CRH3型動車組牽引電機安裝架的探究

孫琦等

【摘 要】CRH3型動車組是中國當下運行速度最快的動車車輛，其驅動裝置采用架懸式，有別于其他常見的軸懸式和體懸式。牽引電機是動力轉向架驅動裝置的重要組成之一，西門子公司對CRH3型車的電機安裝采用板彈簧結構懸于構架上，不僅能夠承載電機自重，而且減弱了運行過程中由牽引電機帶來的搖頭慣量。這一結構設計的巧妙性不言而喻。本文將通過SolidWorks軟件參照CRH3型動車轉向架建立等比例的三維模型，然后通過SIMPACK分析軟件建立其整車的動力學模型，得到其性能參數，為以后再創新建立數據依據。

【關鍵詞】板彈簧；側滾慣量；動力學分析

1.前言

1.1 CRH3型車概述

1.1.1 CRH3型車在我國的發展

CRH3型車以德國ICE3動車組轉向架SF500的結構形式為基礎，針對我國CRH3項目寬車體的要求，對其轉向架的各部件質量、重心以及懸掛參數進行了調整，使其運營速度（300km/h）和試驗速度（350km/h）在我國4種CRH系列車中均居首位。

1.1.2 CRH3型車轉向架的特點

CRH3型高速動車組采取“四動四拖”的編組形式，由8節車輛組成。其構架為H型箱型焊接結構，由兩根中間為凹形的側梁組成；一系懸掛為螺旋鋼彈簧加垂向液壓減震器組成；轉臂式定位方式；二系懸掛采用帶有應急橡膠堆的高度自動調節的空氣彈簧組成，且空氣彈簧輔助氣室由枕梁內腔承擔；在車體和轉向架之間裝有雙抗蛇形減震器、橫向減震器、抗側滾扭桿裝置和Z形雙拉桿牽引裝置；動力轉向架采用輪盤制動方式，非動力轉向架采用軸盤制動方式；動力轉向架采用撓性浮動齒式聯軸節式牽引電機彈性架懸式驅動裝置；軸箱采用自密封式雙列圓錐滾動軸承。

1.1.3 CRH3型車牽引電機安裝架的探究

通過在整車環境下對牽引電機安裝吊桿的動力學分析，得到吊桿的橫向剛度6KN/mm、垂向剛度30KN/mm。

1.2安裝架的探究思路

探究安裝架的靈感來自現有安裝架的優點。CRH3型車牽引電機安裝架的板彈簧結構巧妙的減少了其對整車側滾慣量的影響。構架和牽引電機質量相近，但前者的側滾慣量是后者的7倍還多。

1.3目的意義

1.3.1目的

高速列車是技術密集型行業，其發展水平能反映出一個國家的科技實力，深入探究高速列車結構特點能為日后再創新奠定數據基礎，仿真的優化結果若能成功的應用于實際動車組，也能使我國在鐵路事業越來越有發言權。

1.3.2意義

高速鐵路具有節約能源和減少環境污染的優勢，響應國家節能減排的號召，符合科學發展觀要求。

2.建模過程

2.1 SolidWorks簡介

本次探究過程的三維結構部分采用SolidWorks軟件。SolidWorks為達索系統（Dassault Systemes S.A）下的子公司，其SolidWorks軟件在全球通用程度很高，倍受青睞。

2.2轉向架的建模過程

2.2.1輪對

表1 輪對基本參數

2.2.2軸箱

軸箱的主要作用是連接構架和輪對，軸箱定位方式一般有轉臂式定位、拉板式定位、層疊式橡膠彈簧定位、導柱式定位，CRH3型車采用轉臂式定位。

2.2.3構架

CRH3型車構架采用“H”型構架，是高速列車車輛轉向架的“骨架”，也是轉向架中最重的結構。

2.2.4懸掛元件

CRH3型車二系采用空氣彈簧懸掛，空氣彈簧具有變參數的特點，能更好的維持車體平穩性，大大增加了車輛運行過程中的平穩性。

2.2.5驅動裝置

牽引電機是驅動裝置的主要組成部分，其懸掛方式影響著車輛的性能。一般的高速列車牽引裝置懸掛方式有架懸式、體懸式、軸懸式，CRH3型車采用架懸式，事實證明，架懸式有很大的性能優勢。

3.分析過程

3.1 SIMPACK簡介

SIMPACK軟件是德國INTEC Gmbh公司（于2009年正式更名為SIMPACK AG）開發的針對機械/機電系統運動學/動力學仿真分析的多體動力學分析軟件包。它以多體系統計算動力學（Computational Dynamics of Multibody Systems）為基礎，包含多個專業模塊和專業領域的虛擬樣機開發系統軟件。SIMPACK軟件的主要應用領域包括：汽車工業、鐵路、航空/航天、國防工業、船舶、通用機械、發動機、生物運動與仿生等。本次探究主要用到該軟件的rail模塊。

3.2動力學模型

3.3線性臨界速度分析

在SIMPACK軟件中，對整車設置不同的運行速度，得到整車系統的根軌跡曲線，該曲線是轉向架穩定性評判最主要的（下轉第247頁）（上接第242頁）方法。

3.4非臨界速度分析

非線性臨界速度分析較線性臨界速度分析，增加了橫向位移。依舊讓車輛在平直軌道上以各種速度運行，得到蛇形失穩前的最大速度。

3.5車輛在直線上的動力學性能

車輛在直線上的動力學分析，一般主要考慮輪軌橫向作用力、輪軸橫向作用力和輪重減載率。

3.6車輛在曲線上的動力學性能

車輛在曲線軌道上的運行要考慮到離心力。一般來說，曲線通過處會設置超高，利用力學知識將自重的水平分力來平衡離心力。

4.總結

隨著世界各地高速跌路的蓬勃發展，對其車輛的動力學分析是必要的。通過對其動力學分析來實現運行的安全性、穩定性、快速性也是很有幫助的。 [科]

【參考文獻】

[1]王伯銘.高速動車組總體及轉向架（第二版）[M].成都：西南交通大學出版社，2014.

[2]孫勇捷.高速動車彈性架懸式驅動裝置動力學性能研究[D].成都：西南交通大學，2008.