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高速列车车身减振技术专利技术分析

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龙银萍

摘要：针对近年我国高速列车发展的重大需求，本文从专利分析角度进行高速铁路列车中车身减振技术发展体系的特点，并相应提出了我国高速列车减振技术的发展建议。

关键词：高速列车;车身减振技术;专利;技术路线

一、概况

高速列车是现代人们常用的出行方式，高铁提速大大的缩短旅途时间，随着高速铁路技术的快速发展，对列车的平稳性和舒适性要求越来越高。如何在高速列车车体轻量化而引起弹性振动加剧的前提下，抑制车体弹性振动以保证列车的运行平稳性和舒适性就是其中之一。

1、车身减振技术

车身减振技术主要包括转向架、车身框架，车身框架又包括车箱、地板等方面。对于转向架为了保持其运行稳定性，抑制振动的传递和扩大，在高速列车的转向架上通常采用了二系弹簧悬挂和三向油压减振器技术。为了减小横向振动，高速转向架上采用了轴向游间更小的圆锥滚子轴承，使轮轴在行驶中出现的横向位移更容易复原。

2、中国专利申请技术主题分析

根据中国专利申请技术主题分析数据统计，可以看出：中国专利申请中高速列车减振技术主要分为：车身、车头/车尾、车端连接和轨道。其中，车身减振技术专利申请量居于首位，占中国专利申请量的78%;而排名第三的轨道减振技术低于日本的专利申请量。

分析结果显示：

（1）发明创造使用的技术手段主要涉及到改进转向架构架、轮/轴箱、一、二系悬挂、增加弹性装置、改进回转阻尼装置、改进牵引装置、使用主动/半主动悬挂等9方面（图2-2-5），其中优化构件结构参数的技术手段使用最为突出;获得的技术效果集中体现在改善性能、改善作用力、提高阻尼、改善减振器等方面，其中改善各项性能指标与改善构件间作用力是最突出的技术效果。

（2）技术手段与功效的对应关系显示出目前最常使用发明创造技术功效组合是：优化结构以改善构件间作用力（主要通过调整构件间的位置/连接问的设计数据实现降低构件间位移/摩擦造成的冲击/碰撞力）、增加弹性装置以改善构件间作用力（弹性装置主要包括弹簧/橡胶件/减振器）等。

二、高速列车车身转向架减振技术发展路线

通过高速列车减振技术发展路线可以看到：国内外申请人对高速列车车身减振技术都有关注，国外主要申请人有：韓国铁路研究所、庞巴迪、日立、川崎重工、阿尔斯通、西门子，国内主要申请人有：南车、中车、长春轨道客车、深圳市乾行达科技、西南交通大学、齐齐哈尔轨道交通。转向架减振又可分为构架、一系悬挂、二系悬挂、牵引驱动、轮轴/轴箱、弹性装置等。如下分别对其进行分析。

1、构架减振

1981年，庞巴迪申请了针对快速轨道列车转向曲线的转向架框架减振磨损技术;1993年，ALLM对转向架轻量化的减振结构;1997年西门子提出了结构紧凑的转向架结构方案;2001年KAWASAKI采用在转向架框架结构之间设置弹性结构以降低其减振的技术问题;2015年KRRI进一步对转向架的控制提出了新的改进措施。从上述发展历程可知，构架减振主要分别从结构的优化设置、材料的选择、控制、减振类型等方面进行入手从而达到减振效果。

2、轴箱减振

南车分别在2007年和2010年先后提出轴箱弹性组件上设有可让摇枕与侧架产生相对摆动或转动的簧上摆动机构和轴箱悬挂装置采用双侧利诺尔减振器与轴箱定位的方案;2016年，中车在轴箱上增加橡胶垫以降低其减振的技术问题。对于轴箱减振，主要还是集中在对轴箱整体增加弹性结构以提高其稳定性的方式。

3、一系悬挂

中车在2016年提出弹性环弹性变形带动顶盖相对于外套筒下滑，从而在实现减振功能的同时形成向上的垂向摩擦阻尼的方案;2017年，西南交大在驱动装置上设有横向惯性作动器，构架横梁中部设有传感器，传感器通过信号线与控制器连接，控制器输出接惯性作动器以降低其减振的技术问题。由此看出，一系悬挂的减振方式还是集中在弹簧、橡胶、液压减振器等常见的减振装置上，而今年来也在开拓控制方面的研究。

4、二系悬挂

1990年，HITACHI申请了构成车身轴承装置3的主要构件包括用于姿势控制的致动器，用于振动控制的致动器和空气弹簧的减振技术;并于1996年提出主动调节空气弹簧的高度;2010年KRRI提出控制扭杆前后各方向上的摆动;2012年，南车的扭杆安装块落于腹板上，形成类似一种减振缓冲，将垂向力和弯矩产生的附加力分由两部分承担;2015年，BOMB提出二次弹簧的局部位置相对于转向架框架可更换以降低其减振的技术问题。空气弹簧和扭杆结构是二系悬挂的主要改进对象，并主要通过改进其各向上的性能以提高整体减振效果。

5、弹性装置

1989年，ALST申请了锥形弹性连接件的减振技术;2016年，中车提出直接将橡胶层直接与承载鞍通过硫化工艺成型为一体式结构，无需下衬板与承载鞍连接，省略金属性的下衬板可大大降低橡胶垫整体的横向刚度;20