ZEFIRO 380的柔性转向架——中国的新型高速列车

在1950年代和1960年代，开始了提高铁路服务速度的具体方案。特别是在欧洲和日本，这些努力大大增加了长途旅行者选择铁路而不是航空或公路运输的吸引力，因为旅行时间缩短了。

中国城市之间的距离很大，而且经济飞速发展，因此对长途交通的需求越来越大。因此，投资高铁在中国具有政治优先权。在未来三年内，中国将运营1.3万公里高铁，成为世界上最大的高铁网络。

从一开始，庞巴迪就是中国高铁发展的强大合作伙伴。庞巴迪在高速转向架方面拥有世界上最强的记录，其高速历史可以追溯到20世纪早期。德国高速列车的发展是全球高速铁路技术的重要一步。1965年，庞巴迪转向架的普通客运列车以200公里/小时的速度在欧洲首次运行。德国的高速列车于1991年开始全里程运行，时速280公里;火车的转向架也是由庞巴迪公司开发和制造的。

自上世纪80年代以来，庞巴迪已经在欧洲、北美和中国交付了超过10,000辆高速转向架，其中大约3500辆转向架的速度超过250公里/小时。庞巴迪在最近几乎所有主要欧洲高速列车的设计和交付以及其他重要的国际高速项目中都扮演了关键角色。庞巴迪高速转向架的广泛应用反映了这一事实。

图1电动转向架俯视图(气动研究)

庞巴迪与其合资企业合作，为中国市场生产并投入使用了80列CRH1型高速列车的1300多架转向架。基于这一经验，中国铁道部决定订购80列新的ZEFIRO 380列车，配备2240辆转向架。

新的FLEXX速度转向架为ZEFIRO 380

如前所述，庞巴迪的产品组合中有许多用于高速和非常高速的转向架类型。ZEFIRO 380的方法是对现有转向架进行分析，并尽可能地采用经过验证的设计方案。另一方面，很明显，我们进入了一个现有经验有限的领域。380公里/小时的运行速度在世界上还没有真正确立。因此，从一开始就开始了一个由内部和外部专家组成的专门的设计审查过程。

设计方法的另一个方面是遵循平台理念。

主要技术数据:

• Vmax = 380km/h(测试速度420km/h)
• 轴距= 2.7米
• 车轮直径新/磨损= 920毫米/850毫米
• 最大轴载= 18吨
• 牵引电机公称功率= 612kw

图2车辆前视图;转向架很好地集成在车辆形状

挑战

显然，所要求的最高运行速度是主要的挑战。每个组件需要分别设计和验证380km/h，测试速度为420km/h。但是，正如熟悉转向架设计的人所知道的那样，仅在组件层面上进行优化是不够的。整个转向架概念及其与车辆的整合需要优化。换句话说，找到所有性能需求的最佳折中方案是关键。这里有一些具体的例子。

转速越高，部件的加速度/振动水平越高。部件重量越高(特别是非悬浮部件)，加速度越高。因此，将悬空质量保持在较低的水平有利于保持在动力轮力允许的范围内。另一方面，最高时速“产生”了非常高的年行驶里程，约为100万公里。这伴随着大量的构件负载循环，这需要在定义允许的应力水平时加以考虑。

另一个领域是空气动力学。知道空气动力阻力与速度的平方增长,空气动力阻力——很高速列车在高速的情况下,最大的部分整个铁路车辆的运动阻力,它变得明显,特别注意在转向架设计甚至需要在这个领域。转向架的底部和侧面特别相关。因此，为了避免明显的压力差，决定在底部创建一个扁平的、几乎封闭的转向架框架结构。记住维护需求在这里是一个挑战。

如前所述，我们优化了转向架的侧面也是出于空气动力学的原因。从本质上说，这意味着偏航阻尼器的数量减少到两个，其余部分尽可能地移向转向架中心。研究了热载荷以及气动声学方面的问题。

转向架结构和技术特点

图3和图4显示了整个转向架架构。

图3机动转向架

图4拖车转向架

两种转向架都有h形框架。与车身的接口是通过横梁实现的，这确保了一个简单和快速的连接/断开过程。而电动转向架使用车轮安装制动盘，拖车转向架配备轴安装制动盘。在两种转向架类型上，相当多的部件是相同的，如横梁、侧架、轴导向、轴轴承、阻尼器和牵引机构。

电机的安装是以确保电机质量运动与其他初级簧载元件运动所需的解耦的方式实现的。积极的效果是减少了绕垂直轴的转动惯量，这有利于转向架在最高速度下稳定运行。

轴导向是通过作为轴承座一部分的摆臂来实现的。轴轴承座的设计是有意识的非分裂，以提供一个坚硬的周围结构的轴承，确保一个适当的负载区域的滚子。

图5电机安装

牵引杆传递转向架和车身之间的纵向力。该杆通过转向架框架与横梁下部之间的适配器安装。

转向架上还装有监测装置，因此在每个转向架上都装有不稳定监测系统。由于冗余，在每个转向架的侧架端部安装了两个箱体。该检测算法基于TSI标准，将横向加速度8m/s2在3hz和9hz之间连续10个周期以上视为转向架失稳。

图6轴导向

验证过程

产品验证是至关重要的，特别是对于FLEXX Speed 380转向架，因为——如前所述——我们在现有运营经验之外的领域进行了应用。预计将有一个4级方案。

组件级别

每个新开发/修改的组件都将进行单独测试，以确保性能和耐久性得到保证。

图7牵引联动

转向架的水平

为了揭示可能存在的振动现象，转向架将在滚轮钻机上进行测试(在我们位于Siegen的工厂可用)。

汽车级别

一辆带有两个转向架的汽车(一辆拖车和一辆电动转向架)将在成都大学被安装在滚轮上。目的是确定车辆在规定的轨道条件下的动态行为，最高速度为420公里/小时。失效模式，如偏航阻尼器的故障，也将被分析。试验的目的是验证车辆的动态性能，特别是车身和转向架的相互作用。

图8 IMS框

训练水平

当然，所有标准中定义的测试，如运行动力学的EN 14363或转向架结构的EN 13749，也将执行。

前景

为中国新设计的FLEXX速度380转向架被视为发射应用。在设计阶段也要考虑到潜在的未来机会，例如在欧洲。因此，我们考虑了主动横向悬架(ALS)或基于状态维护(CBM)等特性，这些特性可能会被纳入FLEXX速度平台的未来转向架中。

关于作者

海科Mannsbarth

Heiko Mannsbarth是主干线和地铁转向架的总工程师和产品经理。他拥有机械工程(铁路技术)学位和emba学位。自1993年以来，他一直在庞巴迪工作。在他接手目前的工作之前，他曾担任项目工程师，并在亚琛担任转向架设计部主管，直到2003年。

Dipl.-Ing。尤尔根·雅克布

Dipl.-Ing。Jürgen Jakob是庞巴迪运输公司转向架事业部的营销和销售总监。他毕业于德国亚琛莱茵兰-威斯特伐利亚技术大学机械工程专业，并于1985年开始了他的工业生涯，担任铁路车辆公司Talbot(即今天的庞巴迪运输公司)的货车和货车转向架工程师。从1988年起，他负责客运客车转向架的开发和工程，从1995年起，他担任管理职位，如转向架产品线总监和斯堪的纳维亚火车技术销售关键客户。