本文（【联队长说高铁11】）和【联队长说高铁12】主要是笔者本人对去年年底中车长春轨道客车股份有限公司教授级高工周殿买在中车（CRRC）轨道交通走行部技术云论坛第7期做的以《高速动车组转向架技术》为题的报告的内容，用笔者的话进行复述，并穿插笔者对目前的高速动车组的科学技术的认识和看法。希望各位看官都能在评论区留下自己的认识和看法，笔者愿与您一起学习和探讨。     

       感谢Bilibili uid: 96937721、173877041、297688795、21032308、93686590（CIT380A、銀河旅客鉄道、電子雲製櫻・令狐アルルゥ 、BlueWhale1997、符号说）等对笔者的帮助！

       本期重点词：国际高铁技术发展、ALFA-X、铰接式转向架、中国高铁技术发展、变轨距、轴箱内置、CR400AF-S、CR450

       更新时间：2023年12月6日

       采用转向架的列车于19世纪初由美国开发。转向架是列车的关键部件，用来传递各种载荷，并利用轮轨间的黏着保证牵引力的产生，主要起承载、传力、缓冲、导向等作用。其结构性能是进一步提高列车运行速度的决定性因素。转向架主要由轮对、轴箱、构架、一系悬挂装置、二系悬挂装置、驱动装置和基础制动装置组成。传统轮对由一根轮轴和两个车轮压装成一体，车轮和轮轴在列车转弯时一起回转，两个车轮旋转的速度相同。轴箱安装在车轴两端轴颈上，其作用是将轮对和构架联系起来，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动，传递各方向的作用力。一系悬挂装置安装在轴箱和构架之间，其作用是缓和垂向冲击，约束轴箱和构架之间的横向、纵向运动和传递横向、纵向力，通常包括弹簧装置、轴箱定位装置和垂向减振器。构架是转向架的骨架，用以连接转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置。二系悬挂装置是车体与转向架的连接装置，通常包括弹簧装置、抗侧滚装置、抗蛇形减振器、横向减振器和牵引装置等。驱动装置的作用是将传动装置输出的功率传给动轮对，通常包括牵引电机、电机悬挂装置及减速齿轮箱。高速列车制动系统的能力主要由紧急制动距离决定。

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       周高工的主题报告主要分为以下五个部分：

一、总体情况介绍

       产品的全生命周期如下图，现在我们要求使用寿命达到30年。

二、国际高铁技术发展

       日本和欧盟国家现在都推出了自己的设计时速360km/h的动车组，主要是因为他们对中国大陆的动车组达速350km/h感到压力。首先说日本：

       日本目前值得我们注意的新干线列车是N700S系和ALFA-X。N700S系由日立制作所和日本车辆制造股份有限公司生产，S代表“Supreme”。其转向架采用H型构架，一系定位是和300系同类型的圆筒橡胶和螺旋圆钢弹簧并用的导柱式定位，轴箱体用铝合金制成，螺旋圆钢弹簧作为一系悬挂。N700S的二系横向减振器加了油压式主动控制系统。N700S一个很大的特点是它的轴重只有大约11吨。ALFA-X作为下一代动车组的试验车，目标速度等级是360km/h。

        2019年《东日本旅客铁道公司Alfa-X型动车组》称，一列FASTECH 360（ALFA-X的前代试验车）跑到过398km/h。ALFA-X是全动车编组，定员670人。2020年10月27日至28日间，ALFA-X的试验速度达到了382km/h。ALFA-X装配输出功率达到380kW的三相鼠笼式异步牵引电机，列车起动加速度达到0.475m/s²。

        ALFA-X的转向架新轮直径是860mm，轴距为2.5m，转向架中心距为17500mm。1~4、9，10号车厢转向架的一系定位用单侧双拉板式定位，5、6号车厢用单拉杆式定位，7、8号车厢用导柱式定位。转向架的二系悬挂有空气弹簧、横向减振器、横向吸能止挡（可断裂保险螺栓限位器）和抗蛇行减振器。空气弹簧带有主动控制系统（类似N700系），可以通过升降，使列车过弯时主动倾摆最多达2°（E5系在曲线半径为4000米时倾摆1.5°）。ALFA-X采用东日本公司基于E5系、E6系的二级荷载式横向减振器研制的电液伺服式横向减振器，且所有横向减振器都加了半主动控制系统，阻尼可变。当地震引起列车大幅度的横向摆动时，横向减振器会产生大于正常行车时的阻尼力，同时如果吸能止挡承受的横向载荷过大，它的限位器座会被压坏，通过扩大中心销和限位器的间隔，缓和车体和转向架之间的冲击。

        ALFA-X采用再生制动、电气指令式空气制动和基于德国技术的线性涡流式直流励磁制动。空气制动以无油涡旋式和油冷螺杆式空压机供风。空气制动采用轮装制动盘、轴装制动盘和气动式制动夹钳。遇到地震时，直流励磁制动机会用于紧急制动。此外，AFLA-X还在试验一种风阻制动装置，它装在第2至第9节车厢的上部，会增加车体重量，只适用于速度达到360km/h进行紧急制动，但可以把制动初速度为360km/h的紧急制动距离（相比纯空气制动）减少300m。假如遇到地震，黄色、方形的阻力板会以液压的方式升高，以产生空气阻力。每个车顶交错布置14组阻力板，每组阻力板长约102cm，宽约56cm，长边沿列车横向，短边沿列车纵向，包含两块面积相等的黄色矩形阻力板，即全车共有224块阻力板。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，且收纳在车顶上部空间，不会挤占客室空间，而FASTECH 360的阻力板收纳时会压缩客室空间。

       四方研制的CIT500（CRH380AM）型高速动车组也设计有风阻制动装置。在设计中，风翼板的周围装有流线型导流罩，风翼板在制动时通过液压驱动，逆风向升起。风翼板采用适应CIT500的车顶外形的弧面，使它收纳时，车顶尽量平滑。CIT500的阻力板只适合在极高速度下的紧急制动中升起，故其风翼板几乎从未被使用（CIT500的风翼板）。

       ALFA-X和N700S的转向架属于传统的技术，和下面谈到的创新的转向架不同。

        如图14和15，欧盟搞了一个“地平线2020计划”，参与设计、制造和使用高速列车的公司都在里面，注意左边的“SHIFT2 RAIL”系列公司里，日立（Hitachi）名列其中。

       法国是在日本之后，德国之前发展高速轮轨列车，一直由阿尔斯通来做，坚持走传统的双轴铰接式转向架。

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       笔者对铰接式转向架作以下补充论述：

       铰接式转向架的优点有：列车脱线时能尽量使车厢保持为一条直线，避免车厢严重倾覆和扭曲；减少编组中转向架的个数，减少轨道不平顺造成的轮轨冲击；相邻车体通过缓冲装置连接，减少横向位移，有利于提高曲线通过性能；将转向架运行的噪音控制在远离多数乘客的车厢连接处；采用传统轮对时，如果车体长12~14米，转向架长3.5米，车体就能做到大约70%低地板；采用独立旋转车轮时，车体能做到100%低地板，更加便于设置车门（参考文献：《铰接式转向架在城轨车辆中的应用及其性能研究》，沈继强，2008）。国外铁道车辆中，使用铰接式转向架的例子有很多。

      法国的第一代到第三代TGV动力集中式高速动车组均以Y230作为独立的动力转向架，而分别以Y231、Y237、Y237-A作为无动力铰接式转向架。AGV的铰接式动力转向架则将动力装置和铰接装置结合了起来。Y231的二系悬挂没有抗侧滚扭杆，Y237的二系悬挂有一个抗侧滚扭杆，Y237-A则有两个。为了保证蛇行运动稳定性，从TGV到AGV型动力分散动车组，铰接式转向架的轴距都是3000mm。

       阿尔斯通也跟西班牙和韩国的合资厂进行合作。凭借V150试验列车574.8km/h的最高速度纪录，法国目前仍然是轮轨最高试验速度记录的保持者。两个AGV的动力转向架随着V150参与了冲高测试，当时这两个动力转向架所装的牵引电机是新的730kg重的永磁同步牵引电机，额定功率是720kW，牵引电机的悬挂方式是架悬。

       AGV采用铝材车体外壳，少数铰接结构用了碳合成材料，司机室和车内通道为钢制，头车具有防撞设计。它的7辆编组样车“Pégase”的两节端部车（头车）的动力转向架可以加装阿尔斯通的涡流制动机，但阿尔斯通认为涡流制动机重量大、价格高，增加了转向架结构的复杂性，故只把两台涡流制动机安装在更早的原型车AGV-Elisa的两节端部车的动力转向架上。AGV的永磁电机的额定功率在2008年达到760kW，电机采用带有内置风扇的自通风系统，而不使用强迫冷却系统，在转向架上是架悬，运用IGBT（绝缘栅双极晶体管）牵引变流技术。在11辆编组、6个动力转向架，动拖比为1:1的时候，整车功率达到9120kW。AGV的二系悬挂带有包含作动器的主动横向悬挂系统。AGV采用电阻—再生混合制动。在常用制动中，AGV的每个无动力转向架的车轴上的3个制动盘只在制动的最后阶段才使用。

       周老先生没有讲解TGV-M，笔者简单说：TGV-M的最高运营速度定为320km/h，其制动系统由德国克诺尔公司提供，制动指令通过车辆总线以电量形式传输，非初期的TGV-D的通过列车制动管空气压强的增压量来传输，缩短列车制动响应时间。TGV-M的无动力转向架每轴装3个制动盘（TGV-D每轴是4个制动盘），并采用踏面制动。

       铰接式转向架的不足有：增加调整车厢编组的时间（因为没有车钩）、缩减车厢长度、限制车厢宽度，超员能力不足等。比如AGV的车厢长度只有18米，宽度是2900mm。从SNCF和DB两家公司协调后把ICE 3的最大宽度定为2950mm来看，AGV的宽度不算小。但是第一代CRH系列动车组中，车体宽度偏低的CRH5A，其宽度也有3200mm，我们如果直接引进AGV，把它做宽是有难度的。铰接式转向架使编组中转向架个数减少，轴重就容易增大，轮轨冲击会加剧。对于TGV的用电机体悬结构来控制轴重的策略，我们也认为电机体悬结构会增加电机传动装置的复杂性而没有将其往前发展。

       我们不是一开始就对高速铰接式转向架毫无兴趣，而是曾在2000年前后研究并仿制过法国TGV-D双层高速动车组的Y237-A型转向架。Y237-A是由阿尔斯通和SNCF的技术部联合一些设备厂家研制出来的。它采用空心车轴，一系转臂式定位加圆钢弹簧，二系悬挂用SR10型高柔性空气弹簧（附有高度调整阀和差压阀）、铝制空气弹簧辅助气室、四个垂向减振器、一个横向减振器、双抗侧滚扭杆、每侧单抗蛇行减振器，采取Z字形双拉杆牵引装置和典型的两点空气弹簧支撑车体的结构。Y231的二系悬挂一开始用高柔圆钢弹簧，高柔圆钢弹簧的悬挂支点高，有较大的抗侧滚刚度。后来发现：这种弹簧横向和垂向的自振频率和车体的弯曲振动频率接近，容易激起车体振动，SR10型空气弹簧能稍微降低车体的横向和垂向的振动频率。

       另外，Y231采用球轴承来铰接车体，铰接部位刚度较大，会影响乘车舒适性。那么Y237和Y237-A就用了锥形橡胶—金属弹性铰接（缓冲橡胶型球心盘式铰接）结构。这种铰接结构的柔性更大，结构更简洁，成本更低。每辆无动力车的前后两端分别是支撑端和铰接端，在支撑端的端墙的两侧下方各设置一个二系空气弹簧的承台，并在端墙下方中间设置一个下球心盘座；铰接端的端墙上没有二系空气弹簧的承台，而是在端墙下方中间设置一个上球心盘座。上下两个球心盘通过销轴进行铰接，使球心盘可以自动对中。转向架的牵引装置的销座和销轴通过销轴底部的螺栓和压板固连。两个球心盘之间设有锥形橡胶堆。橡胶堆提供弹性定位，提供纵向、横向和垂向的刚度和阻尼，防止两个球心盘发生振动耦合，并允许球心盘在车辆通过曲线时通过锥形橡胶堆的变形来进行相对转动。铰接端车体的部分垂向载荷通过球心盘传递给支撑端车体，两个相邻车体的垂向载荷再通过空气弹簧的承台传递给空气弹簧，再从空气弹簧传递到转向架。

       1995年，我们研究和仿制Y237-A的工作开始了。西南交通大学、北方交通大学、上海铁道大学、四方机车车辆厂、四方车辆研究所、戚墅堰机车车辆工艺研究所、铁道科学研究院等7家单位共同承担试验型铰接式高速客车转向架及车体连接结构的研究工作，车体连接结构仿效单层客室的“欧洲之星”E300型动车组。试验型转向架的设计工作分为两步：前期以上海铁道大学为主，进行技术方案设计，后期的转向架和车体连接结构的施工设计主要由四方厂开展，最后主要由四方厂负责样机试制。施工设计在1996年底完成。

       我们试制的铰接式转向架的轴距是3000mm，新轮直径是915mm，磨耗轮直径是860mm，自重约为7.4吨。试验型转向架的关键零部件，包括空气弹簧、轴承、弹性定位节点、减振器，要根据Y237-A的参数从国外进口。圆锥滚子轴箱轴承从SKF公司进口，一系的弹性节点和空气弹簧由生产SR10的公司提供。构架、定位转臂、空心车轴和车轮、抗侧滚扭杆、轴装制动盘等由我们自行试制。构架由四方厂试制，车轴和车轮由四方所试制，制动盘由铁科院试制。国产的构架采用两种焊接方式——铸造定位臂座与侧梁下盖板对接组焊方式（即TGV构架的组焊方式）和铸造定位臂座与侧梁下盖板搭接组焊方式。一个在两个侧梁上分别尝试这两种焊接方式制成的构架通过了四方所的疲劳测试，而且这个构架的重量和Y237-A的接近。但是试制的铝合金转臂的强度不行，要改成钢质的（500系新干线列车的转臂是铝质的），因为高速列车转向架的一系定位刚度一般都比较大（地铁列车和货运列车的转向架正好相反），所以定位结构的强度是有要求的，那么用钢质转臂后，簧下质量就要增加。2000年到2001年间，试制的转向架的样机试验和车体连接结构的动力学试验在四方所的台架上进行。转向架的滚动台架速度达到393.7km/h，这是一个很不错的结果，帮助我们做了技术储备。试制的转向架和研究的车体连接技术在2002年通过了铁道部的验收。不过当时的结论是我们的工艺水平及检测产品的手段还不能满足高速铰接式转向架的实用化。

       其中，球心盘和销轴的制造工艺要求太高，这就引起了国内一些技术派专家对铰接式转向架的强烈排斥。目前，我国对高速铰接式转向架还是处于研究和试验阶段。笔者认为，认定自己生产和检修高速铰接式转向架的能力不足，是我们尚未将高速铰接式转向架实用化的更重要的原因。

       2013年，中车四方（当时是南车四方）从斯柯达引进了15T型低地板有轨电车的技术，这种有轨电车用的就是铰接式转向架。国内生产的铰接式转向架主要用在轻轨车辆，比如中车株洲机车生产的ZLA080型有摇枕铰接式转向架，它用的是转盘式铰接。铁路车辆中运用铰接式转向架的有中车株洲机车生产的，出口到欧盟的“天狼星”号。应该说，中车能打进欧盟市场，是很难得的。

       东日本铁道公司在牵头开发STAR21型高速试验动车组时，在编组中同时试验了独立式无摇枕转向架和铰接式无摇枕转向架。试验列车为9辆编组，编组中有3个铰接式转向架，分别是DT9036A、DT9036B和DT9036C。DT9036A为叠层圆锥橡胶式定位，两个空气弹簧的支撑面距离轨面高1400mm；DT9036B为单侧双拉板式定位，双空气弹簧支撑面距离轨面高1900mm；DT9036C为转臂式定位，设4个非高位空气弹簧来支撑相邻车体。全列车的转向架的新轮直径均为800mm，轴距均为2500mm。当列车的试验速度达到425km/h时，铰接式转向架和独立式转向架的横向力没有明显的差异。最终，东日本铁道公司认为铰接式转向架影响车厢的定员数，于是放弃了铰接技术。 

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      西班牙在生产转向架方面主要由两个公司负责：CAF和Talgo。它俩生产的转向架各有特点，尤其是Talgo，它可以生产独立轮对、也掌握高速倾摆和变轨距技术（西班牙铁路的轨距不统一，和邻国搞铁路互通也要变轨距），也有引进德法两国的技术。

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       笔者对AVE S102作以下补充论述：

       AVE S102（Talgo 350）的无动力转向架是Talgo的独立轮对铰接式转向架。这种转向架只有一个车轴，一系定位是转臂式定位，一系悬挂用螺旋圆钢弹簧，二系悬挂只用高位空气弹簧，空气弹簧就处在轮对的正上方。凭借构架上的高筒形支撑体，空气弹簧被支撑在端墙之间距离轨面很高的位置。那么独立轮对是怎么回事？

       车轮为了可以转弯，采用的是锥形踏面。基于此，传统轮对的直线复位性能是基于纵向蠕滑力。纵向蠕滑力使轮对在轨道上运行时，（从列车的垂直方向看）轮对会产生横移和摇头角，轮对在轨道上的横移量在轨道中心线附近往复运动，摇头角相应地发生周期性变化（正值→0°→负值→0°→正值），当摇头角和横移量平衡，轮对就处于直线复位状态。一方面，充足的纵向蠕滑力是传统轮对转弯后在直线上快速复位的保障，另一方面，轮对的横移和摇头日积月累会造成轮轨磨耗（轨道不平顺会使磨耗加剧），而且随着轮对运行速度增大，横移量和摇头角随之增大，这种增幅是有上限的，所以轮对或转向架存在临界速度，超过临界速度之后，转向架的蛇行运动会导致列车严重失稳甚至倾覆。CR400“复兴号”高速列车的转向架的临界速度达到600km/h，这是在西南交通大学的试验台上跑出来的结果。传统轮对除了存在蛇行运动风险，还存在转弯时两个车轮在内外轨上行走的距离不相等的情况，仅靠车轮不同半径的滚动圆不能完全弥补不相等的行走距离，故在轮轨间将产生较大的滑动，从而增大轮轨之间的磨耗和噪声。

       独立轮对是指将轮对解耦，两个车轮可以相互各自独立地绕车轴旋转的轮对。独立轮对的纵向蠕滑力在数学表达上不为0，但是小得可以看作为0，可以认为不存在纵向蠕滑力所导致的蛇行问题，也因为缺少纵向蠕滑力的导向作用而严重影响直线复位性能和曲线通过性能。Talgo就在轮对上加装Z字形导向装置/径向机构。径向机构的结构是：轮对前后设两根导向杆，每根导向杆的一侧连着车体上的支座，另一侧都连着一个与定位转臂相连的很短的转轴。导向杆和一系悬挂结构的连线成“Z”字形。径向机构不能直接使车轮获得纵向蠕滑力，但是能帮助车轮在端部车（前后的牵引机车）的传统轮对的带动下尽快完成直线复位。有了径向机构之后，独立轮对的横移量的收敛速度比不上传统轮对，但比没有径向机构的独立轮对快。没有径向机构的独立轮对，不仅轮对横移量收敛很慢，而且横移量可能会在偏离轨道中心线的位置就平衡了，无法完成对中。独立轮对的主要用途是使城轨车辆实现低地板，在高速列车领域也有广阔的应用前景。转向架如果使用传统轮对，则是通过抗蛇行减振器来抑制蛇行运动。

       AVE S102的动力转向架是庞巴迪的FLEXX Power 350型转向架，这种转向架的一系和二系悬挂都用螺旋圆钢弹簧，一系定位用拉杆式定位，牵引电机是架悬，铝合金轻量化齿轮箱是轴悬。

       Talgo采用连杆及缓冲装置铰接模式。Talgo的横向和纵向的减振器是装在车厢端墙上部的中央和两侧，配合转向架的空气弹簧来平抑车体振动。Talgo的车厢铰接方式具体是：一侧车厢的端墙的上部的两侧各设有一个支撑座，另一侧车厢的端墙的下部中央设一个曲拐连杆机构。曲拐连杆机构包括两根承载杆、两个横向水平设置的旋转支撑体、一个负责水平连接旋转支撑体的水平杆，和两个负责将旋转支撑体连接在端墙下部的销轴。支撑座顶置在转向架的两个空气弹簧上，将车体重量通过空气弹簧传递到转向架上，且这两个支撑座在靠近端墙中央的一侧又各有一个铰接座，铰接座与另一侧车厢的端墙下部通过两根垂向的很长的承载杆进行连接，承载杆的底座都设在旋转支撑体上。这样一来，两侧车厢就通过一侧的两个承载杆和另一侧的牵引车钩实现三点弹性铰接。那么AVE S102的车厢就显得更轻和更短了——200米长的列车共有14辆编组。

       Talgo的高速倾摆是被动无源倾摆，就是在通过曲线时，车辆的向心力的力矩传导到空气弹簧，空气弹簧通过独立伸缩，使车辆倾摆。Talgo倾摆的最大角度为3.5°，此时车辆的横向加速度为1.8m/s²。理论上横向加速度超过1.2m/s²乘客就会感到不舒适。被动无源倾摆通过同一曲线的最大速度、倾摆的及时性和乘车舒适性不能和主动倾摆相提并论，不过成本较低，能耗较低，适用于“S”形曲线较多，缓和曲线较短的铁路。Talgo是通过专门的导轨横向推挤车轮来完成变轨距。

       Talgo开发的新一代速度等级为330km/h的Avril动力集中高速动车组，在技术上是作为Talgo 350的迭代车型，采用了独立车轮转向架，就是Talgo连轮轴都不要了，把一个轮对拆成两个车轮，无动力车和无动力车之间是两个铰接式单轮转向架，车轮上保留径向机构。

       德国ICE 1和ICE 2的动力转向架分别是ET401和ET402，两种转向架的结构型式基本相同，驱动装置（负责将牵引电机的转矩传递到轮对）都用空心轴六连杆。

       德国的高速转向架目前主要由西门子承担。在承担德国铁路产品研发的公司里，西门子本来是负责研发电气设备的，但是在收购研发机械的公司后，具备了研发高速列车整车的能力。

        由Simmering Graz Pauker AG（SGP）公司为ICE 2（无动力车）和ICE 3（整车）设计的SGP400型和SGP500型转向架（SGP500由SGP和Adtranz合作设计制造）随着这家公司被西门子收购，改名为SF400和SF500。按照西门子官网的介绍，这两种转向架的速度分别达到250km/h和350km/h。SF400改进自ICE 1采用的（Minden Deutz Familie）MD530型有摇枕有摇动台钢圆簧无动力转向架，是德国第一种无摇枕无摇动台空气弹簧转向架。SF400的二系悬挂系统装设横向主动控制系统“AQS”，施加回转阻尼的形式是装设电子控制回转阻尼系统“DES”，也就是带有磁性阀门的抗蛇形减振器，根据实际速度接通或断开阀门。DES在回转速度较低的曲线上不起阻尼作用，高速运行时则发挥阻尼作用。SF400还设有径向液压控制的轮对定位系统“RHC”，使轮对处于径向位置。SF400和SF500的二系悬挂都有抗侧滚扭杆。

        SF500改进自SF400，采用模块化设计，动力和无动力转向架的结构型式相同。SF500的一系定位是单拉杆式定位，一系悬挂用螺旋圆钢弹簧和垂向油压减振器，二系悬挂用空气弹簧和用于空气弹簧失气状况下的橡胶减震弹簧，被动液压悬挂，驱动装置是齿轮箱和联轴节。在法兰克福—科隆高速城际铁路开通前，ICE 3在柏林—汉诺威高速城际铁路跑到了368.6km/h的最高试验速度。SF500的空气制动采用轮盘制动（动力转向架）和轴盘制动（无动力转向架）。

        ICE 3采用微机控制的自动式电空制动系统，且无动力转向架装有克诺尔公司研发的线性涡流制动机——两根各自纵向排列着8个励磁线圈的磁铁被安装在一个整体支架上，支架固定在构架上。由于法兰克福—科隆高速城际铁路存在40‰的高坡（比如哈勒巴哈高架桥），ICE 3必须加装涡流制动机才能在这样的高坡上以LZB（德国高铁目前常用的基于漏泄电缆双向通信的列车运行控制系统）对列车设定的制动减速度进行安全制动。电磁铁的N/S级交替排列。支架和构架之间每侧各装有一根支撑杆，负责在构架和支架之间传递制动力（详见BV1ki4y1s7F9的P3的05:13）。列车实施涡流制动时，磁铁被通入励磁电流，涡流制动机的空气波纹管排气，使磁铁被下放到离轨面很近的位置并和轨面保持气隙，此时轴箱上的两个支撑臂负责悬吊磁铁。钢轨切割磁力线，表面产生感应涡流，使主磁场畸变，磁力线偏斜产生切向分力，即涡流制动力。涡流制动不受轮轨黏着的限制，既可以用于常用制动，也可以用于紧急制动。按照能量守恒定律，涡流制动力在一段轨道上做的功等于该段轨道吸收的热能的增量。ICE 3在德国只被允许在速度等级大于160km/h且装备LZB的线路上、列车速度不低于50km/h且室外温度一般不超过28℃时使用涡流制动机，避免钢轨温升过高。如果涡流制动机故障或被司机锁闭，ICE 3在德国任何装备LZB的线路上的最高速度都被保守地限制在230km/h。德国法兰克福—科隆高速城际铁路和因戈尔施塔特—纽伦堡高速城际铁路的LZB可以对ICE 3发送允许涡流制动的信号指令。当SF500不加装涡流制动机时，每个无动力轮轴的制动盘有三个，加装涡流制动机后可以是两个。

       特别地，法兰克福—科隆高速城际铁路的最小行车追踪间隔是4分钟，日本山阳新干线和法国高铁地中海线的最小行车追踪间隔都是3分钟。

       日本300系新干线列车的无动力转向架装有盘形涡流制动机，但动力转向架过轻，导致无动力转向架比动力转向架更重。500系新干线列车为了减重，取消了涡流制动机。700系又加装盘形涡流制动机。盘形涡流制动机利用制动圆盘产生制动力——制动盘内外两侧的励磁线圈通电后，随车轴旋转的制动盘上产生感应涡流，使制动圆盘产生和车轴旋转方向相反的电磁制动力矩，使列车减速。盘形和线性涡流制动都能显著减少再生、电阻或闸瓦制动承担的制动力。盘形涡流制动机的线圈可固定在转向架上且不随车轴转动，发热的制动盘不影响轨道电路的正常工作，但前者的轨道制动力和轮轨黏着有关，制动功率取决于制动盘的热容量和散热水平——制动盘过热时，它的电阻可能会增大，使涡流制动力损失。

       ICE T的转向架是SF600。到了ICE 4，它的转向架发生了一些引人瞩目的变化。下面我们会进行论述。

       ICE 3是ICE系列的第一代动力分散动车组，之后它有了衍生型号，即Velaro系列。第一个Velaro是Velaro E，是西班牙的AVE S103，牵引逆变器还在用晶闸管；第二个是Velaro CN，即CRH3C，牵引逆变器改用IGBT；第三个是Velaro RUS，是俄罗斯的“游隼号”动车组；第四个是德国的Velaro D；第五个Velaro是”欧洲之星”E320；第六个是土耳其的Velaro TR。现在德国发展到第7个，就是Velaro Novo。目前的ICE 3 Neo，即Velaro MS，算是增加了车门个数、改变了司机室DMI界面和改良了客室内饰的Velaro D。

       SF500的动力转向架现在也用在ICE 4（每侧抗蛇行减振器改成一个，详见AV31494425的30:00），但是ICE 4的无动力转向架则是庞巴迪的轴箱内置的转向架，这就是庞巴迪的FLEXX Eco系列内支撑转向架。内支撑转向架就是周老先生和笔者说的非传统的创新的转向架。FLEXX Eco代表了内支撑转向架在高速列车领域的典型应用。

       ICE 1、ICE 2和ICE 4都装有磁轨制动机。实施磁轨制动时，磁铁密贴钢轨，使磁铁和钢轨之间具有滑动摩擦力，滑动摩擦力使列车减速。磁轨制动的问题在于：在低速时，磁轨的摩擦系数会迅速上升；在高速时，磁轨的摩擦系数会明显降低，可能使磁轨制动力不足；磁轨制动力难以调整；用于常用制动时不能显著减少制动盘负担的制动力，所以笔者认为涡流制动虽然用电量大得多，但总体而言更先进。在德国，磁轨制动引起的钢轨温升和涡流制动接近。ICE 1的磁轨制动只用于紧急制动，列车降速到50km/h以下后终止磁轨制动。

       西门子的已经部分公开但尚在研发的Velaro Novo高速动车组，它的最高速度达到360km/h，且和ICE 4都用了内支撑转向架，转向架型号为SF900。庞巴迪和日立研制的内支撑转向架都很有竞争力，但是论速度等级，都不能和SF900相提并论。SF900先是安装在ICE S型动检车上，在试验中跑到了331km/h，后来在纽伦堡—因戈尔施塔特高速城际铁路上，两个SF900转向架又安装在一节名为“seeitnovo”的Velaro Novo的车厢底部，跑到了360km/h，跑了接近90km，全程跑了18分钟。

       特别地，据了解，Velaro Novo的逆变器控制单元（ICU）和CR400BF-C的是一致的，且其ICU非以往直接与列车的多功能车辆总线（MVB）连接，而是通过控制器局域网络（CAN）总线和牵引变流器（TCU）连接。

       北美选择走“低压管道”等非轮轨的发展路线，但目前都只是处于研究阶段，周老先生没有进行论述。

三、中国高铁技术发展

       我们常说，2004年到2007年中国高速铁路是“跨越式发展”，实际上也是很痛苦的三年，因为铁路职工基本上只保最低工资。那么这三年呢，中国走的是引进的路线，引进的成果是CRH1、CRH2、CRH3和CRH5。没有CRH4，因为这里面有故事（笔者不知道是什么故事）。

       技术引进来之后，我们就到了消化吸收的阶段。我们选择走CRH2和CRH3的技术路线，成果就是CRH380A/B/CL。 长客引进的是CRH3和CRH5的技术，两种列车的技术都消化吸收后放弃了CRH5的技术，用CRH3的技术发展了CRH380B和CRH380CL。 实际上阿尔斯通转让给我们的技术里，比较可取的是摆式技术，这是它收购意大利的一家叫Severiano（塞维利亚诺）的公司后发展而来的。日本给的不是最先进的技术，但是我们通过消化吸收，做到了350km/h的速度等级。西门子给的CRH3的技术本来基础就不错，现在这家公司还是我们的老师，因为它从ICE 4开始，改走内支撑转向架的技术，而且达到了360km/h。

       到了发展中国标准动车组，我们走的是自主创新的道路，依然是继续沿用消化吸收的日系和德系技术。

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       笔者对周老先生的叙述作以下补充：

       台湾地区只是买来整车（直接用500系新干线列车的转向架，牵引电机额定功率只有285kW），没有获得技术转让。我们没有受让CRH380D型动车组的技术。

       CRH2A的动力转向架SKMB-200和无动力转向架SKTB-200是在川崎重工生产的DT206型动力转向架和TR7004B型无动力转向架的基础上发展过来的，S、K分别代表四方和川崎（Kawasaki）（早期部分CRH2A直接用DT206和TR7004B）（2013年CRH2A统型化后改用零件国产化率更高的SWMB/TB-250型转向架）。但是CRH2A的一系定位是参数借鉴了500系的转臂式定位，转臂长度为500mm。轴箱和转臂是一体式设计，可称之为“轴箱体”，可以简化轴箱定位的结构、降低重量、简化加工，不需要在轴箱上设置迷宫槽等复杂结构。采用转臂式定位的经验，可以追溯到四方更早之前从川崎引进500系的WDT205型动力转向架（W代表西日本铁道公司），发展SW220K型准高速转向架的时期。500系用铝制转臂，其纵向定位刚度是（每轴箱）24.5kN/mm，横向定位刚度是9.8kN/mm。500系的二系横向减振器设有半主动悬挂系统。SW220K适用于速度等级为160km/h的25T型客车，除制动装置外，其余结构满足220km/h的运用要求（装配SW220K的CR200J试验车在长达45km的25‰连续坡道上以200km/h恒速下坡，在坡底进行一次紧急制动之后，SW220K制动盘温度过高，不满足安全运用的要求）。

       CRH2A的原型车E2系1000番台的轴箱轴承是双列圆柱轴承，轴重是13吨，车轮用圆弧形踏面，齿轮箱的传动比为69/19=3.63，1、9、10号车的转向架的二系横向减振器加设全主动悬挂系统，其余车厢的横向减振器则设油压式半主动悬挂系统。全主动悬挂就是从外部提供能源（空压、液压或电磁力），用连接常规的或半主动的横向减振器的作动器产生的力来积极地平抑横向振动。由于有了动力源，全主动减振器既可以产生与运动方向相反的力，还可以产生与运动方向相同的力。半主动悬挂则无外部能源，把横向减振器换成可变阻尼的类型，只通过传感器检测横向加速度，适时地控制横向减振器的作用力的大小，来平抑横向振动，对横向振动的抑制有一定局限性，而且半主动减振器和传统减振器都不能产生和运动方向相同的力。传统横向减振器只能产生和运动方向相反的力，且力的大小不能改变。由于半主动减振器构造简单、可靠性高，所以东日本铁道公司的新干线列车只有E2系、E3系和E5系部分车厢采用全主动减振器，E2系以高压空气作为动力源，E3系和E5系以电磁力作为动力源。

       特别地，E2系1000番台不再像E2系0番台那样采用GTO（可关断晶闸管）牵引变流技术，而是采用更加先进的IGBT牵引变流技术。

       SKMB/TB-200的轴箱轴承则是双列圆锥轴承，CRH2A定员100%时轴重是14吨，并依据该轴重将速度等级定为250km/h，最大允许轴重（定员200%）是16吨。新轮直径是860mm，半磨耗轮直径是820mm，全磨耗轮直径是790mm。轴箱体为铸钢材质，轴箱的前盖用铝合金制成，轴箱的后盖则用铸钢。前盖和轴箱之间需要特殊涂装来防止电化学腐蚀。一系横向定位刚度是5.49kN/mm，纵向定位刚度是13.7kN/mm（2018年论文《CRH2悬挂刚度参数对车辆动力学性能的影响》建议纵向和横向定位刚度改为13.9kN/mm和5.92kN/mm），一系悬挂含圆钢弹簧和垂向减振器，圆钢弹簧外贴一层热缩橡胶材质的防雪罩，齿轮箱用润滑油为Sonic EP3080，传动比为85/28=3.036。

       全列车的无动力转向架除端部车的转向架安装LKJ2000的速度传感器和排障装置外，结构型式都相同。所有转向架的二系悬挂有空气弹簧、横向减振器、横向止挡、抗蛇行减振器和中央牵引装置。横向减振器加在构架横梁的连接梁和牵引装置的中心销之间，不设主动或半主动控制系统，中心销加在车体和牵引拉杆之间。空气弹簧为非线性弹簧，且附有高度调整阀和差压阀，不设主动控制系统。当列车直线运行时，空气弹簧提供较小的垂向刚度；当列车转弯时，空气弹簧提供较大的横向刚度。空气弹簧设有节流孔，能提供垂向阻尼，因而对（尤其是高频的）垂向振动有明显的衰减作用，二系悬挂还包括抗蛇行减振器和横向止挡。横向止挡装在牵引梁和车体之间，采用橡胶堆，起到柔性支承和限制车体过大的横向位移的作用（和ALFA-X的横向吸能止挡结构不同）。牵引装置采用单牵引拉杆，牵引拉杆的一端通过上拉杆节点和牵引梁连接，牵引拉杆的另一端通过下拉杆节点和构架纵梁的牵引拉杆座连接。牵引梁和车体之间以牵引梁柔性衬套支承。拉杆节点由芯轴、橡胶层和外套组成。单层橡胶位于芯轴和外套之间，芯轴两侧各有一个横向通孔。拉杆节点最低工作温度为-30℃，最高工作温度是4℃。除了简化二系悬挂，CRH2A（包括统型）车厢间没有加装车间减振器。

       此外，CRH2A为适应我国铁路，轮对内侧距从E2系1000番台的1360±1mm调整为1353+2/-1mm，轮辋厚度从125mm增加到135mm，改用四方车辆研究所自行研制的LMA型车轮踏面（参考文献：《CRH2型动车组再生制动过程仿真研究》，2012，蒲思培）。为提高编组经济性，CRH2A牵引功率为4800kW，只有原型车的一半。论文《CRH2A型动车组合武线达速250km/h牵引系统适应性分析》（2020）指出：CRH2A以200km/h运行时，剩余加速度为0.132m/s² ，250km/h运行时剩余加速度为0.058m/s² >0.050m/s²，所以满足250km/h的运用要求。

         CRH2A的牵引电机是通过螺栓将电机上的安装座刚性连接到电机吊座上，电机吊座直接焊在构架横梁上，电机输出轴与齿轮箱输入轴之间通过挠性浮动齿式联轴节（WN联轴节）相连接。联轴节的输入端（传动侧）连着牵引电机的输出端，联轴节的输出端（非传动侧）连着齿轮箱的输入端。传递转矩时，允许电机和齿轮箱之间有相对运动，其径向和轴向均允许有10mm~12ｍｍ的跳动量。电机刚性架悬结构简洁、省空间、易于维护，但是电机和构架横梁之间没有缓冲元件，列车运行中电机和构架的振动耦合会影响构架横梁的强度，也影响构架的动力学性能。

       CRH2A采用微机控制的直通式电空制动系统，基础制动装置包括空压转油压驱动的制动夹钳和气动式踏面清扫装置。该空气制动系统通过列车网络和硬线传输制动控制指令（参考文献：《CRH3系列动车组制动控制系统介绍》[J]，2016；《高速动车组制动供风系统仿真及分析》[D]，2015）。动力转向架的空气制动是每个轮对采用双轮盘制动，无动力转向架则是每个轮对采用双轮盘和双轴盘制动。空气制动控制装置由日本纳博特斯克公司提供，空压机由纳博特斯克和克诺尔提供。转向架在空车和满员状态下，临界速度均为500km/h以上，即使踏面等效锥度增大到0.4，临界速度仍有350km/h。

       列车的基础制动一般采用空气制动，空气制动机以由外部空气供给的空气压缩机作为动力源。空气制动包含盘片制动、踏面制动和直流励磁制动。盘片制动是：制动机利用压缩后的空气驱动制动夹钳密贴制动盘，制动夹钳上的闸片和制动盘直接接触，将轮对的动能转化为制动盘和闸片的内能消耗掉，可采用锻钢制动盘、铁基粉末冶金闸片（早期TGV-D采用）或铜基粉末冶金闸片（目前主流）。空气压缩机作为压缩空气供应装置以保证压缩空气供应充足，进而保证列车的制动性能。CRH1、CRH2采用往复式活塞电动空压机，两级压缩；CRH3、CRH5采用螺杆式电动空压机，单级压缩。我国高速列车的空气制动机一般通过独立的电子制动控制单元（EBCU）执行司机的制动指令；我国货运列车的空气制动机一般采用空气压力的变化作为控制信号。2万吨重载货车的空气信号传播时间长，且空气信号传播过程中产生较大的纵向冲动，所以2万吨重载货车一般采用“1+1+0”的编组形式，减少空气信号的纵向冲动和整车制动响应时间。在踏面制动中，制动机利用压缩后的空气驱动闸瓦密贴车轮踏面，使列车制动。TGV-PSE型和TGV-A型动车组动力转向架采用电阻制动和踏面制动，无动力转向架为盘形制动。踏面制动的缺点是踏面磨耗量大，闸瓦需要频繁更换，制动噪声偏大，所以后来的高速列车很少再采用踏面制动，或者说，踏面制动演变成今天多数高速列车采用的踏面清扫装置。

       踏面清扫装置装在轮盘制动夹钳上方，一般包括研磨块、连接研磨块的一个小压缩气缸和气缸尾部的进气管。研磨块的垂向中心线和车轮踏面的垂向中心线重合。踏面清扫装置工作时，进气管向压缩气缸供气，压缩后的空气控制研磨块伸出。研磨块压贴在踏面上，随着车轮转动而对踏面进行持续的摩擦，清除表面的杂质和污物，清洁后的车轮踏面和轮轨之间保持较高的粘着系数，避免轮轨之间因摩擦系数不足而发生相对滑动。

       我国高速列车最初有S1002CN、LMA、XP55三种典型车轮踏面，XP55来自法国。论文《高速列车轮轨参数对车轮踏面磨耗的影响》（2009）认为，对于S1002CN、LMA、LM和XP55，随着列车速度增加（200km/h到350km/h），在直线钢轨上，同一速度下，四种踏面的磨耗量都随列车运行里程增加而逐步增大，其中S1002CN磨耗深度最小，磨耗范围最宽，LMA型踏面磨耗深度次小，磨耗范围次宽，用于普速铁路的LM型踏面磨耗深度最大且磨耗靠近轮缘。在直线钢轨上，列车速度增加（200km/h到350km/h）后，S1002CN磨耗体积增长百分数最大，增长百分数其次大的是LMA磨耗体积，这是因为S1002CN等效锥度较小，在高速度下轮对的横向振动更剧烈。

       总之，列车速度增加后，踏面磨耗趋向于往磨耗深度的方面发展；等效锥度不仅可以评估车轮踏面磨耗程度，还直接影响构架横向失稳的频率和幅值； 较小的等效锥度有利于减少高速运行时的踏面磨耗；踏面需要通过合理的镟修和更换计划来保障列车安全平稳运行；踏面等效锥度过高容易引起蛇行运动。

       CRH2C（CRH2-300）是四方将CRH2A的技术消化吸收后自主研制的动车组。它从头型、受电弓、牵引电机、IGBT到转向架，国内各地的相关领域的专家都参与了研制工作，转向架的设计方案获得了国家发明专利。2007年12月22日，首列CRH2C在四方下线。

       特别地，IGBT的研制技术不在“和谐号”列车技术转让之列，CRH2C二阶段的IGBT是我们自己攻关的。纪录片《大国重器》称，CR400AF“复兴号”列车的一台牵引变流器拥有多达1152个只有指甲盖大小的IGBT芯片。

       CRH2C一阶段空载重370.8或372.8吨，定员610人，沿用三菱授权南车集团生产的CRH2A的MB-5120-A型异步牵引电机。为了提高列车的速度等级，动拖比由CRH2A的4M4T改成6M2T（端部车为无动力车），转向架是SKMB-300型动力转向架和SKTB-300型无动力转向架。按照《欧洲高速铁路联网高速列车技术条件》，列车在平直道正常载荷下以最高速度运行时，应有剩余加速度不低于0.05m/s²。CRH2C一阶段和ICE 3平直道定员达速300km/h的时候，剩余加速度不低于0.05m/s²，所以它们的速度等级都是300km/h。

       和SKMB/TB-200相比，SKMB/TB-300的制动装置还是踏面清扫、再生制动和微机控制的气液转化控制的制动夹钳。SKMB/TB-300主要变化在于：轮对和一系转臂定位结构进行轻量化改进，轴箱的前盖和后盖都用铝合金制成，降低转向架的簧下质量。SKMB-300的一系横向定位刚度增大到6.5kN/mm，纵向定位刚度增大到14.7kN/mm，垂向定位刚度下降到1.176kN/mm，二系的横向、纵向，垂向定位刚度则均增大，使轮对和转向架的侧滚、点头，摇头转动惯量都相对更高，SKTB-300的悬挂参数则与SKTB-200基本一致。适当增加一系纵向刚度有利于提高转向架临界速度，一系纵向刚度过度增加容易诱发车体蛇行失稳（参考文献：《CRH3系列动车组服役安全性研究》，2019，李习桥）。二系空气弹簧的上、下盖板用铝合金制成，实现轻量化。齿轮箱内的润滑油为了适应寒地和更高的速度，型号改用JRK-65。端部车的二系横向减振器新增依据“天棚”原理的半主动控制功能，连接横向减振器的半主动控制装置安装在车体上，其余车厢的转向架的横向减振器和CRH2A的相同。转向架之间增加车间减振器——“每一节车体中，其构架的端部下方设置一个安装座，安装座通过螺栓纵向地连接一个车端减振器”。

       CRH2C一阶段动车组以300km/h运行的安全性、平稳性和曲线通过能力优良，但是它在京津城际铁路跑到350km/h，无疑是超速的。其为满足京津城际铁路和武广高铁运行要求，牵引功率过载至8200kW，再生制动功率达到10400kW。MB-5120-A额定输出功率只有300kW（输入功率接近320kW），设计最高转速是6120rpm，当列车达到350km/h时，考虑15km/h的逆风后，列车剩余加速度不足0.01m/s²，不考虑逆风也只有0.02m/s²，且列车达到最高试验速度后，MB-5120-A的转速可以达到7820rpm（全磨耗轮径），润滑油难以润滑电机轴承，电机和电机轴承的寿命都会严重下降。为此，CRH2C二阶段改用四方股份、株洲时代电气公司，株洲电机公司基于MB-5120-A联合研制的YQ365型牵引电机或永济电机公司受让三菱的牵引电机技术后自主研制的YJ92B型牵引电机。YQ365的额定功率是365kW，启动转矩达到1489N·m（目前其启动转矩为1682N·m），额定转速为4142rpm，额定电流为130A，功率因数为0.86，相应地，CRH2C二阶段转向架齿轮传动比下降到83/35=2.371（一般说2.379，但笔者不知道2.379的被除数和除数）。对比地，N700系新干线列车牵引电机功率为305kW。改用YQ365/YJ92B后，CRH2C二阶段可以在不改变牵引变流器中间直流电压、不改变6M2T的情况下，以更短的时间从静止加速到350km/h。

       下面这个视频应该是B站里模拟CRH2C一阶段牵引性能最接近实车的视频

       CRH2C二阶段速度等级仍为300km/h，采用SWMB-350型动力转向架和SWTB-350型无动力转向架。SWMB/TB-350相比SKMB/TB-300，存在如下变化：

       轴箱、转臂，轴箱的前盖和后盖都用铝合金制成。调整一系悬挂参数和二系空气弹簧的参数。一系采用欧式轮轴设计，轴箱轴承外径尺寸增大，轮轴和一系悬挂的承载元件按照15吨轴重载荷设计。修改空气弹簧的结构——气囊下方的锥形橡胶堆从倒扣碗状改为正置碗状，锥形橡胶堆内部金属隔板从1层改为2层，锥形橡胶堆下新增圆环状叠形橡胶堆，以上设计可以增强橡胶堆提供横向刚度的能力和空气弹簧失气时锥形橡胶堆提供垂向刚度的能力。优化一系减振器和构架之间等不同区域的弹性节点。构架上新增一根抗侧滚扭杆，使列车沿直线行驶时空气弹簧一般提供较小的垂向刚度的前提下，增强列车的抗侧滚能力。抗侧滚扭杆由吊杆垂直悬吊在侧梁之间，吊杆在侧梁内侧，吊杆的上接口连接车体底架，下接口接在构架侧梁的下方的安装座上。牵引中心销减重，横向止挡和牵引中心销之间的间隙达到30~50mm。每侧抗蛇行减振器变成两个，如果一个抗蛇行减振器失效，另一个抗蛇行减振器还可以发挥作用。CRH2A和CRH2C一阶段采用气液转化增压的制动夹钳和整体式闸片，CRH2C二阶段保留气动式踏面清扫装置，但取消气液增压制动缸，改用气动式制动夹钳和浮动式闸片。原先的气液转化增压制动是日系技术，技术成熟，驱动装置较为简化，满足安全制动的要求。CRH2C一阶段制动初速度为300km/h时，紧急制动距离（理论值）约为2790m。不过，由于液压油本身物理特性的原因，从液压油挤压制动夹钳到闸片持续压紧制动盘，需要较长的时间，而且液压油作用于闸片的压力并不稳定，闸片可能会松动或是把制动盘抱死。新的气动控制方式能在更短时间内驱动制动夹钳密贴制动盘，而且制动时压缩空气的压强可以保持不变或持续增大。气动制动方式对于踏面清扫装置和制动夹钳结构的结构改进较少，便于腾出安装主动悬挂系统的空间。CRH2C二阶段解决了CRH2C一阶段在提速试验中“车底震颤、脚底发麻”的问题。

       高速列车一般设计有辅助制动系统——在列车指令系统或者制动控制系统由于故障不能使用时启用，使列车低速运行至站内。CRH2采用含模拟信号的辅助制动系统。该系统采用独立的电气指令和控制回路，不经过EBCU，直接输出控制电流到模拟的电空转换阀，用于控制空气制动的施加和缓解（参考文献：一种用于数字电空转换阀的辅助制动系统[P]，2016）。这种辅助制动系统结构简单。CRH2的辅助制动系统不能作为备用制动系统，因为只有端部车才能实施辅助制动，且只能产生3、5、7级常用制动力。辅助制动系统还有CRH1、CRH3和CRH5采用的自动式空气制动系统，该系统采用独立的自动式空气制动阀，由独立的列车空气管路传输制动指令，可作为备用制动系统用于列车救援，但结构复杂，成本较高。

        特别地，N700系新干线列车之所以拥有0.72m/s²的起动加速度，主要是因其齿轮传动比高达2.79。另外，整车的动轴数量多不代表该车的起动加速度一定就大。500系新干线列车采用16辆编组，定员重688吨，车体横截面积只有10.2㎡，整车牵引功率达到18240kW，但起动加速度只有0.44m/s²。这是因为500系采用全动车编组，除了电机起动转矩过低，更高的起动加速度也容易恶化轮轨黏着（E2系1000番台的电机起动转矩也高不到哪里去）。

       CRH3C采用SF500发展而来的CW300(D)（D代表动力转向架），铁道部、长客股份和唐山公司参与CW300的设计。武广高铁早期39列CRH3C中，仅一列CRH3C由西门子公司生产转向架，其余38列CRH3C由长客生产转向架。CW300的构架横梁为中空圆形截面钢管，横梁和侧梁通过锻造的变截面连接座组焊连接——先将变截面连接座焊接在侧梁上形成箱型结构，再将横梁插入连接座的横梁插孔内进行插接式焊接。这种焊接方式可以避免侧梁和横梁焊接部位的应力集中，提高了侧梁与横梁焊接部位的强度。动力转向架的制动吊座位于侧梁。一体化设计的两根纵梁焊接在两根横梁上面，纵梁的高度在横梁之上。纵梁为钢材交叉组焊结构。动力转向架的纵梁上有电机支架安装座、横向减振器安装座和齿轮箱吊座；无动力转向架的纵梁上只焊接有空气制动吊座。CW300的一系定位是转臂式定位，不同于SF500的单拉杆式定位。转臂的一端通过弹性节点和构架相连，另一端和轴箱相连。转臂和轴箱是分体式设计，便于更换轮对——只需要松开轴箱的螺栓，取下轴箱下半部分，就能取出轮对。一系圆钢弹簧和轴箱之间装有叠层橡胶弹簧来缓和轮轨冲击。CW300的二系悬挂包含联系枕梁、两个空气弹簧、两个横向减振器、一根抗侧滚扭杆，和4个抗蛇行减振器。横向减振器装在纵梁和电机支架之间，抗侧滚扭杆装在侧梁和枕梁之间。枕梁作为空气弹簧唯一的辅助气室。抗侧滚扭杆由侧梁外侧的吊杆垂直向上支撑，吊杆的上接口固定在枕梁上，下接口固定在侧梁的外侧壁的安装座上。中央牵引装置采用“Z”字形双牵引拉杆，由牵引梁、中央牵引节点、拉杆节点和拉杆组成。牵引梁为铸造结构，拉杆节点一端压装于拉杆两端的孔中，拉杆节点另一端通过螺栓连接到牵引梁。拉杆节点和拉杆为分体式结构，二者通过冷压配合实现相互独立，不会出现坏一个而换全部的情况。头车的第一个动力转向架的侧梁两端各装有一台ATP天线。CW300的空气弹簧没有节流孔，二系没有垂向减振器，这会影响CRH3C通过线路变坡点时垂向振动的衰减。

       CW300早期采用S1002G/CN型踏面，后期采用LMB-10型踏面。SF500采用S1002型踏面，轮对内侧距为1360mm，轮轨游间10mm；CW300改为1353mm，轮轨游间16mm。当车辆蛇形失稳时，较大的游间易导致较大的轮轨横向力和车体横向振幅。S1002G和LMA的10万公里磨耗量都小于1mm。S1002G与S1002型面都采用两条高次曲线，但前者轮缘加厚（参考文献：《不同车轮踏面对高速轮轨关系的影响研究》，2011），前者新轮新轨（CHN60）匹配等效锥度为0.18。CW300一系纵向定位刚度很大，好处是踏面等效锥度从0.1增至0.8后，转向架临界速度只降低22%（参考文献：《高速车辆车轮磨耗与轮轨接触几何关系的研究》，2014），坏处是（轴距相同时）通过曲线时轮对冲角大，容易磨耗轮缘，使CRH3C踏面最大磨耗位置比CRH2C更接近轮缘（参考文献：《武广客专动车组车轮磨耗及振动性能跟踪研究》，2013），且CRH3C的京津线脱轨系数和轮轴横向力大于CRH2C（参考文献：《高速列车设计方法研究》，62页，2009）。

       CRH3C采用微机控制的直通式电空制动系统，踏面清扫装置、轮装和轴装制动盘，每个从轴有三个轴装制动盘。采用空电复合制动时，EBCU通过MVB和WTB（绞线式列车总线）读取牵引系统再生制动状态信息，并依据制动指令，按照设定的复合制动模式分配空气制动和电制动的制动力。空气制动控制装置和空压机由克诺尔公司提供（参考文献：《浅析CRH3和CRH2型动车组空气制动控制装置的差异》，2014）。

       联系枕梁坐落在转向架上，是连接车体和转向架的重要部件，主要用于承受和传递车体与转向架之间的垂向载荷，传递车体和转向架之间的牵引力和制动力。枕梁可以作为车体与转向架之间的空气弹簧、牵引中心销、抗侧滚扭杆、垂向减振器、横向减振器与车体接口，空气弹簧的高度调整阀和差压阀的接口。另外，联系枕梁中间为完整的空腔，可以作为空气弹簧的附加气室。附加气室中长期存储压缩空气，内腔钢板表面容易产生腐蚀，形成腐蚀破坏，可以通过在内腔钢板上涂上氧化铝涂料来防腐。CR400AF的空气弹簧附加气室有些特别，下面再说。

       CW300D早期安装西门子股份公司在德国生产的或西门子电气传动有限公司在国内生产的1TB2019-0GC02型异步电机，后期安装中车永济电机公司研制的YJ105A型异步电机。两种牵引电机的额定功率都是560kW，功率因数都是0.87，1TB2019的效率是94%或95%，额定电流是145A，YJ105A的额定电流是135A。CRH3C轮周牵引功率为8800kW，轮周再生制动功率为8000kW（实际可达到8250kW）。2008年6月24日，CRH3C一阶段在京津城际铁路达到394.3km/h的试验速度。

       CW300D和SF500都采用了牵引电机安装支架来将电机弹性架悬。CW300的牵引电机是先和电机安装支架相连，再将电机安装支架通过四个薄钢材制成的板弹簧挂在构架横梁的纵向连接梁上。板弹簧的横向刚度很小。安装支架是组焊结构，牵引电机通过4个螺栓刚性固连在电机支架的外侧立板上的4个电机座衬套上，两台牵引电机对角布置，电机通风装置安装在电机顶部。支架上弯板外侧的上电机座衬套附近焊有电机紧急止挡，电机支架上有横向减振器座、电机横向止挡座、控制阀座和接地块，并安装有电机垂向止挡、横向挡板和安全吊销来限制电机和支架在各方向上的位移，二系横向减振器也可以限制电机的横向振动和位移。空气弹簧的两个高度调整阀和两个安全阀分别位于枕梁的两侧，4个阀的一端通过机械结构连在电机支架上，另一端通过机械结构连在枕梁上。安全阀的作用是在高度调整阀故障时调整车体地板面高度。支架内侧立板上有板弹簧衬套。支架盖板通过销轴穿过板弹簧的节点和板弹簧的一端连接，板弹簧的另一端通过板簧定位销和板簧挡板和构架的纵梁固定连接。电机支架使电机的质量在横向和摇头方向上实现了与构架的分离，既减轻了簧间横向质量，也减小了构架的摇头转动惯量，减小了轮轨间作用力，提高了运行稳定性。电机产生的振动和噪声先通过电机座衬套和板弹簧衬套减振后传递到构架，再通过空气弹簧传递到车体，减振和降噪的效果非常好。这种弹性架悬结构复杂，重量较大，生产工艺复杂，制造与维护的成本较高。

       特别地，CRH3C一阶段的齿轮传动比是2.788，二阶段的齿轮传动比是2.429。由于传动比下降，CRH3C二阶段的0~200km/h平均加速度慢于一阶段，但是仍然不低于0.4m/s²，而且牵引电机的特性没有发生改变。CW300的新轮直径是920mm，半磨耗轮直径是875mm，全磨耗轮直径是830mm（动力车）和860mm（无动力车）。CRH3C二阶段之所以调低齿轮传动比，一是限制牵引电机的转速——列车达到300km/h且为半磨耗轮径的时候，一阶段牵引电机转速是5100rpm，二阶段则是4500rpm，都超出了1TB2019和YJ105A设计的在列车达速250km/h且轮对为半磨耗状态时的4100rpm的额定转速，但都未超出它们5900rpm/5891rpm的最高转速，但是列车达到350km/h且轮对是全磨耗的时候，一阶段牵引电机的转速超过6200rpm，二阶段牵引电机的转速下降到不到5450rpm。二是降低齿轮箱内的油脂受到的离心力，避免齿轮箱渗油。

       CRH3C在武广高铁运行时，踏面等效锥度达到0.5~0.7就足以引发转向架构架横向失稳报警。特别地，CRH3C一阶段在京津城际铁路投入运营后，它和CRH2C一阶段的差距很快体现出来——后者因过于追求轻量化，跑到300km/h后客室噪音是70dB(A)（客室中部）和73dB(A)（客室两端），跑到350km/h后则分别是72dB(A)和76dB(A)，远远超出CRH2C设计的客室噪音为68dB(A)（动力车）、65dB(A)（无动力车）和70dB(A)（司机室）的限值。前者跑到300km/h的噪音限值则为70dB(A)（客室）和77dB(A)（司机室）。CRH2C二阶段的降噪策略部分借鉴了CRH3C。CW300(D)的性能也比SKMB/TB-300更加强悍：前者满足在3级不平顺线路条件下构架的横向加速度峰值不会连续6次以上不低于8~10m/s²，后者则是在2级舒适度上采取和前者同样的脱轨系数、轮重减载率和倾覆系数这三者的限值。现在日本的L0系新干线磁悬浮列车同样面临高速运行时（相比上海磁悬浮列车）噪音过大的问题。

       西班牙的AVE S103型高速列车的宽度和ICE 3相同，牵引电机额定功率为560kW，轮周牵引功率为8800kW，最高试验速度于2006年7月16日在马德里—莱里达高速铁路达到403.7km/h。AVE S103直接使用SF500型转向架，但齿轮传动比下调到2.61，改用相比ICE 3的SE 380.2型齿轮箱更轻、激振噪声更小的SE 380.3型齿轮箱，用电阻制动替代了涡流制动。

       CRH1和CRH380D的牵引电机用的都是庞巴迪特有的三点式弹性架悬。

       CRH1A/B来自庞巴迪的Regina平台，CRH1E来自庞巴迪的Zefiro 250平台。CRH1的转向架来自AM96型转向架，一系用转臂式定位和螺旋圆钢弹簧。转向架上的每台牵引电机通过三个柱形抗振吸收轴套用螺栓连接在构架上，这种悬挂方式又称为＂背负式＂悬挂。电机输出轴与齿轮箱输入轴之间采用挽性浮动齿式联轴节结构。柱形轴套中有低弹性物质，能隔离构架与任何电机不平衡力的输入，但是电机与构架之间没有横向减振器和横向止挡。

       CRH380D是四方庞巴迪基于Zefiro 380平台研发的高速动车组，采用庞巴迪运输集团研制的FLEXX Speed系列转向架，由四方庞巴迪负责生产。以前庞巴迪运输集团占有这家合资厂50%的股份。随着庞巴迪运输集团并入阿尔斯通，这家合资厂更名为四方阿尔斯通。CRH380D的一系定位是转臂式定位，一系悬挂用螺旋圆钢弹簧。牵引电机是通过层叠圆锥橡胶连接到构架横梁上，实现弹性架悬。层叠圆锥橡胶具有良好的横向弹性特点，电机与构架横向耦合程度较小，使电机质量在横向和摇头方向上与构架质量实现了分离，减小了转向架的簧间横向质量，降低了构架的摇头转动惯量。为降低电机的横向振动与位移，电机与构架之间设置有横向液压减振器和横向止挡。在2013年4月宁杭甬高铁的试验中，CRH380D达速420km/h（参考文献：《牵引电机架悬方式对高速动车动力学性能影响研究》，2016，王旭嘉）。

       CRH380D的FLEXX Speed转向架轴距为2.7米，新轮直径为920mm，半磨耗轮直径为890mm，磨耗轮直径为850mm，车轴空心孔径为40mm，轮对采用圆柱滚子轴承，最大允许轴重是17吨，装配额定功率为630kW的MJA280-4型牵引电机。构架的侧梁和横梁均为箱形结构。二系悬挂有联系枕梁、空气弹簧、两个垂向减振器、一个常规的横向减振器、中央牵引，一根抗侧滚扭杆和抗蛇行减振器。二系垂向减振器装在构架侧梁的内侧壁。CRH380D的中央牵引采用单牵引拉杆，但列车不采用车间减振器。MJA280-4的额定功率在CRH380系列动车组牵引电机中仅次于TQ600。

       FLEXX Speed也用在庞巴迪和安萨尔多·布雷达为Trenitalia公司（意大利铁路FS的子公司）合造的基于Zefiro V300平台的Frecciarossa 1000型动车组。Zefiro V300的转向架由庞巴迪在欧洲的工厂负责生产。CRH380D的转向架的研制时间比Frecciarossa 1000的转向架更早。Frecciarossa 1000的轮径和最大允许轴重与CRH380D一致，保留联系枕梁，但转向架的一系定位是拉杆式定位，轴距为2.85m，轮对采用圆锥滚子轴承，二系用一个带有主动控制系统的横向减振器。

       CRH380A采用SWMB/TB-400型转向架，CR400AF采用SWM/T-400E1型转向架。空气弹簧跨距都是2460mm（CIT500为2000mm）。CRH380A端部车的二系采用半主动横向减振器。使用的YQ365/YJ92B2型牵引电机额定功率为365kW，使整车额定牵引功率为8760kW。CRH380A通过牵引系统的过载使整车牵引总功率达到9600kW，使列车达速350km/h后剩余加速度达到0.05m/s²，达速380km/h后剩余加速度达到0.01m/s²，起步用时405s、走行25.5km后达速350km/h。CRH380AN采用TQ600型永磁牵引电机，额定牵引功率达到10160kW，起动牵引力达到270kN，0~350km/h牵引性能比CRH380A强劲多了。

       SMWB/TB-400的二系悬挂包括空气弹簧、横向止挡、两个横向减振器、一根抗侧滚扭杆、四个抗蛇行减振器和中央牵引装置，空气弹簧采用带固定节流装置的结构，可以有效衰减高速行驶状态下的车体振动，从而代替安装二系垂向减振器以节省安装空间（与CRH2的节流孔的意思接近），抗侧滚扭杆延续SWMB/TB-350的布局。SWMB/TB-400和SWM/T-400E1的二系都没有垂向减振器，牵引电机都是刚性架悬。SWMB/TB-400采用LMA型踏面、小刚度轴箱定位和小节点刚度大阻尼特性的抗蛇行减振器：一系横向定位刚度为5.5kN/mm，纵向定位刚度为13kN/mm，抗蛇行减振器节点刚度为8.85kN/mm，尽量追求行车稳定性和高临界速度，会使车轮和钢轨在滚动圆附近反复摩擦，踏面磨耗范围窄但深度较大，凹槽磨耗较为明显。

       特别地，CRH2和非统型CRH380A的转向架没有停放制动，长时间停车时用两个铁鞋对头车前端转向架踏面进行止动，这样做不适用于列车在较大坡道上长时间停放。统型CRH380A在1、3、7、8号车设有弹簧储能式停放制动。每个轴上设一个带有停放制动缸的制动夹钳，4个轴的停放制动缸成斜对角分布。实施停放制动时，停放制动缸排气，使弹簧释放机械力作用在闸片上，使闸片密贴制动盘。停放制动缸充风且气压足够大时，弹簧的弹力被压缩空气抵消，停放制动被缓解。统型CRH380A的停放制动可使列车在20‰坡道定员和30‰坡道空载时停妥，并具有不小于1.2倍的冗余。

       SWMB/TB-400和SWM/T-400E1的构架横梁都是中空圆形截面钢管。SWMB/TB-400的横梁和侧梁以插接方式直接相连，即横梁插入侧梁的内侧盖板，横梁和侧梁的内侧盖板之间以环组焊方式连接，侧梁内部有多个加强筋板来增强侧梁和横梁焊接部位的结构强度，延续了CRH2的构架拼装方式。圆形截面的横梁在承受内部和外部的径向压力时，受力较均匀，满足构架的承载要求，但是侧梁和横梁焊接部位存在几何突变，构架的应力无法均匀传递，容易造成焊接部位应力集中，列车运行时驱动装置和横梁的振动耦合容易影响动力学性能，使焊接部位形成构架抗疲劳性能薄弱点，所以焊接部位的焊接质量和结构工艺要求很高。SWMB/TB-400的轴箱和转臂是一体加工成型（统型CRH380A的一系改用分体式轴箱），构架的两个纵梁是箱形结构，和横梁处在同一高度。

       相比SWMB/TB-400，SWM/T-400E1的变化主要在于：一系悬挂参数基于CRH380A和CRH380B进行优化，最大允许轴重从16吨改成17吨，新轮直径为920mm，转向架的承载能力更佳，空气弹簧失气时的动力学性能更佳。牵引中心销上加装整体提吊装置，用法是：先把轴箱上下分开，后抬起车体，再用整体提吊装置接触纵梁抬起转向架，便于更换轮对。二系只使用常规的横向减振器。另外，SWM/T-400E1在构架制动吊座上集成踏面清扫装置安装座，三点式吊挂的基础制动安装座和单牵引拉杆组合使用（基础制动装置包括踏面清扫装置和轮盘制动夹钳）。CRH380A的每个从轴有两个轴装制动盘和两个轮装制动盘。CR400AF的每个从轴有三个轴装制动盘，取消轮装制动盘，并采用S1002CN或LMA型踏面。CR400AF的样车新增了防脱线装置，量产车为了节约成本又取消了这个装置。当CR400AF和CR400BF在以轴重不超过17吨为前提进行超员运行且制动初速度为350km/h的运行工况下，列车在紧急制动UB试验和紧急制动EB（纯空气部分）试验中，连续两次纯空气紧急制动的距离均不超过6500m且制动盘的温度不超过安全限值。

       特别地，“和谐号”动车组的制动系统在2020年时有70%的市场份额被克诺尔公司占据——制动系统的总成和闸片由克诺尔提供，克诺尔和法维莱提供制动盘和制动夹钳。“复兴号”动车组的制动系统主要由国内企业提供——总成由纵横机电提供，纵横机电和中车戚墅堰提供制动盘和制动夹钳，天宜上佳、浦然、博深工具等提供闸片。

      CRH2、CRH380A、CRH380D与CR400AF的转向架的牵引装置都采用单牵引拉杆来连接车体和转向架，并传递牵引力和制动力。单牵引杆结构简单、减重、省空间，并简化落车作业，但CRH2C、CRH380A和CR400AF为保证车体有充足的回转阻尼力，除了加装抗蛇行减振器，还增加车间减振器。CR400BF在车体间预留加装车间减振器的空间。车间减振器使量产型CR400AF为了便于解编维护，不用大幅降低气动阻力的折棚风挡，而用压缩式橡胶全包风挡，而CR400BF量产型为了统一标准，也用压缩式橡胶全包风挡。

       CRH380B/CL的转向架是CW400(D)，从CW300(D)改进而来，保留枕梁和电机安装支架，齿轮传动比为2.429。CRH380B采用LMB型踏面、大刚度轴箱定位装置和大节点刚度小阻尼特性的抗蛇行减振器：一系横向定位刚度为12.5kN/mm，纵向定位刚度为70kN/mm，抗蛇行减振器节点刚度为35kN/mm，使列车达到300km/h以上时，车轮在横移量2~3mm附近产生小幅极限环运动，车轮踏面磨耗范围较CRH380A大，但磨耗深度小，磨耗较均匀。CW400(D)在侧梁外侧盖板、抗侧滚扭杆附近增加两个垂向减振器，并对一系纵向定位刚度和二系抗蛇行减振器阻尼值进行优化，还对ATP天线中置及偏置悬挂装置、电机安装支架等局部结构的强度进行优化。二系垂向减振器对于衰减（尤其是低频的）的垂向振动有显著作用。

      CW300D和CW400D的电机安装支架的侧立板和上盖板的焊接结构都通过上弯板、侧弯板和加强筋板三部分的组焊结构来加强结构强度。CW300D的侧弯板焊接在上弯板的下面，这种焊接结构存在薄弱环节，疲劳强度储备不足。CW400D的侧弯板转而焊接在上弯板的侧面（如图27），显著减少了上弯板和侧弯板焊接部位的应力集中，上弯板和侧弯板焊接部位承受的压强从CW300D的63.9MPa下降到CW400D的9.0MPa。

       论文《时速400公里动车组紧急制动距离标准设计研究》（2021）指出：当制动初速度为350km/h且非超员载荷工况下，CRH380BL仅紧急制动UB距离略大于CRH380AL，紧急制动EB距离、最大常用电空复合制动距离和最大常用空气制动距离都大幅小于CRH380AL。

       CR400AF的空气弹簧的辅助气室在构架内部。构架的侧梁内侧壁和横梁内侧壁之间加设“U”型截面的钢质弯管，一个构架共加设两个“U”型截面弯管。“U”型截面抗弯截面系数大，应力小，强度高。弯管的“U”型开口侧和侧梁的内侧壁焊接固定，弯管的两端和横梁内侧壁焊接固定（可以是弯管两端和横梁内侧壁插接，再密封连接部位。选择焊接是为了减重），使弯管和侧梁内侧壁形成纵向的空腔。横梁内侧壁在对应于空腔两端的位置各开一个纵向通孔，侧梁内侧壁和纵向空腔之间开一个横向通孔。空气弹簧的主气室位于气囊正下方的箱型侧梁内部，主气室和横向通孔之间横向设一个供空气流动的通道。于是，横梁的空腔里的空气可以沿纵向通孔进入纵向空腔，再沿横向通孔进入通道，沿通道到达主气室。横梁的空腔和纵向空腔可以一起作为空气弹簧的辅助气室，而且横梁和“U”型截面钢管都是整体式结构，结构周围没有焊缝，气密性好，满足高速列车的二系悬挂的减振要求。“U”型钢管和构架焊接，增强了侧梁和横梁连接处的扭转刚度，增强了构架的强度和刚度。抗蛇行减振器座和侧梁底部圆角过渡形成燕尾结构，避免抗蛇行减振器座和侧梁的连接处的应力集中问题。由于侧梁和横梁分别与“U”型弯管焊接固定，SWM/T-400E1的横梁可以插入侧梁的内侧壁而不需要和侧梁直接焊接固定。如果侧梁和横梁直接焊接固定，焊缝不易目测，不便于施焊和进行气密性检测。

         周老先生参与了CR400BF的转向架的整体设计。CR400BF的转向架是CW350(D)，它是基于CW400进行研发，改进了结构型式，采用铝合金枕梁，放弃了电机安装支架。CW350用新的定位转臂，转臂和轴箱是分体式设计，都能选用铝合金材质来减重。一个轴箱能换装多达3种轴承——非接触式密封的圆锥滚子轴承、间隙式密封的圆锥滚子轴承和间隙式密封的圆柱轴承，改变了过往一种轴承对应一个轴箱的情况。转臂的凹槽和轴箱旁的凸台可以装夹不落轮镟床。车轴探伤孔平时被盖子密封，并被轴箱前盖完全遮挡。不同于CW300和CW400的横梁为中空圆形截面钢管，CW350的构架侧梁和横梁都是箱型钢质结构，抗扭刚度增加达19%。CW300和CW400的侧梁和横梁都是通过和变截面连接座相互对接组焊成一个整体，这使侧梁与横梁和连接座的焊缝处于相近区域，使该区域的强度等级严重偏低，提高了焊缝质量要求。而且经研究：变截面连接座刚度偏大，使侧梁和横梁的应力不能均匀传递，连接座附近容易出现应力集中，对焊缝的疲劳性能不利。CW350的侧梁和横梁转而以插接和变截面方式简洁地连接：侧梁上盖板向内延长通过空间曲面结构的连接块和横梁上盖板实现变截面对接，使侧梁上盖板到横梁上盖板实现几何特征上的平顺过渡，侧梁下盖板向内延长与横梁下盖板对接，横梁外立板和内立板又分别外延插入侧梁内部直接与侧梁内立板连接，侧梁和横梁间的焊缝都是对接焊缝。CW350的箱型纵梁和横梁采用过渡连接，使纵梁和横梁处在同一高度。CW350的制动梁和横梁采用箱型过渡连接，且制动梁的箱型结构也进行纵向连接，形成横梁上的双纵梁结构。制动梁的上盖板、内立板、外立板和横梁上盖板形成连接区域的箱型结构，实现制动梁和横梁的过渡连接，改善连接区域的应力水平。

         CW350的构架通过上述设计，显著避免构架侧梁和横梁连接部位刚度偏大和应力集中，使构架主体结构的刚度处于均值水平，并显著避免构架口对口连接的缺点——连接焊缝同截面造成低承载高风险区域，又继承口对口连接工艺简单的优点，并使构架具有很高的强度和扭转刚度。

      CW350的构架焊接工艺简单，侧梁到横梁的箱型结构均为平顺几何过渡，使构架主体结构刚度均匀。CW350D的YJ268A型牵引电机通过过盈配合压装于4个弹性节点，弹性节点再通过8个螺栓与横梁上的电机吊座连接。弹性节点提高足够大的垂向和纵向力来限制电机相对于电机轴线的转动。电机和横梁之间装有横向限位器和与电机轴线平行的电机横向油压减振器，用来限制电机横向位移和衰减电机横向振动，使电机和构架的横向振动解耦。横向减振器装在弹性节点和齿轮箱吊座下方之间。这种电机弹性架悬结构和CRH380D的电机弹性架悬结构相似，简洁、省空间，易于维护。电机顶部通过螺栓装有电机通风装置。

       CW350的侧梁上有抗侧滚扭杆座、二系垂向减振器座、抗蛇行减振器座和轮盘制动吊座。CW350D的横梁上有电机吊座、横向减振器座、齿轮箱吊座和牵引拉杆座（上面说到：CW300的齿轮箱吊座位于纵梁）。CW350的横梁上有轴盘制动梁（轴盘制动吊座和制动梁圆形横向截面钢管组焊为一体）、牵引拉杆座和横向减振器座。枕梁下的中心销通过螺栓和枕梁连接，并通过牵引梁和“Z”字形牵引拉杆和构架横梁连接。枕梁和构架之间还连接有空气弹簧的高度调整阀、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗侧滚扭杆和抗蛇行减振器。

       CR400BF-J-0511采用碳陶制动盘，3号和6号车厢采用加装有线性涡流制动机的CW400型转向架。在济郑高铁成功开展435km/h交会试验后，CR400BF-J卸下了涡流制动机。

       特别地，中车分别为CR400BF-J和CR400AF-J的转向架设计了裙板，显著降低转向架的噪声和空气阻力。CW350(D)的裙板内侧采用纵向的固定销和横向的防松螺母和安全销将裙板和车体边梁下设的固定支架固连。这种防松脱结构是一维的，非常简洁，使裙板的外表面非常平滑。SWM/T-400E1的裙板的防松脱结构是三维的：裙板的上部外表面有很多圆形黑洞，那里有横向嵌套的钢套块，紧固螺母从裙板内侧将钢套块固定在裙板上。钢套块负责从横向连接车体边梁与转向架的构架（借助过渡板和垫片）。转向架裙板的两侧通过紧固件和车体的裙板纵向连接。转向架裙板的下部是轮廓类似香蕉的铝材外凸弧面。

       继续介绍周老先生的报告内容：       

       今年，咱们办了冬奥会，冬奥会的一项工程就是京张高铁。京张高铁对中车，对我们新一代铁路的发展都给了很大的动力。

       长客设计过适应俄罗斯铁路的CW360(D)型转向架。这个转向架为了适应俄罗斯的宽轨铁路，构架、枕梁、二系悬挂等结构都放大了。和变轨距无关的结构，跟过去的转向架是一致的。因为经济原因，这种转向架没有和俄罗斯签上合同。

        长客、四方、唐山都在做变轨距转向架，速度等级从350km/h增加到400km/h。长客有研制CW360的经验，所以研发基础更好。长客的时速400km/h变轨距转向架的型号是CW370。

       让转向架在标准轨距和宽轨距间进行变化，就是让车轮在车轴上进行横向移动。长客的变轨距方案如下图所示：

      （和CW400相比）构架和二系基本没有变化，变化在于轮对轴箱。如上图，它增加了三项功能：承载（抬起）——在变轨距过程中，使垂向力尽量小，摩擦系数一定的情况下，横向移动时的力减小；横向对中（列车的前进方向叫纵向；纵向的左右方向叫横向；重力的方向叫垂向）；锁紧——横向对中的核心环节，将变化后的轨距锁紧，不再使它发生变化。这三种装置之间都会有小的间隙，如何保证既不影响车辆的动力学性能，又不影响运行安全（轨距变化后能固定下来），这是有难度的。咱们具体看结构原理：

        固定轨距的时候，车轴和其他部件采取过盈配合。变轨距就要做间隙配合，间隙配合时的转矩和扭矩如何处理，周老先生的设想是在下图的黑色圆圈所示位置添加鼓形齿。

       间隙配合还会产生磨耗问题，周老先生的设想是在下图的黑色方框所示位置增加滑动轴承。滑动轴承本身也有磨耗问题，就在轴承外加一个2mm厚的合金钢材质的套，让外套来承担磨耗。换套比换轴省很多钱，同时避免换轴可能引起的行车安全问题。

      CR400AF变轨距试验车的转向架外侧和上图介绍的CW370一致——轮对的外侧有显眼的变轨装置。

四、下一代转向架技术研究

       第三部分论述的动车组技术都是过去提出来的。过去我们对高速动车组提5个“更‘’，现在改成了8个“更”（如下图所示）。

       于是国铁在2021年提出了CR450型动车组科技创新工程，要求CR450的速度等级达到400km/h，而且非常重视研制转向架。2021年10月，国铁开了一个技术研讨会，这次研讨会形成的纪要明确表明，我们要研制内支撑转向架。

       “纪要如下：        

        一、依据CR450动车组顶层技术指标要求，需同步对转向架及转向架区域开展减重、减阻和降噪技术研究，为此唐山公司、四方股份、长客股份基于CR400动车组转向架成熟技术提出了CR450动车组外置轴箱转向架技术方案，同时研究提出了内置轴箱转向架技术方案。

       四、专家建议：

       1.针对CR450总体技术指标，专家一致同意开展创新性工程化应用，建议开展内置轴箱转向架专项研究，尽快开展外置和内置轴箱转向架技术方案设计、计算及试验验证等工作，获取CR450创新工程相关技术数据。”

       这意味着：随着国外持续发展内支撑转向架，这场技术研讨会把研制国产内支撑转向架从建议变成决策。

       外支撑转向架是把轴箱、轴承，构架置于轮对的外侧，内支撑转向架就把这些结构移到内侧，如下图所示：

       西门子一开始给英国提供SF5000型外支撑转向架，速度等级为160km/h。但是庞巴迪做起了FLEXX Eco，而且自重很低，磨耗很低，维护方便，所以西门子基于SF5000研制出SF7000型内支撑转向架进行竞争。

       根据西门子的介绍，SF7000相比前代SF5000，转向架的整体质量下降了37%，而且缩短了轴距，结构更加紧凑。目前SF7000是西门子给英国提供的Desiro City系列通勤列车的标准转向架，目前（2022-10-25）至少有3000个SF7000在运用，运用地非常成功。

       西门子基于SF7000又研制了SF7500型内支撑转向架。SF7500的体积、重量、轮径和轴距有所增加，动力和无动力转向架的最大允许轴重达到20吨。

       庞巴迪在收购ADtranz之后集成了上世纪英国、德国和日本研究内支撑转向架的成果，已经比较善于研发内支撑转向架（1985年戴姆勒收购了AEG电气股份公司后，后者更名为AEG股份公司。1995年AEG整体并入戴姆勒，同年，ABB的铁路运输系统事业部又和戴姆勒的相同部门组建成ADtranz。1999年ADtranz所有股权归入戴姆勒。2001年庞巴迪收购ADtranz组建成庞巴迪运输集团，公司总部在柏林）。庞巴迪基于B5000型内支撑转向架，在2001年成功研制了B5005型内支撑转向架用于英国的Voyager、Meridian和Turbostar城际列车。B5005的速度等级达到200km/h，代表了内支撑转向架在国外的第一个典型应用。庞巴迪还基于TR400型转向架（下面会说TR400）开发了FLEXX Eco系列内支撑转向架，其中FLEXX Eco 510x是英国Aventra城际列车的动力转向架。FLEXX Eco 5101基于B5005研制，是德国的ICE 4型动车组的无动力转向架。庞巴迪的内支撑转向架已经累计生产了超过1万个。

       FLEXX Eco的一系定位用拉杆式定位，一系悬挂用橡胶弹簧。FLEXX Eco 5101重5.5吨，轴距是2.3米，新轮直径是825mm，磨耗轮直径是750mm，一系定位用拉杆式定位，一系悬挂用金属橡胶弹簧，其中拉杆的定位刚度较小，使轮对在曲线上能良好地径向通过；一系垂向的悬挂刚度较硬，以此实现抗侧滚。它的二系悬挂由空气弹簧和橡胶弹簧串联组成，空气弹簧内部集成了失气时使用的紧急锥形弹簧。它的二系抗侧滚扭杆的中间是弓形的，以适应转向架狭窄的空间，基础制动采用电空制动单元，采用轮装和轴装制动盘。轮装制动盘的制动夹钳配有弹簧停放制动单元。磁轨制动在紧急制动时使用（参考文献：轨道车辆轴箱内置式转向架技术发展研究[J]，2020）。

       阿尔斯通研发的内支撑转向架的速度等级不高。

       周老先生提了一句TR400，笔者就尝试作以下补充：    

       日本在上世纪90年代和欧洲合作研发内支撑转向架，当时适逢东日本铁道公司开发出了名为STAR21的高速试验动车组，该型列车跑到了425km/h的最高速度，而且它是E2系的原型车。1995年，在DB AG（德国铁路股份有限公司）和东日本铁道公司进行高速转向架技术交流与合作期间，双方提出同时研制新型转向架，转向架的指标都是自重不超过5吨，而且速度等级达到350km/h。日方给ICE 2的拖车设计了TR9005型外支撑转向架，日本的住友公司负责生产。德方则委托庞巴迪运输集团（当时还是ADtranz）给E2系（0番台）设计了TR400型内支撑转向架，德国的Talbot公司负责生产。TR400是庞巴迪在与英国人合作研发的B5000型转向架的基础上设计的（实际上B5000是1989年由ABB公司研制的），2001年研制成功。TR400的速度等级是350km/h，自重4.99吨，设计轴重14吨，新轮直径是780mm，磨耗轮直径是730mm。一系定位是拉杆式定位，一系悬挂用合成橡胶弹簧，一系抗侧滚用垂向油压减振器。二系悬挂用空气弹簧、一个半主动垂向减振器、一个主动横向减振器、抗侧滚扭杆和每侧两个抗蛇行减振器，制动采用4个轮装制动盘和两个斜对称安装的轴装制动盘。TR400还可加装直流励磁制动机，并试验了磁轨制动。TR400经过德日双方共同进行轻量化改进后，装在ICE S上，在2001年8月13日，在柏林—汉诺威高速城际铁路上跑到了392km/h。但是日本没有把内支撑转向架从一项技术变成一种主导性的产品，所以后来的新干线列车，包括商业化运营后的E2系列车，继续使用外支撑转向架。

       日立在2017年针对苏格兰的Falkirk线（连接爱丁堡和格拉斯哥）研发了AT-200/300型高速城际列车，列车速度等级达到200km/h，在部分无动力车上采用内支撑转向架。

       韩国在高速、变轨距和内支撑技术上还是有所研究，周老先生在这里不再展开。

       在国外研制的高速转向架里，我们重点认识西门子的SF900。下图是SF900的无动力转向架。SF900集成了SF500和SF7000的设计经验，是目前长客非常欣赏的一型转向架，因为它的速度等级达到360km/h，结构型式非常不错，而且是西门子全系开发的。

       我们从下面这幅图里看，SF900为了跑高速，而且减重，它的一系悬挂用的是圆钢弹簧，而且是偏置，这主要是因为车轴上面的空间太小。这个钢弹簧也是线性弹簧，但可能有振动传递频率偏高的问题。SF900的一系定位是转臂式定位，转臂旁边还加了钢制的抗侧滚轮。SF900的构架宽度小于SF500，可以在车体的侧面用轮廓类似香蕉的裙板对其进行遮蔽，也可以在底部对转向架几乎完全遮蔽（类似中南大学和长客研究的全包裙板加大底板的包覆形式）。西门子认为，将转向架完全封闭肯定要解决散热问题——尤其是制动的时候，但是减小转向架区域的气流涡流更加重要。SF900的二系悬挂是每侧一个空气弹簧、一个垂向减振器、一个横向减振器，两个抗蛇行减振器。西门子的宣传是：SF900比SF500减重25%，转向架外部的全封闭设计能实现15%的节能和降噪；进一步地，Velaro Novo比第六代Velaro减重15%，横向宽度更短的受电弓和流线型车顶使Velaro Novo能耗减少10%，Novo以300km/h运行时，能耗比Velaro TR下降30%。对于空气制动，SF900动力转向架用踏面制动，无动力转向架用踏面制动和轴盘制动，都不考虑直流励磁制动。SF900的无磨耗制动则考虑再生制动和电阻制动。

       我们把视线转回国内。铁老大在2020年还没有针对内支撑转向架专门定课题，只是在轻量化的大课题里定了课题五，而且只叫技术研究。研究就只钻研技术，现在说要研制，就是要出成品。

       铁老大对这个转向架提出如下图所示的技术指标。重点是这两点：速度等级达到400km/h，轴重从17吨降到14.5吨。14.5吨的轴重是根据车轮直径（920mm/850mm）和轴距（2.5米）等一些必须固定的指标来确定的。

        下图是研制转向架的计划节点，周老先生没有作任何解读。2022年和2023年的几个计划节点值得注意：“完成······主动控制技术方案”、“完成部件和样机试制”，“完成线路型式试验和研究性试验”。CR400的型式试验是在大西客专进行的。

       中车的三个主机厂2021年都拿出了自己的内支撑转向架的方案。

       笔者在这里做以下补充：

       在去年9月27日的中国轨道交通工业峰会上，唐山公司展示了其新型都市快轨列车及其使用的“弓系”内支撑转向架。“弓系”的构架纵梁的中部向下弯折较大的角度以降低转向架重心和车体地板的高度，一系定位是拉杆式定位，一系悬挂用螺旋碳纤维弹簧，二系悬挂有空气弹簧和一对抗蛇行减振器，采用永磁直驱技术和碳化硅牵引变流技术，速度等级达到200km/h。该型快轨列车将开行在规划中的雄安至大兴机场快线（R1线）。

       根据周老先生作这个主题报告之后网上流传的一幅图，四方的速度等级为350km/h的内支撑转向架已经做出了试验用的成品，装在一列CR400AF-S型双层动车组的试验编组上。

       四方认为，轴箱置于轮对内侧可实现转向架体积减少约10％，重量减轻约10％~15％，进而降低空气阻力，降低构架的扭转刚度，提高转向架的曲线通过能力。四方的高速内支撑转向架很有意思，它采用以下设计：

       构架只包括两个纵梁和一个横梁，纵梁和横梁均为箱形组焊结构。纵梁的中部焊接在横梁两端，三个梁组成“H”型构架，构架组成和FLEXX Eco接近（“弓系”的构架包括两根箱形纵梁和两根箱形横梁，是四个梁）。纵梁的纵向中心面距离在1200mm以内。

       纵梁中部的上盖板的部分侧缘向内延伸形成横梁的箱体部分上壁，纵梁中部的下盖板部分侧缘向内延伸形成横梁的箱体部分下壁，即上、下盖板的部分侧缘向内延伸形成的延伸段分别与横梁的上板体、下板体对接焊接。横梁的前、后立板再与相应侧的纵梁内侧板焊接。所以新型内支撑转向架的横梁与纵梁的连接部分使用同一上盖板、下盖板形成，使纵梁和横梁的连接位置逐渐过渡，避免了纵梁和横梁的连接截面在几何特征上的突变，大大降低两者连接位置的应力集中，提高构架的安全性。

       特别地，构架纵梁的对侧的端部的箱形结构向构架内侧折弯。纵梁内侧不向内折弯的部分设牵引电机吊座，向内折弯的部分设齿轮箱吊座。一方面，折弯的箱体可以加强纵梁的支撑强度，另一方面，齿轮箱吊座位于纵梁的箱体段内部，结构紧凑，节省空间。

       一系定位用单拉杆式定位，拉杆提供纵向刚度，拉杆的长度非常短。一系悬挂用螺旋圆钢弹簧和垂向减振器，一个轴箱用两组圆钢弹簧和一个垂向减振器来悬挂。圆钢弹簧纵向排列在轴箱的两侧，并关于轴箱的中心轴对称，一系垂向减振器位于靠近纵梁端部的圆钢弹簧的外侧。轴箱和构架之间通过橡胶组件进行弹性连接。

       二系空气弹簧的下面有附加箱体，使构架纵梁和横梁连接段内部的气腔与附加箱体的气腔共同形成空气弹簧的气室。横梁上设有中央牵引拉杆座，中央牵引采用“Z”字形双拉杆，牵引拉杆连接在牵引梁和构架横梁之间。中央牵引拉杆座下面是牵引电机的横向减振器座。横梁上表面两侧各设有一个横向止挡块，用来限制车体的横向位移。横梁的前、后立板还各设有一个电机横向止挡座。二系悬挂除了空气弹簧、横向止挡、中央牵引，还有抗侧滚扭杆和抗蛇行减振器。

       牵引电机、联轴节、齿轮箱和轴承组成驱动系统，组成所述驱动系统的各部件形成整体后，该整体通过三个弹性节点定位于构架，实现电机和构架的振动解耦。三个弹性橡胶节点中的两个位于同一纵梁并作为齿轮箱吊座，剩下一个位于另一侧的纵梁并作为牵引电机吊座。三个弹性节点围成的三角形的中心和驱动系统的重心重合。

       纵梁上的齿轮箱吊座8-b后面是一个横向贯穿纵梁的支撑管，支撑管向纵梁外侧延伸，延伸处有轮盘制动吊座和空气弹簧的高度阀安装座。

       长客的内支撑转向架完全是按照铁老大的指标来设计的，型号定为CW500。

       即使内支撑转向架已经是一种发展了数十年的转向架，就连轴箱内置在汽车里也早已是深入人心的概念，速度等级达到400km/h的内支撑转向架的技术也还是前所未有的。因为速度这么高的内支撑转向架，它的受力情况太复杂。

       CW500的无动力转向架已经在做工程化设计了，预计2022年会出成品。在下面的文段，我们会探讨CW500。

       长客公示的CW500的无动力转向架没有出现联系枕梁，但笔者认为CW500配有枕梁，一是构架的空间不够用作空气弹簧的气室，二是CW500的抗侧滚扭杆是由吊杆向上支撑的，扭杆两端的接口需要固定在枕梁上以发挥抗侧滚作用。

       按周老先生的话说，转向架能不能达到它设想的速度等级，取决于它的结构型式，其中很重要的是一系的结构型式。

      先看一系定位。CRH5是结构较复杂的双拉杆式定位。现在四方和唐山的内支撑转向架都在用拉杆，而SF900和CW500还坚持转臂式定位。

       转臂式定位本身具有零件少、组装作业时间短、利于维护、性能稳定、不需要组装工装且定位刚度不需要选配、容易实现不同的纵向和横向定位刚度，从而有效地抑制转向架的蛇行运动，以满足车辆横向运动的性能要求等多个特点。

      西日本铁道公司牵头开发了WIN 350试验动车组，为旅客列车的速度等级是否能达到350km/h作技术验证，并通过试验来确定500系（速度等级定为300km/h）新干线列车的基本型式。WIN 350先后试验了分别由川崎重工、日立制作所及住友公司生产的WDT9101、WDT9102（圆柱叠层橡胶）及WDT9103（单侧双拉板）三种轴箱定位形式各不相同的转向架，在广岛—博多之间进行运转试验。试验表明三种转向架的动力学性能没有明显差别，为了便于维护，500系采用了与WDT9101相同的转臂式定位。特别地，WIN 350在达到350km/h后，其噪声超标（新干线的要求是距离轨道中心线25米，地面1.2米高处的最大声级水平不超过75分贝）。500系列车采用全动车编组，但在东海道新干线的最高时速被限制在270km/h，性价比不理想，所以只生产了9列。

       长客认为，拉杆式定位不能说不行，它节省空间，只是转臂式定位可能更适合跑到400km/h的速度。法国V150试验列车的转向架一系的组合就是转臂和圆钢弹簧。

      为了避免转臂式定位可能有刚度偏大的问题（也为了避免横向支承跨距减小而增大车体颠覆系数） ，SF900用钢制扭杆作为一系抗侧滚，CW500则用垂向减振器。长客认为，过去的一系的结构的振动频率很大，如果在时速400公里用扭杆，它的寿命是一个问题。对于中央牵引，无间隙更适合跑高速。

      下图将说明转向架的一项重要指标——轴重：

       CR400BF重达500吨，要降到CR450的450吨，长客的压力是很大的。轴重方面，日本人测了三种轴重参数。这里面平均轴重是和整车重量相关的，最大轴重是和强度相关的。Novo是7辆编组，平均轴重是15吨，假设它改成8辆编组，平均轴重就大约是13吨。

       内支撑转向架好在哪里？

       主要好在它改进了受力结构。如下图所示，外支撑转向架的轮轴在通过曲线时受到的弯矩是车体所受的向心力和车体重力这两个力的弯矩（bending moment，简写为BM）的叠加，叠加的值和车体通过曲线的速度正相关。内支撑转向架的轮轴在通过曲线时受到的弯矩则是车体所受的向心力和车体重力的弯矩的向量和。因为这两个力的弯矩在轮轴通过曲线时一直是相互抵消的，所以轮轴在通过曲线时的磨耗大幅减小，轮轴在列车直线运行时才会受到最大的弯矩。

       此外，内支撑转向架的构架支撑点、一系定位、悬挂，轴承都在轮对内侧。通过减小一系悬挂的横向跨距，减小构架和车轴的横向尺寸，转向架的总重量就降下来了。另外，减小一系悬挂的横向跨距，也是在降低轮对的摇头角刚度和转向架的扭曲刚度，便于通过小半径曲线。所以内支撑转向架不仅有很强的曲线通过能力，也有很强的适应线路扭曲的能力，适用于曲线半径小、坡度和顺坡率大的铁路。

      论文《轴箱内置和外置高速转向架的动力学性能对比》（2021）认为：在线路条件、载荷和运行速度等因素的影响下，不论高铁线工况还是既有线工况，轴箱内置转向架的轮轨横向力和轮轴横向力均低于轴箱外置转向架。表明轴箱内置转向架的动力学性能优于轴箱外置转向架，内置转向架能有效地提高高速列车线路运行适应性，提高列车运行安全性，降低车轮磨耗，改善轮轨接触关系并提高乘车舒适性。当列车最高运行速度≥250km/h，运营里程大于25万千米时，轴箱内置和轴箱外置转向架的车轮磨耗深度增长速度均变快，这说明在一定运行范围内轴箱内置转向架能有效降低车轮磨耗，使车轮镟修周期变长，延长了车轮使用寿命。

        下图中的文字是：

        转向架直线上垂直荷载下的弯矩；

        转向架剪力下的弯矩；

       内支撑转向架的不足，大家常说的就是检修轴承的问题。轴承在中低速下都相对耐用，那么高速下轴承如何能做到使用周期内免维护，或者易于退卸，可以进行研究。

       CW500的构架是基于CW350的成熟技术来设计的。我们可以把下图所示的黄色部分（轻量化集成安装座，用来安装抗侧滚扭杆、二系垂向减振器和抗蛇行减振器）用钢或铝来制造（目前用铝合金）。同时构架中部向外侧突出的侧梁的横断面由两端到中部逐渐增大，这种变截面设计不仅能够增强构架整体抵抗菱形载荷的能力，还能有效增加两个组合型侧梁上空气弹簧的间距值，将簧间质量沿构架的横向外延，为原本紧凑的空气弹簧、牵引中心等附属设备拓展布置空间，并提高了两个二系抗侧滚扭杆座之间的扭矩阻尼值。一系结构不能占据超过构架宽度的空间，以保证构架的强度。

         CW500的转臂在垂向和一系悬挂用的是弹簧固连，在纵向和横向的定位节点则用橡胶。

       CW500采用由玻璃纤维和碳纤维组成的复合材料板弹簧，轻量化非常明显。底下用橡胶堆来承担纵向和横向的载荷，纵向和横向又有节点，板弹簧就只承担垂向的载荷。现在的一些家用汽车，甚至是一些大货车都在用板弹簧，那么CR450用板弹簧合不合适，值得期待。长客对CW500的一系垂向减振器有一种新的设想（未见于CW500的公开资料），就是把它做成可互联的结构，两个减振器之间用一个小气缸连接。在防止侧滚的时候，由气缸来提供抗侧滚力。类似的这种结构在汽车上较为常见，但从未应用在高速动车组。

        这是长客设计的CW500的板弹簧，是线性低刚度弹簧。

       接下来要解决驱动问题。驱动装置的作用是将传动装置输出的功率传动给动轮对，一般包括牵引电机、牵引电机悬挂装置和齿轮传动结构。长客用小齿轮空心，因为构架里的空间比较小，西门子用大齿轮空心，可能更好。CW500和SF900都加装永磁同步电机。SF900加装西门子的1DB2222型永磁同步电机，采用装有IGBT的牵引设备，辅助变流器引入碳化硅器件。两台1DB2222于2015年5月到2016年6月利用俄罗斯的“游隼号”动车组进行了48.1万千米的装车运用。

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       笔者对永磁同步电机作下列简单论述：

       TQ600型永磁同步电机重615kg，起动转矩3500N·m（实际输出3100N·m），额定功率是690kW（比AGV的LCS 3550C略小）。TQ600比YQ365功率密度提升31.5%，重量下降35%，效率提高3%，能耗减少10%以上，且TQ600在试验温度达到180℃时，永磁体不可逆损失不足5%，抗去磁能力强。晏才松团队2019年设计出TQ800型永磁同步电机，它可能用于CR450。

       传统的交流同步电机在工作时，转子需要给上励磁电流来产生磁场。励磁装置体积大、价格高。永磁同步电机的定子和交流同步电机的相同，转子上有永磁材料（民用常用钕铁硼，军用常用钐钴），定子通入交流电后产生的旋转磁场和转子产生的静止磁场耦合，耦合的磁场产生与定子旋转磁场旋向相同的电磁转矩，当输出的转矩超过转子的摩擦转矩以及永磁体的阻尼转矩时，电机便开始向外做功，并不断地加速直至同步。这个过程是以永磁代替励磁，没有励磁损耗，定子铜耗相对较小，转子没有铜耗，所以永磁同步电机的效率比同功率的异步电机高3%，前者的维护成本和噪音也更小，而且在接触网停电或蓄电池电压不足的时候也可以进行电阻制动。永磁同步电机功率密度大（LCS 3550C功率密度约为1kW/kg），空间和材料利用率高，在同等尺寸和质量的条件下可以实现低速大转矩。Velaro Novo充分利用永磁同步电机的特性，可以在全速度段实施电制动，大幅减少闸片磨耗（CRH2C减速到15km/h时切除电制动，CRH380AL减速到10km/h时切除电制动）。最后，永磁同步电机的体积可以比同功率的异步电机小30%。

       2018年3月11日，笔者从Bilibili uid: 2283747得知TGV-2N2不同于早期TGV-D采用同步电机，改用异步电机。因为大功率的IGBT设备投入使用后，异步电机节能和结构简单，易于控制的优点比较明显。

       但对于更高速度的内支撑转向架，笔者认为异步电机根本塞不进去，将来如果用上永磁直驱，取消齿轮传动结构，整个驱动装置的体积可以更小。不过永磁直驱对于高速动车组还是一项尚未成熟的技术，要解决的问题有很多。

       长客和西门子的牵引电机都是架悬，这样能增加簧间质量，减小簧下质量（簧间质量增大后，牵引电机采用弹性架悬可以改善蛇行运动稳定性）。这时牵引电机和齿轮箱的相对位移很小，那么联轴节就可以做得更简洁。西门子用刚性架悬，长客可能用弹性架悬，因为过去认为：对于同一型号的高速动车组，弹性架悬的动力学性能优于刚性架悬，前者对一系悬挂参数的敏感度更低。

       内支撑转向架的动力学分析和主动悬挂技术研究也会开展。

       CW500的二系悬挂有空气弹簧、两个垂向减振器、两个横向减振器、一根抗侧滚扭杆和两个抗蛇行减振器。周老先生设想（未见于CW500的公开资料）在扭杆两端加上二系垂向减振器，再通过主动控制技术，使钢制扭杆具有小幅倾摆的功能，且如果采用具有抗侧滚功能的一系减振器，二系就不需要加钢制扭杆，只需要两个垂向减振器。

       长客对一系的定位节点也做了研究。周老先生认为，高铁的曲线半径较大，研究定位节点的性能对于小半径曲线更有价值。

五、交通技术的未来发展

       周老先生接下来介绍的都是宏观的事物。

       高铁技术大国还要加上法国。日本几乎在列举的每个领域，发展得都不错，所以日本确实有它独到的地方。

       现在国外和我们都在开发高速磁悬浮列车，国外还在开发其它不寻常的铁路系统。

       欧洲的NGT发展计划长达三十年（2000~2030），在11年（2007~2018）里出了三代产品，但还没看到线路试验的信息。

       沈院士认为，为探索轮轨的极限速度，600km/h的轮轨技术需要研究。现在磁悬浮列车已经达到了600km/h，如果轮轨也达到600km/h，那么轮轨仍然有优势。

       我们提高轮轨的速度等级，可以从哪些地方入手，【联队长说高铁12】将继续围绕周老先生的主题报告进行探讨。