走行装置是支撑车体，承担高速列车自重和载重并在钢轨上行驶的部分（见图4-2-8）。由两条或两条以上的轮对、轴承装置、构架、摇枕弹簧减振装置和基础制动装置等配件组成一个独立的结构称为转向架。
图4-2-8 转向架支撑动车组原理示意图
（一）高速转向架设计原则与要求
1．降低轴重及减小簧下质量
轴重是指轮对在静平衡状态下作用于钢轨的载荷。转向架质量涉及轮轨动作用力、噪声、黏着、磨耗、车辆安全以及轨道下沉等问题，可分为簧下和簧间质量。簧下质量主要包括一系悬挂系统以下的转向架构件质量，如轮对质量、轴箱质量、制动盘质量、齿轮箱质量等。
列车高速运行产生的轮轨动态作用力与车辆簧下质量、车辆运行速度以及线路等级相关。高速铁路线路等级高、线路缺陷少，轮轨动态作用力则更多地受车速和簧下质量影响。提高车辆运行速度和增大簧下质量都将增大轮轨的动态作用力。
另外，轴重影响着钢轨滚动接触疲劳损伤。随着轴重加大轮轨接触应力有所增大，钢轨磨耗加大，但在设计初期，轮轨接触一般处于轮轨弹性状态，接触疲劳损伤小。随运营里程增加，轮轨损伤的累积程度不断增加。轴重越大损伤累积速度越快。
因此，轴重和簧下质量设计，应综合考虑转向架动力学特性、钢轨损伤以及轮轨噪声等。
2．保证转向架运动稳定性
转向架运动稳定性的设计关键是车辆临界速度设计。
（1）选择适当车轮踏面型面和等效锥度。不同的车轮踏面型面与钢轨型面匹配后可形成不同的等效锥度值，影响车辆运行稳定性。车轮踏面设计不仅需要考虑等效锥度，而且还需考虑轮轨接触力和轮轨磨耗量等参数，因此，车辆系统非线性临界速度车轮设计，不仅与踏面等效锥度有关，还与轮对内侧距、整个踏面外形和钢轨型面密切相关。
（2）确保一系悬挂系统定位刚度。轮对轴箱定位装置纵、横向定位刚度对转向架临界速度具有决定性作用。选择纵向和横向定位刚度是一个循环优化的过程。其总体原则是在保证转向架具备足够高临界速度时，选择较小的纵、横向定位刚度，这样可同时改善曲线通过性能，减小轮轨作用力和轮轨磨耗。但对于轴重较大的转向架，特别是牵引功率较大的动力轮対，一般需选择较大的定位刚度。
（3）设置适当的抗蛇行阻力矩。高速转向架抗蛇行减振器能够提供有效抑制蛇行运动的力矩，提高列车临界速度。但过大的抗蛇行阻力矩将使转向架与车体之间的转动受到限制，导致转向架曲线通过能力降低，严重时会引起转向架通过曲线时产生轮缘磨耗，甚至在直线运行中也出现磨耗加剧的现象。
3．保证优良运行平稳性设计原则
车辆运行平稳性，主要以二系悬挂设计为主，辅以一系悬挂的作用。
（1）保证足够大的悬挂挠度。
由于轨道不平顺激励频率增高，列车服役环境激励频率带宽增大、激振能量增强，容易激起列车各阶振型，产生不良振动。对于运行平稳性，高速转向架的首要任务是保证足够的悬挂挠度，大幅度降低自振频率。通过二系悬挂设计，在垂向和横向上采取措施保证大柔度，是高速转向架保证运行平稳性的设计原则。一系悬挂可为列车垂向平稳性做出较大贡献。
（2）选择适当的悬挂阻尼。
高速转向架采取的大柔度设计可以起到较好的减振效果，但若悬挂系统减振阻尼不足则不能有效衰减车辆振动，导致乘坐舒适性降低。悬挂阻尼参数的设计因此成为高速转向架设计的重点和难点。设计过程中，首先需要对刚度和阻尼的匹配方案进行校核，再经过试验测试研究对比，识别列车各阶振型的实际构成和工作模态，并在此基础上合理确定车辆系统减振器阻尼。上述阻尼设计是一种被动悬挂方式，当高速转向架悬挂阻尼被动设计不能满足运行平稳性要求时需要采取半主动或主动悬挂方式。
（3）关注柔性系数。
大柔度设计的高速转向架使用了较小悬挂刚度的一系和二系，易导致车体的抗侧滚刚度不足，引起列车产生较大的侧滚角。当侧滚角大于一定数值后，会造成不舒服的感觉，且使列车内部容易产生部件运动干涉，列车外部容易侵入限界，严重时存在倾覆危险。列车侧滚程度用柔性系数表示，当系数小于0.4时，列车侧滚可控制在有效范围之内。
总体上，要获得良好的平稳性，转向架参数的合理匹配选择是一个复杂的循环选择过程，转向架结构和性能参数不仅决定了构架、轮对的各种模态振型，而且直接引起车体下心滚摆、上心滚摆、摇头、点头和浮沉等多种模态振型变化，影响列车乘坐的舒适性。进行平稳性分析时，必须综合对比分析这些参数对运行平稳性的影响，才能有效掌握转向架的动力学特性。
4．保证足够的曲线通过能力
对于350 km/h等级高速铁路，最小曲线半径通常在7 000 m以上，曲线通过不是主要问题，转向架设计应以运动稳定性为主，同时兼顾转向架在列车进出检修库和回送等遇到的低速通过小曲线问题。对于高速铁路与既有线的线路，高速转向架需要兼顾运动稳定性和曲线通过能力，在确保运动稳定性条件下，对踏面形状、一系纵向刚度和二系回转阻力矩进行充分优化，以保证必要的曲线通过性能。
5．无磨耗、低维护、长寿命
除轮轨间和基础制动摩擦副正常磨耗外，高速转向架各部位必须实现无磨耗设计，才能为低维护、长寿命设计创造条件。无磨耗设计还包含降低轮轨作用力、减少振动冲击、提高部件疲劳强度寿命以及消除振动噪声等设计思想，无磨耗、低维护、长寿命是高速转向架必须遵循的重要设计原则，并贯穿于转向架设计的全部过程。
（二）转向架的结构组成与功能(www.xing528.com)
转向架是高速列车的走行机构，承担着列车的承载、导向、减振、牵引和制动功能。按照是否配备有驱动装置，可将转向架分为动力转向架和非动力转向架，如图4-2-9所示，高速转向架主要包含轮对、轴箱装置、一系悬挂、构架、二系悬挂、驱动装置（动力转向架配备）和制动装置。
图4-2-9 高速转向架基本结构
下面我们以CRH2型高速动车组转向架为例，对转向架功能模块进行剖析
1．转向架承载模块
转向架的第一作用即支撑车体，其中构架与轮对是主要的承载部件。同时车体与转向架的衔接空气弹簧和中心牵引座也是承载模块中的重要部件（见图4-2-10）。
图4-2-10 转向架承载模块
2．转向架动力模块
作为铁道机车或动车的转向架，需要提供车辆前行的动能。转向架的驱动装置（电机与齿轮箱）和轮轴结构便是实现由电能向动能转化的关键，电能驱动电机转动并通过输出轴给出扭转力矩，齿轮箱再将这种驱动力有效传递于车轴，带动车轮高速旋转。轮对两侧的轴箱，则将轮对沿钢轨的滚动转化为构架沿线路的平动，构架的平动再通过牵引拉杆的传递和中心牵引座的作用，带动整个车体前行（见图4-2-11）。
图4-2-11 转向架动力模块
3．转向架运动控制模块
铁道机车车辆与其他交通工具一个很显著的区别就是其本身无需有控制方向的装置，列车车轮沿着钢轨自行行走，而这一切运动的关键在于轮轨巧妙的外形设计（见图4-2-12）。
带有斜度的车轮与车轴固接，实现了轮对的自动对中。内侧面的突出部分——轮缘，成为了防止车轮脱轨的重要部分。车轮与钢轨的匹配，则保证了车辆的高速运行。
由于类似圆锥形的轮对在钢轨上滚动前行时，轮对中心的运动轨迹是呈现一条弯弯曲曲的曲线。因为这条曲线的形状类似于蛇，故而这种现象得名为蛇行运动。轮对的蛇行运动将传递至构架，使之在水平面亦有横摆运动，再由构架传递到车体上，将引起车体的摆动（见图4-2-13）。
图4-2-12 转向架运动控制模块
图4-2-13 车轮的蛇行运动
蛇行运动与车速有着紧密的关系。车速越高，蛇行运动越激烈，列车就越有脱轨的可能。为减小轮对走行对车体产生的动态影响，转向架在轴箱与构架之间、构架与车体之间都设有弹性悬挂装置。前者称为一系悬挂，后者称为二系悬挂，其中一系悬挂包括钢弹簧（两螺旋弹簧组成）、垂向减振器和橡胶定位装置，主要是抑制车轮的蛇行运动，并对来自轨面的振动进行一级隔振；二系悬挂主要包括空气弹簧、横向减振器、橡胶止挡、抗蛇行减振器，主要是抑制构架的蛇行运动，进一步吸收振动能量，保证车体的平稳，并在车辆过曲线时提供车体与转向架之间较大的相对旋转和横移量。
一、二系悬挂系统能在传递动力的同时控制好整体的运动，充分利用有利动能，抑制和耗散不利的动能。悬挂系统对车辆能否平稳运行，能否顺利通过曲线并保证车辆运行安全起着重要作用。图4-2-14为转向架的悬挂单元。
图4-2-14 转向架的悬挂单元
4．转向架制动模块
列车既要保证高速安全运行，亦须保证能快速并安全地停车。这即是制动模块实现动能转化的目标。列车的动能一是转化为电能回收利用，二是转化为热能耗散，这即是电力动车组常用的电制动与基础制动，而通常二者都是共同作用的。电制动是通过把电动机反转成发电机，将动车组的动能转成电能并回输电网实现动能的转化；基础制动装置则是主要由制动盘和制动卡钳组成，通过高速摩擦，实现动能到热能的转化（见图4-2-15）。
图4-2-15 转向架基础制动单元
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