一、转向架简介

转向架是轨道交通车辆结构中的重大核心部件，占整车重量的40%。它好比是我们人类的双腿，对于轨道交通车辆的运行有着不可替代的意义。性能优异的转向架上的各种参数直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。转向架构件及各部件参数是否合理，直接影响车辆运行品质，动力性能和行车安全。

转向架主要作用：

1、采用转向架可增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度。

2、保证在正常运行条件下，车体都能可靠地坐落在转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动。

3、支撑车体，承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。

4、保证车辆安全运行，转向架相对车体可自由回转，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过小半径曲线。

5、安装了弹簧减振装置，保证车辆具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性。

6、充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。

二、转向架发展历程

转向架多采用优质碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢制造。今年来，随着轨道交通装备设计要求（如节能、环保等）的提高，轨道交通装备必须不断提高品质以减少列车运行能耗。减轻轴重、节能降耗是轨道交通装备的重要发展方向之一，其关键途径就是实现轻量化。

相比铝合金等轻质金属材料，碳纤维复合材料以其轻量化、高强度、高耐候的优异综合性能，及在航空、航天、船舶等领域的成熟应用，成为解决轨道交通装备轻量化问题的最佳选择。

2.1 国外应用情况

早在1985年，德国就利用玻璃纤维生产了设计速度200 km/h的HLD_E转向架，接着日本在1989年生产了第1个CFRP转向架，之后法国、英国均进行了相应的轻量化设计。

图 世界第一台复合材料转向架（德国）

德国联邦铁路MBB公司研制了用于城市间高速列车的碳纤维复合材料转向架构架，使用了碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺。原车整体组件重5.4t，仅转向架构架由钢改为碳纤维复合材料，整体重量降至4.4t ,减轻幅度25％，并且其性能优异，具有裂纹扩散速度慢、消声性能好、几何尺寸误差小等特点。

图 日本复合材料转向架

2014年，日本川崎重工研发世界首个CFRP（增强碳纤维）构架和悬挂功能的转向架efWING。在研发efWING时，川崎重工利用CFRP代替钢材来作为构架的主体结构，且在无需传统的螺旋弹簧的条件下具有悬挂元件的功能，从而成功地开发了将弹簧功能集成化的结构简单和轻量化的转向架。与传统的钢制构架相比，重量降低约40％，相当于每车减900kg,这一显著的减重效果提高了能源的利用率并降低了二氧化碳的排放。efWING目前已在美国交通技术中心（TTCI）进行了4500km的线路运行试验，结果表明运行中满足安全性要求且性能稳定，特别是弓形的CFRP构架能够具有悬挂元件的功能从而将载荷稳定地传递至钢轨，在改善运行平稳性的同时降低脱轨风险，由于轨道不平顺而引发的轮重减载率只有先前的一半左右。

图 英国复合材料转向架

由ELG Carbon Fibre（英国科斯利）和哈德斯菲尔德大学铁路研究所共同发布合作伙伴开发的CAFIBO轨道转向架，采用了碳纤维回收材料再利用及3D打印技术。新型CAFIBO转向架比常规转向架轻，并优化了垂直和横向刚度。该转向架通过减少轨道上的垂直和横向载荷来减少轨道磨损和基础设施维护成本，通过嵌入式健康监控系统提高可靠性和运营可用性，减少了能源消耗。

2.2 国内应用情况

复合材料在国内起步较晚，但发展迅速。

2018年9月，在德国举行的柏林国际轨道交通技术展上，中车四方股份公司正式发布了新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”。CETROVO设计研发团队指挥丁叁叁介绍，与采用钢、铝合金等传统金属材料的地铁车辆相比，CETROVO的车体、司机室、设备舱分别减重30%以上，转向架构架减重40%，整车减重13%。这意味着它的节能可达到多少？团队给出了令人兴奋的答案：15%。CETROVO的面世证明了碳纤维复合材料在轨道交通承载结构的应用取得了突破性进展。

2021年9月，中车集团在中国轨道交通工业140周年峰会现场发布了新型都市快轨列车。该列车的转向架颠覆了传统轨道车辆转向架的设计思路，在国际上首次推出了“全装配无焊接、多级刚度挠性构架”全新设计理念，较传统转向架重量减轻25-40%，车辆运行能耗减少15%以上，轮轨磨损降低30%以上，噪声降低2-3DB，全生命周期成本降低15%以上。该转向架集36项国家发明专利于一体。

随着经济与技术的发展，复合材料在轨道交通中的应用的范围会越来越广。

三、复合材料转向架之国际快讯

近日，西班牙机车车辆制造商TALGO公司发布消息称，在Avril 高速列车上使用碳纤维增强聚合物代替钢材料，在不损失结构完整性的情况下将列车转向架重量减轻50% 。这不仅能降低能源消耗，并且能增加每辆列车的载客量。

TALGO表示，这种新型复合材料还完全符合铁路行业最严格的火灾烟雾毒性标准。截止目前， TALGO已根据欧洲标准 CSN EN 13749 完成了复合材料的转向架构架的全面测试，涵盖了转向架构架的所有结构要求。涉及了超过1000万次循环的静态和疲劳测试，检查后报告显示没有任何重大损坏。接下来TALGO将要进行整体轮对转向架在轨道上的测试，使其在真实条件下运行以达到最终验收目的。

欧盟通过Shift2Rail倡议支持这一发展。TALGO表示，复合材料还可用于减轻城际和通勤车辆的重量，从而可能增加载客量、简化装配过程、减少能源消耗和轨道磨损。