǎn)向架在標(biāo)準(zhǔn)軌距和寬軌距間進(jìn)行變化，就是讓車輪在車軸上進(jìn)行橫向移動。長客的變軌距方案如下圖所示：

? ? ? ?構(gòu)架和二系基本沒有變化，變化在于輪對軸箱。如上圖，它增加了三項(xiàng)功能：承載（抬起）——在變軌距過程中，使垂向力盡量小，摩擦系數(shù)一定的情況下，橫向移動時的力減??；橫向對中（列車的前進(jìn)方向叫縱向；縱向的左右方向叫橫向；重力的方向叫垂向）；鎖緊——橫向?qū)χ械暮诵沫h(huán)節(jié)，將變化后的軌距鎖緊，不再使它發(fā)生變化。這三種裝置之間都會有小的間隙，如何保證既不影響車輛的動力學(xué)性能，又不影響運(yùn)行安全（軌距變化后能固定下來），這是有難度的。

? ? ? ?咱們具體看結(jié)構(gòu)原理：

? ? ? ? 固定軌距的時候，車軸和其他部件采取過盈配合。變軌距就要做間隙配合，間隙配合時的轉(zhuǎn)矩和扭矩如何處理，周老先生的設(shè)想是在下圖的黑色圓圈所示位置添加鼓形齒。

? ? ? ?間隙配合還會產(chǎn)生磨耗問題，周老先生的設(shè)想是在下圖的黑色方框所示位置增加滑動軸承?；瑒虞S承本身也有磨耗問題，就在軸承外加一個2mm厚的合金鋼材質(zhì)的套，讓外套來承擔(dān)磨耗。換套比換軸省很多錢，同時避免換軸可能引起的行車安全問題。

? ? ? CR400AF可變軌距試驗(yàn)車的頭型和CR400AF量產(chǎn)型的頭型一致，且試驗(yàn)車的轉(zhuǎn)向架外側(cè)和上圖介紹的CW370一致——輪對的外側(cè)有顯眼的變軌裝置。

四、下一代轉(zhuǎn)向架技術(shù)研究

? ? ? ?第三部分論述的動車組技術(shù)都是過去提出來的。過去我們對高速動車組提5個“更‘’：更先進(jìn)、更全面、更環(huán)保、更舒適，更節(jié)約?，F(xiàn)在改成了8個“更”（如下圖所示）：更高速、更安全、更智能、更環(huán)保、更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)、更舒適，更友好。

? ? ? ?于是鐵老大在去年提出了CR450型動車組科技創(chuàng)新工程，把CR450的指標(biāo)定得非常高，速度等級要達(dá)到400km/h，而且非常重視轉(zhuǎn)向架的研發(fā)。去年10月，鐵老大開了一個技術(shù)研討會。以前我們都是設(shè)計研發(fā)傳統(tǒng)的外支撐轉(zhuǎn)向架，這次研討會形成的紀(jì)要（如下圖所示）明確表明，我們要研制內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架。也就是說，CR450不但將安裝可變軌距的外支撐轉(zhuǎn)向架，也會安裝新研制的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架。

? ? ? ? 如圖45，紅色方框里的內(nèi)容是：

? ? ? ? 紀(jì)要如下：? ? ? ??

? ? ? ? 一、依據(jù)CR450動車組頂層技術(shù)指標(biāo)要求，需同步對轉(zhuǎn)向架及轉(zhuǎn)向架區(qū)域開展減重、減阻和降噪技術(shù)研究，為此唐山公司、四方股份、長客股份基于CR400動車組轉(zhuǎn)向架成熟技術(shù)提出了CR450動車組外置軸箱轉(zhuǎn)向架技術(shù)方案，同時研究提出了內(nèi)置軸箱轉(zhuǎn)向架技術(shù)方案。

? ? ? ?專家建議：

? ? ? ?1.針對CR450總體技術(shù)指標(biāo)，專家一致同意開展創(chuàng)新性工程化應(yīng)用，建議開展內(nèi)置軸箱轉(zhuǎn)向架專項(xiàng)研究，盡快開展外置和內(nèi)置軸箱轉(zhuǎn)向架技術(shù)方案設(shè)計、計算及試驗(yàn)驗(yàn)證等工作，獲取CR450創(chuàng)新工程相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。

? ? ? ?概括起來便是：隨著國外持續(xù)發(fā)展內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，這場技術(shù)研討會把研制國產(chǎn)內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架從建議變成決策。

? ? ? ?外支撐轉(zhuǎn)向架是把軸箱、軸承，構(gòu)架置于輪對的外側(cè)，內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架就把這些結(jié)構(gòu)移到內(nèi)側(cè)，如下圖所示：

? ? ? ?我們看看國外的公司現(xiàn)在的研發(fā)情況：

? ? ? ?西門子一開始提供給英國的是SF5000型外支撐轉(zhuǎn)向架，速度等級為160km/h。但是在和龐巴迪競爭時明顯處于劣勢，因?yàn)辇嫲偷献銎鹆藘?nèi)支撐轉(zhuǎn)向架FLEXX Eco，而且自重很低，磨耗很低，維護(hù)方便，所以西門子又對外推出了SF7000型內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架進(jìn)行競爭。

? ? ? ?根據(jù)西門子的介紹，SF7000相比前代SF5000，轉(zhuǎn)向架的整體質(zhì)量下降了37%，而且縮短了軸距，結(jié)構(gòu)更加緊湊。目前SF7000是西門子給英國提供的Desiro City系列通勤列車的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向架，目前（2022-10-25）至少有3000個SF7000在運(yùn)用。

? ? ? ?龐巴迪在1996年收購了ADtranz之后，集成了上世紀(jì)90年代英國、德國和日本研究內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的成果，然后又做了一些新的工作，研發(fā)內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)比較豐富。龐巴迪基于B-5000型和TR400型轉(zhuǎn)向架，開發(fā)了FLEXX Eco系列內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，目前這些內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的速度等級是160~250km/h，已經(jīng)累計生產(chǎn)了超過1萬個，其中FLEXX Eco 501x動力轉(zhuǎn)向架用于英國的Aventra城際列車的動力車，F(xiàn)LEXX Eco 5101無動力轉(zhuǎn)向架用于德國的ICE4型高速動車組的無動力車。

? ? ? ?下圖為FLEXX Eco的模擬圖（鏈接：https://www.globalrailwayreview.com/article/74693/flexx-eco-lightweight-bogie-design/）。FLEXX Eco的一系定位用的是拉桿式定位，一系懸掛用的是橡膠彈簧。FLEXX Eco 5101重5.5噸，軸距是2.3米，新輪直徑是825mm，磨耗輪直徑是750mm，一系定位用拉桿式定位，一系懸掛用金屬橡膠彈簧，其中拉桿的定位剛度較小，使輪對在曲線上能良好地徑向通過；一系垂向的懸掛剛度較硬，以此實(shí)現(xiàn)抗側(cè)滾。它的二系懸掛由空氣彈簧和橡膠彈簧串聯(lián)組成，空氣彈簧內(nèi)部集成了失氣時使用的緊急錐形彈簧。它的二系抗側(cè)滾扭桿的中間是弓形的，以適應(yīng)轉(zhuǎn)向架狹窄的空間，基礎(chǔ)制動采用電空制動單元，采用輪裝和軸裝制動盤。輪裝制動盤的制動夾鉗配有彈簧停放制動單元。磁軌制動在緊急制動時使用。（參考文獻(xiàn)：中國知網(wǎng)，長春軌道客車股份有限公司，軌道車輛軸箱內(nèi)置式轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展研究[J]，賈洪龍）

? ? ? ?阿爾斯通研發(fā)的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的速度等級不高。

? ? ? ?日立也生產(chǎn)了自己的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，速度等級為160km/h。

? ? ? ?周老先生對日立的轉(zhuǎn)向架沒有作其它介紹，但提到了TR400這個名字，筆者就嘗試作以下補(bǔ)充：? ??

? ? ? ?日本其實(shí)在上世紀(jì)90年代就和歐洲合作研發(fā)內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，當(dāng)時適逢JR東日本開發(fā)出了名為STAR21的高速試驗(yàn)動車組，該型列車跑到了425km/h的最高速度，而且它是E2系的原型車。1995年，在DB AG（德國鐵路股份有限公司）和JR東日本進(jìn)行高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)交流與合作期間，雙方提出同時研制新型轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架的指標(biāo)都是自重不超過5噸，而且速度等級達(dá)到350km/h。日方給ICE 2的拖車設(shè)計了型號為TR9005的外支撐轉(zhuǎn)向架，日本的住友公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)。德方則委托龐巴迪運(yùn)輸部給E2系（0番臺）設(shè)計了型號為TR400的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，德國的Talbot公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)。TR400是龐巴迪在與英國人合作研發(fā)的B-5000型轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上設(shè)計的。TR400的新輪直徑是780mm，磨耗輪直徑是730mm。一系定位是拉桿式定位，一系懸掛用合成橡膠彈簧，一系（抗）側(cè)滾用垂向油壓減振器。二系懸掛用空氣彈簧、半主動橫向減振器、附加有源液力橫向彈簧、抗側(cè)滾扭桿和抗蛇行減振器。TR400還可加裝直流勵磁制動裝置，并試驗(yàn)了磁軌制動。TR400經(jīng)過德日雙方共同進(jìn)行輕量化改進(jìn)后，裝在ICE S上，在2001年8月13日，在柏林 - 漢諾威高速城際鐵路上跑到了392km/h的速度。但是日本沒有把內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架從一項(xiàng)技術(shù)變成一種主導(dǎo)性的產(chǎn)品，所以后來的新干線列車，包括商業(yè)化運(yùn)營后的E2系列車，繼續(xù)使用外支撐轉(zhuǎn)向架。

? ? ? ?韓國在高速、變軌距和內(nèi)支撐技術(shù)上還是有所研究，周老先生在這里不再展開。

? ? ? ?在國外研制的高速轉(zhuǎn)向架里，我們將重點(diǎn)認(rèn)識西門子的SF900。下圖是SF900的無動力轉(zhuǎn)向架。SF900集成了SF500和SF7000的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，是目前長客非常欣賞的一型轉(zhuǎn)向架，因?yàn)樗鳛閮?nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，速度等級達(dá)到了360km/h，是目前國外生產(chǎn)的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架里速度等級唯一超過250km/h的，結(jié)構(gòu)型式非常不錯，而且是西門子全系開發(fā)的。

? ? ? ?西門子官網(wǎng)鏈接：https://www.mobility.siemens.com/global/en/portfolio/rail/rolling-stock/high-speed-and-intercity-trains/velaro.html

? ? ?? 我們從下面這幅圖里看，SF900為了跑高速，而且減重，它的一系懸掛用的是圓鋼彈簧，而且是偏置，就是它不在車軸的正上方，這主要是因?yàn)檐囕S上面的空間太小。這個鋼彈簧也是線性彈簧，但可能有振動傳遞頻率偏高的問題。而SF900的一系定位和SF7000一致，都用了轉(zhuǎn)臂式定位，SF900的轉(zhuǎn)臂旁邊還加了鋼制的（抗）側(cè)滾輪。這里面轉(zhuǎn)臂和圓鋼彈簧的組合是很輕巧的。SF900因?yàn)檩S箱是內(nèi)置，所以其構(gòu)架寬度小于SF500，可以在車體的側(cè)面用整流罩對其進(jìn)行遮蔽。SF900的底部也采用了全封閉設(shè)計。SF900的二系懸掛是每側(cè)一個空氣彈簧、一個垂向減振器、一個橫向減振器，兩個抗蛇行減振器。西門子的宣傳是：SF900比SF500減重25%，轉(zhuǎn)向架外部的全封閉設(shè)計能實(shí)現(xiàn)15%的節(jié)能和降噪；進(jìn)一步地，Velaro Novo比第六代Velaro減重15%，橫向?qū)挾雀痰氖茈姽土骶€型車頂使Velaro Novo能耗減少10%，Novo以320km/h運(yùn)行時，能耗比Velaro TR下降30%。西門子認(rèn)為，將轉(zhuǎn)向架完全封閉會不可避免地導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架部件的溫升——尤其是制動的時候，但是減小轉(zhuǎn)向架區(qū)域的氣流渦流是更有價值的工作。ICE 3的制動是輪盤制動（動力轉(zhuǎn)向架）、軸盤制動（無動力轉(zhuǎn)向架）、再生制動(recuperative brake)（動力轉(zhuǎn)向架）和渦流制動(eddy-current brake)（無動力轉(zhuǎn)向架）。對于SF900用的機(jī)械制動裝置，動力轉(zhuǎn)向架是用踏面制動（從上面一幅有關(guān)Velaro Novo的圖片里可見），無動力轉(zhuǎn)向架是用踏面制動和軸盤制動。目前（2022-10-24）來看，SF900的無磨耗制動則考慮再生制動和電阻制動，以未知的原因放棄直流勵磁制動（磁軌制動或渦流制動）。

? ? ? ?我們把視線轉(zhuǎn)回國內(nèi)。鐵老大在2020年還沒有針對內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架專門定課題，只是在輕量化的大課題里定了課題五，而且只叫技術(shù)研究。研究就只鉆研技術(shù)，現(xiàn)在說要研制，就是要出成品。

? ? ? ?鐵老大對這個轉(zhuǎn)向架提出如下圖所示的技術(shù)指標(biāo)。重點(diǎn)是這兩點(diǎn)：速度等級達(dá)到400km/h，軸重從17噸降到14.5噸。14.5噸的軸重是根據(jù)車輪直徑（920mm/850mm）和軸距（2.5米）等一些必須固定的指標(biāo)來確定的。

? ? ? ? 下圖是研制轉(zhuǎn)向架的計劃節(jié)點(diǎn)，周老先生沒有作任何解讀。各位可注意2022年和2023年的幾個計劃節(jié)點(diǎn)：“完成······主動控制技術(shù)方案”、“完成部件和樣機(jī)試制”，“完成線路型式試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)”。CR400的型式試驗(yàn)是在大西客專進(jìn)行的。

? ? ? ?中車的三個主機(jī)廠去年都拿出了自己的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的方案。

? ? ? ?唐山和四方都做了自己的一些工作。周老先生沒有細(xì)說。

? ? ? ?筆者在這里做以下補(bǔ)充：

? ? ? ?在去年9月27日的中國軌道交通工業(yè)峰會上，唐山公司展示了其新型都市快軌列車及其使用的“弓系”內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架?！肮怠钡臉?gòu)架縱梁的中部向下彎折較大的角度以降低轉(zhuǎn)向架重心和車體地板的高度，一系定位是拉桿式定位，一系懸掛用螺旋碳纖維彈簧，二系懸掛有空氣彈簧和一對抗蛇行減振器，采用永磁直驅(qū)技術(shù)和碳化硅牽引變流技術(shù)，速度等級達(dá)到200km/h。該型快軌列車將開行在規(guī)劃中的雄安至大興機(jī)場快線（R1線）。

? ? ? ??

? ? ? ?根據(jù)最近（是在周老先生作這個主題報告之后）網(wǎng)上流傳的一幅圖，四方的速度等級為350km/h的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架已經(jīng)做出了試驗(yàn)用的成品，裝在一列CR400AF-S型雙層動車組的試驗(yàn)編組上。成品的性能如何，我們可以拭目以待。

? ? ?? 長客廠的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架完全是按照鐵老大的指標(biāo)來設(shè)計的，型號定為CW500。

? ? ? ?即使內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架已經(jīng)是一種發(fā)展了數(shù)十年的構(gòu)件，就連軸箱內(nèi)置在汽車?yán)镆苍缫咽巧钊肴诵牡母拍?，速度等級達(dá)到400km/h的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的技術(shù)也還是前所未有的。因?yàn)樗俣冗@么高的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，它的受力情況太復(fù)雜。

? ? ? ?CW500的無動力轉(zhuǎn)向架在2021年12月24日（此次主題報告之后）以發(fā)明專利的形式在互聯(lián)網(wǎng)公開，并且已經(jīng)在做工程化設(shè)計了，預(yù)計2022年會出成品并首先用于CR400BF-J-0001進(jìn)行試驗(yàn)，大家可以查閱詳情。在下面的文段，我們會探討CW500。

? ? ? ?獲得專利的CW500的無動力轉(zhuǎn)向架沒有出現(xiàn)枕梁，和上面的PPT里的模擬圖有一些不同。筆者估計CW500的聯(lián)系枕梁在車體底架。

? ? ? ?這里筆者分享一些有關(guān)轉(zhuǎn)向架的一系定位的資料，為后續(xù)介紹西門子和中車的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架做一些鋪墊：

? ? ? ?動車組轉(zhuǎn)向架分類：https://www.renrendoc.com/paper/134198664.html

? ? ? ?鋪墊完畢。周老先生用圖表列舉了西門子、龐巴迪、中車三個主機(jī)廠的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的部分信息：

? ? ? ?按周老先生的話說，轉(zhuǎn)向架能不能達(dá)到它設(shè)想的速度等級，能不能跑高速，取決于它的結(jié)構(gòu)型式，其中很重要的是一系的結(jié)構(gòu)型式。

? ? ? 先看一系定位。JR西日本的500系，我國的CRH1、CRH2、CRH3C、CRH380系列和CR400AF/BF系列都用轉(zhuǎn)臂式定位，CRH5是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙拉桿式定位?，F(xiàn)在龐巴迪、四方和唐山的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架都在用拉桿式定位，而SF900和CW500還堅持用轉(zhuǎn)臂式定位。

? ? ? ?轉(zhuǎn)臂式定位本身具有零件少、組裝作業(yè)時間短、利于維護(hù)、性能穩(wěn)定、不需要組裝工裝且定位剛度不需要選配、容易實(shí)現(xiàn)不同的縱向和橫向定位剛度，從而有效地抑制轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)動，以滿足車輛橫向運(yùn)動的性能要求等多個特點(diǎn)。此外，日本和我國的輪軌幾何關(guān)系也因軌道和踏面的差異而不同，所以轉(zhuǎn)臂式、拉板式和疊層橡膠式三種定位方式，日本都在堅持。

? ? ? ?早在JR西日本牽頭開發(fā)500系期間，他們就先牽頭開發(fā)了被稱為“500系900番臺”的WIN 350試驗(yàn)動車組（英文含義是West Japan Railway's Innovation for the operation at 350km/h），為旅客列車的速度等級是否能達(dá)到350km/h作技術(shù)驗(yàn)證，并通過試驗(yàn)來確定500系（速度等級定為300km/h）的基本型式。WIN 350先后試驗(yàn)了分別由川崎重工、日立制作所及住友公司生產(chǎn)的WDT9101、WDT9102（圓柱疊層橡膠/導(dǎo)柱式）及WDT9103（單側(cè)雙拉板）三種軸箱定位形式各不相同的轉(zhuǎn)向架，在廣島 - 博多之間的山陽新干線進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明三種轉(zhuǎn)向架的動力學(xué)性能沒有明顯差別，為了便于維護(hù)，500系采用了與WDT9101相同的轉(zhuǎn)臂式定位。順便提一下：WIN 350在達(dá)到350km/h的速度時，其噪聲超標(biāo)（新干線的要求是距離軌道中心線25米，地面1.2米高處的最大聲級水平不超過75分貝）。500系列車采用全動車編組，但在東海道新干線的最高時速只能限制在270km/h，性價比不理想，所以只生產(chǎn)了9列。

? ? ? ?長客認(rèn)為，拉桿式定位不能說不行，它節(jié)省空間，只是轉(zhuǎn)臂式定位可能更適合跑到400km/h的速度。

? ? ? ?表中的轉(zhuǎn)向架用的一系懸掛都是彈性懸掛，其中只有CW500計劃用復(fù)合材料彈簧。

? ? ? 話說回來，法國V150試驗(yàn)列車的轉(zhuǎn)向架一系的組合也是轉(zhuǎn)臂和圓鋼彈簧。

? ? ? ?為了避免轉(zhuǎn)臂式定位可能有剛度偏大的問題（也為了避免橫向支承跨距減小而增大車體顛覆系數(shù)） ，SF900和CW500都加了一系（抗）側(cè)滾。SF900的一系（抗）側(cè)滾用鋼制扭桿。長客認(rèn)為，過去的一系的結(jié)構(gòu)的振動頻率很大，如果在400km/h的速度等級用扭桿，它的壽命是一個要解決的問題。

? ? ? ?對于中央牽引，無間隙更適合跑高速。而驅(qū)動裝置，內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架留給它的空間很小。SF900計劃用大齒輪空心，CW500計劃用小齒輪空心。

? ? ? 下圖將說明轉(zhuǎn)向架的一項(xiàng)重要指標(biāo)——軸重：

? ? ? ?CR400BF整車重量達(dá)到500噸，要降到CR450的450噸，應(yīng)該說長客廠的壓力是很大的。而軸重方面，日本人測數(shù)據(jù)比較細(xì)，測了三種軸重參數(shù)。這里面平均軸重是和整車重量相關(guān)的，最大軸重是和強(qiáng)度相關(guān)的。而Novo是7輛編組，平均軸重是15噸，假設(shè)它改成8輛編組，平均軸重就大約是13噸。ALFA-X和N700S的軸重都非常低，在JR心里，繼續(xù)用外支撐轉(zhuǎn)向架可能也足夠了。

? ? ? ?我們14.5噸的軸重已經(jīng)低于CRH2C二階段和CRH380A的15噸的軸重，將來的軸重沿軸箱內(nèi)置這個路線，通過轉(zhuǎn)向架和車體的輕量化設(shè)計，還可以往下降，至于怎么降，我們還可以繼續(xù)進(jìn)行研究。

? ? ? ?內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架好在哪里？

? ? ? ?主要好在它改進(jìn)了受力結(jié)構(gòu)。如下圖所示，它主要的變化在于車軸受到的彎矩。在外支撐轉(zhuǎn)向架里，車軸在通過曲線時受到的彎矩是車體所受的向心力和車體重力這兩個力的彎矩（bending moment，下圖縮寫為BM）的疊加，疊加的值隨車體通過曲線的速度的增加而增加。在內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架里，車軸在通過曲線時受到的彎矩則是車體所受的向心力和車體重力這兩個力的彎矩的向量和。因?yàn)檫@兩個力的彎矩在車軸通過曲線時一直是相互抵消的，所以車軸受到的彎矩在車體直線運(yùn)行時才有最大值，也就是車體重力的彎矩的最大值，車軸在通過曲線時的磨耗就大大減小了。

? ? ? ?此外，內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架支撐點(diǎn)在輪對內(nèi)側(cè)，一系定位、懸掛，軸承也在輪對內(nèi)側(cè)。通過減小一系懸掛的橫向跨距，減小構(gòu)架和車軸的橫向尺寸，轉(zhuǎn)向架的總重量就降下來了。另外，減小一系懸掛的橫向跨距，也是在降低輪對的搖頭角剛度和轉(zhuǎn)向架的扭曲剛度，便于通過小半徑曲線。所以內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架不僅有很強(qiáng)的曲線通過能力，也有很強(qiáng)的適應(yīng)線路扭曲的能力，適用于曲線半徑小、坡度和順坡率大的鐵路。

? ? ? 下圖中的文字的大致內(nèi)容是：

? ? ? ?（軸箱）外置，（軸箱）內(nèi)置

? ? ? ?走行部中，直線上垂直荷載下的彎矩，

? ? ? ?走行部中，彎曲（道）處的側(cè)向力的彎矩，

? ? ? ?走行部中，側(cè)向力和垂直荷載的彎矩。

? ? ? ? 以下是內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的優(yōu)缺點(diǎn)：

? ? ? ?內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的不足，大家常說的就是檢修軸承的問題。軸承在中低速下都相對耐用，那么高速下軸承如何能做到使用周期內(nèi)免維護(hù)，或者易于退卸，可以進(jìn)行研究。

? ? ? ?CW500的構(gòu)架是以傳統(tǒng)技術(shù)來設(shè)計的。我們可以把下圖所示的黃色部分（輕量化集成安裝座，用來安裝抗側(cè)滾扭桿、二系垂向減振器和抗蛇行減振器）用鋼或鋁來制造（實(shí)際申請專利時是用鋁合金）。同時這個構(gòu)架，其中部向外側(cè)突出的側(cè)梁的橫斷面由兩端到中部逐漸增大。內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架除了具有上圖中所列的不足，還有一點(diǎn)是其構(gòu)架抵抗菱形載荷的能力不足。這種變截面設(shè)計不僅能夠增強(qiáng)構(gòu)架整體抵抗菱形載荷的能力，還能有效增加兩個組合型側(cè)梁上空氣彈簧的間距值，將簧間質(zhì)量沿構(gòu)架的橫向外延，為原本緊湊的空氣彈簧、牽引中心等附屬設(shè)備拓展布置空間，并提高了兩個二系抗側(cè)滾扭桿座之間的扭矩阻尼值。（參考文獻(xiàn)：軸箱內(nèi)置式高速動車組非動力轉(zhuǎn)向架發(fā)明專利申請書，中車長春軌道客車股份有限公司）一系結(jié)構(gòu)不能占據(jù)超過構(gòu)架寬度的空間，以保證構(gòu)架的強(qiáng)度。

? ? ? ? ?CW500的轉(zhuǎn)臂在垂向和一系懸掛用的是彈簧固連，在縱向和橫向的定位節(jié)點(diǎn)則用橡膠。

? ? ? ?E2系、CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380系列和CR400AF/BF系列的一系懸掛用的都是螺旋圓鋼彈簧，CW500則創(chuàng)新地采用了由玻璃纖維和碳纖維組成的復(fù)合材料板彈簧，輕量化非常明顯。底下用橡膠堆來承擔(dān)縱向和橫向的載荷，縱向和橫向又有節(jié)點(diǎn)，板彈簧就只承擔(dān)垂向的載荷?，F(xiàn)在的一些家用汽車，甚至是一些大貨車都在用板彈簧，那么CR450用板彈簧合不合適，值得期待。CW500的一系（抗）側(cè)滾用垂向的油壓減振器。現(xiàn)在長客對它有一種新的設(shè)想（未見于CW500的專利說明書），就是把垂向減振器做成可互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，兩個減振器之間用一個小氣缸連接。在防止側(cè)滾的時候，由氣缸來提供側(cè)滾力。類似的這種結(jié)構(gòu)在汽車上較為常見，但從未應(yīng)用在高速動車組。

? ? ? ? 這是長客設(shè)計的CW500的板彈簧，是線性低剛度彈簧，但最終以實(shí)物為準(zhǔn)。

? ? ? ?下一個要解決的是驅(qū)動問題。下圖是長客的動車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計圖。CW500和SF900一樣，都安裝永磁同步電機(jī)。SF900加裝的是西門子的1DB2222型永磁同步電機(jī)，采用裝有IGBT的牽引設(shè)備，輔助變流器引入碳化硅器件。兩臺1DB2222型永磁同步電機(jī)已經(jīng)于2015年5月到2016年6月在俄羅斯的Velaro RUS進(jìn)行裝車運(yùn)用，跑了48.1萬千米。

? ? ? ?這里筆者想說，SF900的設(shè)計是非常激進(jìn)的——Velaro Novo跑到360km/h是用3動4拖編組（動拖比可變，這取決于甲方的要求），即裝有12臺永磁同步電機(jī)。列車以360km/h運(yùn)行時的額定功率是8000kW，列車以360km/h運(yùn)行時優(yōu)先采用再生制動，電能無法回饋接觸網(wǎng)再采用電阻制動，踏面制動只用于緊急制動，不采用直流勵磁制動……實(shí)現(xiàn)這些牽引目標(biāo)只是通過采用永磁同步電機(jī)！

? ? ? 筆者猜測CR450和Velaro Novo如果都不采用直流勵磁制動，只把它作為技術(shù)儲備，只可能是嫌直流勵磁制動機(jī)太重。

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? ? ? ?筆者在此對永磁同步電機(jī)作下列簡單論述：

? ? ? ?它得益于稀土材料的發(fā)展，在國內(nèi)的動車組上不算新鮮，比如CRH380AN-0206在試用中車株洲電機(jī)有限公司生產(chǎn)的TQ600型永磁同步電機(jī)，只是它的額定功率比AGV的小一點(diǎn)，是690kW。TQ600和YQ365相比，前者功率密度提升31.5%，重量下降35%，效率提高3%，能耗減少10%以上，且TQ600在試驗(yàn)溫度達(dá)到180℃時，永磁體不可逆損失不足5%，抗去磁能力強(qiáng)。2019年，株洲電機(jī)的晏才松團(tuán)隊(duì)設(shè)計出新的TQ800型永磁同步電機(jī)，其額定功率達(dá)到800kW，適用于CR450型動車組。

? ? ? ?傳統(tǒng)的交流同步電機(jī)在工作時，轉(zhuǎn)子需要給上勵磁直流電流來產(chǎn)生磁場。勵磁裝置體積大、價格高。永磁同步電機(jī)的定子和交流同步電機(jī)的相同，轉(zhuǎn)子上帶有永磁材料（目前常用釹鐵硼），它會產(chǎn)生固定的磁場。永磁同步電機(jī)工作時，定子通入交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的靜止磁場耦合，耦合的磁場產(chǎn)生與定子旋轉(zhuǎn)磁場旋向相同的電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩超過轉(zhuǎn)子的摩擦轉(zhuǎn)矩以及永磁體的阻尼轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)便開始向外做功，并不斷地加速直至同步。這個過程是以永磁代替勵磁，沒有勵磁損耗，定子銅耗相對較小，轉(zhuǎn)子沒有銅耗，比較節(jié)能，所以永磁同步電機(jī)的效率可以比同功率的異步電機(jī)高3%，前者的維護(hù)成本也明顯更低。永磁同步電機(jī)運(yùn)行時的聲音很小，而且在接觸網(wǎng)停電或蓄電池電壓不足的時候也可以進(jìn)行電阻制動。永磁同步電機(jī)功率密度大（AGV的永磁同步電機(jī)的功率密度大約是1kW/kg），空間和材料利用率高，在同等尺寸和質(zhì)量的條件下可以實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩牽引。最后，永磁同步電機(jī)的體積可以比同功率的異步電機(jī)小30%，適合安裝在結(jié)構(gòu)緊湊的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架上。

? ? ? ?2018年3月11日，筆者和Bilibili uid:?2283747交流過。當(dāng)時我們交流的內(nèi)容大致是：TGV-D的第三個子型號，也就是TGV-2N2型，改變了前兩代TGV-D使用同步電機(jī)的方案，改用異步電機(jī)。因?yàn)榇蠊β实腎GBT設(shè)備投入使用后，異步電機(jī)節(jié)能和結(jié)構(gòu)簡單，易于控制的優(yōu)點(diǎn)就比較明顯。

? ? ? ?但對于高速列車的內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架，筆者的第一反應(yīng)就是異步電機(jī)根本塞不進(jìn)去，目前只可能用永磁同步電機(jī)，將來如果用上永磁直驅(qū)，取消齒輪傳動結(jié)構(gòu)，整個驅(qū)動裝置的體積可以更小。不過永磁直驅(qū)對于高速動車組還是一項(xiàng)尚未成熟的技術(shù)，要解決的問題有很多。在接下來的文段里，我們會淺談這一技術(shù)。

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? ? ???對于由齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)組成的驅(qū)動裝置，長客用的是小齒輪空心，因?yàn)闃?gòu)架里的空間比較小。西門子則是用大齒輪空心，可能更好。長客和西門子的牽引電機(jī)都是架懸。這樣能增加簧間質(zhì)量，減小簧下質(zhì)量（簧間質(zhì)量增大后，如果牽引電機(jī)采用彈性架懸，可以改善蛇形運(yùn)動穩(wěn)定性）。這時牽引電機(jī)和齒輪箱的相對位移很小，那么聯(lián)軸節(jié)就可以做得更簡潔，這在后續(xù)可以進(jìn)行研究。

? ? ? ?西門子用的是剛性架懸，長客的還沒公開，但筆者估計是彈性架懸。因?yàn)镃RH3C、CRH380B和CR400BF都是彈性架懸，對相關(guān)的數(shù)據(jù)已經(jīng)研究得比較豐富，對彈性架懸比較熟悉，且過去的研究認(rèn)為：對于同一型號的高速動車組，彈性架懸的動力學(xué)性能優(yōu)于剛性架懸，前者對一系懸掛參數(shù)的敏感度更低。

? ? ? ?在制動方面，CW500的動力轉(zhuǎn)向架采用踏面制動、電阻制動和再生制動，無動力轉(zhuǎn)向架采用盤片制動和盤盤制動，將采用碳陶復(fù)合材料制成的制動盤。據(jù)鐵科院相關(guān)人士表示，CR450會采用渦流制動。

? ?? ??內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架的動力學(xué)分析和主動懸掛技術(shù)研究也會開展。對于這部分，周老先生沒有作具體講解。

? ? ? ?這是長客研究的CW500的二系懸掛結(jié)構(gòu)，雖然沿用傳統(tǒng)技術(shù)，但還是比較簡潔的。CW500目前的二系懸掛有兩個空氣彈簧、兩個垂向減振器、兩個橫向減振器、一個抗側(cè)滾扭桿機(jī)構(gòu)和一對抗蛇行減振器。

? ? ? ?周老先生的設(shè)想（未見于CW500的專利說明書）是在扭桿兩端加上二系垂向減振器，再通過應(yīng)用主動控制技術(shù)，可以使鋼制扭桿具有小幅傾擺的功能，且若未來具有抗側(cè)滾功能的一系減振器得以應(yīng)用，二系就不需要加鋼制扭桿，只需要兩個垂向減振器。

? ? ? ?長客對一系的定位節(jié)點(diǎn)也做了一些研究。周老先生認(rèn)為，高鐵的曲線半徑都很大，研究定位節(jié)點(diǎn)的性能對于小半徑曲線更有價值。

五、交通技術(shù)的未來發(fā)展

? ? ? ?周老先生在下面講的都是比較宏觀的事物了，但是都嚴(yán)重觸及筆者的知識盲區(qū)。

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? ? ? ?下面這幅圖列舉了我們有哪些優(yōu)勢。高鐵技術(shù)還要加上法國。

? ? ? ?大家重點(diǎn)看日本，日本幾乎在下面所列的每個領(lǐng)域，發(fā)展得都不錯，所以日本確實(shí)有它獨(dú)到的地方。

? ? ? ?現(xiàn)在國外和我們都在開發(fā)高速磁懸浮列車，國外甚至也在開發(fā)其它很不尋常的鐵路系統(tǒng)。應(yīng)該說坐上磁懸浮列車是很多人的夢想，筆者本人對國內(nèi)發(fā)展中低速和高速磁懸浮都是很有信心的。至少在運(yùn)營高速磁懸浮方面，日本還沒有經(jīng)驗(yàn)，我們有。

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? ? ? ?我們看歐洲的NGT，這個發(fā)展計劃長達(dá)三十年（2000~2030），在11年（2007~2018）的時間里出了三代產(chǎn)品，但還沒看到線路試驗(yàn)的信息。

? ? ? ?沈院士的想法是，速度等級為600km/h的輪軌技術(shù)需要研究，目的是探索輪軌的極限速度?，F(xiàn)在磁懸浮列車的速度已經(jīng)達(dá)到了600km/h，如果輪軌也達(dá)到600km/h，那么輪軌還是有優(yōu)勢的。

? ? ? ?對于磁軌之爭，筆者有自己的想法，但請恕不愿在本文細(xì)談。

? ? ? ?法國已經(jīng)達(dá)到了574.8km/h，但他們用的是（我們不擅長的）鉸接式轉(zhuǎn)向架。德國開始研究高速內(nèi)支撐轉(zhuǎn)向架技術(shù)。日本還在堅持傳統(tǒng)的高速外支撐轉(zhuǎn)向架技術(shù)。

? ? ? ?我們要繼續(xù)探索輪軌技術(shù)，提高它的速度等級，可以從哪些地方入手，我們將在【聯(lián)隊(duì)長說高鐵12】（【高速動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)（二）】）繼續(xù)圍繞周老先生的主題報告內(nèi)容進(jìn)行探討。

周殿買高工主題報告：@高速列車走行部技術(shù)微信公眾號 https://mp.weixin.qq.com/s?t=pAGes/video_detail_new&scene=23&vid=wxv_2160559428419321857&__biz=Mzg5MjExMzY4Nw==&mid=2247485343&idx=2&sn=ca6625dc2434b3d9aab2a79082701dd6&vidsn=#wechat_redirect