1.1 研究背景及意义

随着我国“高铁走出去”“一带一路”国家级顶层战略的提出，我国高速铁路飞速发展.与此同时，列车运营里程增长和速度增加，对列车的性能提出了更高的要求, 转向架是车辆的重要承载部件，转向架对于缓和轨道的冲击，保证列车运行的平稳性、安全性、直线稳定性、曲线通过能力、减轻环境污染等有着极为重要的作用，但也是限制高速动车组发展的关键部件，因此对转向架结构的研发设计是改善车辆运行品质，提高车辆性能的关键环节。因此本课题对转向架结构设计与分析对保障动车组车辆运行安全具有非常重要的意义。

1.2国内外现状

目前，欧洲国家设计研发的动车组构架为轻量化焊接构架，无摇枕;二系悬挂装置是由横向减振器、抗蛇行减振器、空气弹簧及抗侧滚扭杆等部件组成的;而其牵引机构则采用Z形拉或单拉杆牵引;轴箱定位装置采用橡胶弹簧定位或转臂定位，与日本新干线动车组转向架的结构非常相似，动力转向架普遍采用动力分散型模式^[1]。法国TGV高速动车组TGV-A,踏面形式采用1/40锥形踏面，车体悬挂采用无摇枕形式，轴列式为B0-B0, 轴箱定位方式采用转臂式，牵引电机采用体悬式悬挂。

2002年德国柏林工业大学研制了轻量化、低噪声的Leila快速货车转向架,该转向架于2004年完成了各项试验配装快运集装箱平车进行运用考验, 该转向架轴重16t时, 最高运行速度160km/h, 轴重22.5t时, 最高速度120km/h。Leila转向架轴距小、自重轻, 与标准Y25转向架相比, 自重降低近1.5t, 运行噪声可降低18-23dB^[2]。

2011年德国ELH公司研制成功的RC25NT型转向架是焊接三大件式自导向径向转向架。该转向架可应用于平车、棚车、敞车等多种货车车型。该转向架采用自导向的轮对连接装置, 可以有效地限制两侧梁之间的菱形变形, 提高转向架的抗菱刚度, 有利于提高转向架的运行稳定性。由于轮对连接装置可有效保持转向架的正位状态, 从而减少了车辆在曲线运行时轮对相对钢轨的冲角, 改善转向架的曲线通过性能, 显著减少轮轨磨耗, 降低轮轨噪声^[3]。由此可以看出，欧洲国家在高速转向架技术方面处于世界顶尖水平。

日本在客车车辆方面的研究起步较晚，但是发展迅速，是世界上第一个高速列车商业化运行的国家。在1992年，日本成功开发运营时速最高为270 km的高速列车转向架DT203型，其一系悬挂和二系悬挂分别采用了双圆簧加橡胶导柱定位结构和无摇枕、空气弹簧、液压减振器等结构，并应用了铝合金轴箱和空心轴等新技术，减轻了簧下质量。近年来，日本着重研发的时速300-350 km的第三代高速转向架，如今已经取得了不错的进展。日本川崎重工于2014年推出新一代转向架“efWING”。该转向架上首次采用CFRP即碳纤维增强复合材料制作的板簧．其对于转向架结构的根本性变革为转向架的发展提供了一种新思路^[4]。日本铁道综合技术研究所(RTRI)近年来研究了利用新型转向架结构，以提高抗爬轨脱轨安全性为目的，开发了抑制轮重减载转向架。该转向架采用了如兼作轴箱弹簧与侧梁的玻璃纤维增强工程塑料(FRP)制作的板弹簧、铝合金制横梁、独立车轮等诸多新技术^[5]。

1998 年起，中国各工厂相继推出了自己的高速转向架，例如浦镇厂的 PW-200 转向架，长客厂的 CW-200 转向架，四方厂的 SW-200 、 SW-220K 转向架等。此后，长客厂又开发了 CW-200KD 、 CW-300 等型号的无摇枕转向架。其中CW-200型转向架采用了H形钢板焊接结构，一系悬挂和二系悬挂分别采用了转臂式定位及减振器的结构和空气弹簧结构，其最高运行时速为200 km; SW-200型转向架是与日本合作，在SW-160型转向架基础上，优化了一系悬挂和中央悬挂系数，改进了制动方式基础上而开发出来的，有着无摇动台、无摇枕、单转臂无磨耗弹性轴箱定位等特点，其运行时速可达到220 km，CW-300及SW-300型结构基本相似，目标最高运行时速都为270 km^[6]。

近年来，为了满足我国高速动车组发展需求，我国通过以高速动车组技术换取中国市场的政策，引进国外先进技术，与其共同设计研发了高速动车组CRH系列，从最初的CRH1型是与加拿大共同开发的200公里级别高速动车组，其转向架采用了无摇枕空气弹簧结构，一系悬挂和二系悬挂分别为单组钢簧加单侧拉板定位及空气弹簧和橡胶堆，基础制动装置为直通式电控制动等技术^[7]，到现在的中国北车唐山轨道客车有限公司生产的CRH380B动车组，基于德国西门子ICE3技术研发而成，持续运营时速350公里，最高运行时速380公里，最高试验时速457公里。,其转向架采用双H型焊接构架及与转向架集成化的铸造铝合金过渡枕梁、空心车轴和铝合金齿轮箱结构，大幅度减小簧下重量，降低轮轨动作用力,不仅简化了转向架的结构，使转向架轻量化，而且大大提高了转向架的安全性能^[8]。

通过对国内外的列车车辆转向架分析研究,可以得出列车转向架向着轻量化、高速化、 重载化的趋势发展是世界各国转向架研究的必然趋势^[9]。目前研究的方向有通过改变转向架结构或材质, 提高转向架主要零部件的可靠性,并降低转向架自重；通过改进工艺或者应用新工艺, 来提高转向架的制造水平；通过探索新材料在转向架中的推广应用, 提高转向架的整体综合性能,减少维修工作量，在新型材料研究方面，也可以看出 3D打印、铝镁等轻合金、碳纤维增强树脂基复合材料 (CFRP) 等新型材料技术的发展, 必然会为综合检测、数据传输为手段的轻量化智能转向架奠定坚实的发展基础^[10]。