现代车辆设计概论及转向架悬挂系统设计

1、现代铁路车辆设计概论及转向架悬挂系统设计，西南交通大学机械工程学院普莫海2011-5-20，主要内容，现代车辆设计概论1，现代车辆设计的基本过程2，不同设计阶段的主要工作内容示例：车辆车架悬挂系统设计，现代车辆设计概论，1，现代铁路车辆设计的基本过程铁路车辆现代车辆设计与传统设计的主要区别传统设计方法(经验设计)设计(根据经验)试验改进试验是产品周期长、成本高、成功率低的现代设计方法(科学设计、模拟设计或虚拟样机设计)设计计算机模拟试验测试改进测试产品周期短、成本低、成功率高、现代车辆设计基础课程现代车辆设计的四个阶段：第一阶段：概念设计(项目计划)第二阶段：详细方案设计阶段3:技术设计和施工

2、设计阶段4:产品试制、测试、实验和改进阶段成熟产品商品，第一阶段。概念设计(项目计划)徐璐采用其他战略研究型(实验型)项目：可以采用很多新技术，甚至进行创新性的研究工作，成功与失败并存，可以作为技术追踪和技术储备。工程(商品化)项目：应主要采用成熟可靠的技术，确保项目的成功率和产品的商品化。2 .各设计阶段的主要工作内容，a .项目的详细产品规模(布局)里程表/年度最大运行速度内部设备、设施和要求郑源(总线、城市轨道车辆)或负荷(卡车)自定义设备和系统使用环境(温度、湿度、湿度a .项目的详细信息可用技术，c .基本方案构建了产品的基本信息和要求后，制定了项目设计计划书，提出了项目的技术路线和

3、总体方案前景，详细分析了可行性、经济性、过程和技术合理性，并提出了基本模型。d .任务执行人外包设计咨询公司、项目经理或整个组经历项目的整个过程。概念设计阶段要周到详细，为产品的进一步设计打下基础。1)。主要结构的选择和决策包括根据概念设计确定的方针、路线和模式、详细的技术方案设计、主要结构选择和决策2)、主要尺寸和参数确定、虚拟样机设计利用现有计算和分析手段分析基本方案的可行性、优化结构和参数，并提出主要技术参数、性能参数和基本尺寸。虚拟样机设计主要包括对运行性能(动态性能)、安全可靠性(静态强度、动态强度、动态应力分析等)的仿真分析。3)，完善的方案设计根据理论分析结果补充了设计方案。提交

4、程序设计评审文件。，2，详细方案设计的主要工作内容，车辆动力学计算机模拟，1，车辆和电路的部分力学性能特性，(1)实际车辆是多体多自由度系统，(2)车辆部件的非线性，1。弹性元素的非线性，2 .制动非线性，3 .旅行(4)车辆蛇行运动及其临界速度，(5)车轮对的运动，1，车辆，路线的一些力学性能特征，(6)路线实际情况，1。线路随机不规则，2。曲线区域和分叉路、三轨道的弹性、(7)车身零部件之间的相对位移和速度、相互作用力和加速度、车轮轨道之间的作用力、车辆的垂直和侧面运行质量和稳定性指数等。2)通过曲线和分叉路时，预测车辆的相互作用力、车轮填充、脱轨系数、磨损动力、磨损金志洙等安全、阻力、寿

5、命相关指数。3)研究车辆蛇运动，确定车辆蛇运动不稳定性的临界速度，采取措施，使车辆蛇运动的临界速度超过最大运行速度。4)研究车辆使用的部件对车辆每次运行性能的影响，优化车辆性能。5)研究车辆运行时对运输人员及特殊设备的影响。6)研究车辆运行中车辆外形包络与车辆极限的关系等。其次，建立了车辆动力学仿真的目的、原理和方法，(2)车辆动力学仿真的原理和方法，1)建立了实际车辆的动力学模型。2，车辆动力学模拟的目的、原理和方法；(2)车辆动力学模拟的原理和方法；(2)车辆运行时的数学模型，即车辆在轨道上运行时的动力学方程；3)使用合理的数学方法求解线性或非线性运动方程。4)准备计算机模拟软件或使用经验

6、证的软件。5)计算机按照软件的每个指令执行各种处理和运算，输出模拟所需的结果。二是车辆动力学仿真的目的、原理和方法，(3)仿真软件、SIMPACK、NUCARS等常用软件很多。(4)车辆动力学仿真实例，有限元分析，分析软件：MSC是我国工程界广泛使用的大型有限元分析软件。NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、I-deal、MARC和COSMOS。相关标准：TB/T1335-1996铁路车辆强度设计和试验验证规范UIC标准AAR标准、离散度、有限元分析、模型创建(离散):单元选择(抽壳、实体、梁等)约束：应用刚性约束弹性约束载荷：应用垂直程序设计5)程序设计评审广泛听取各种意见和建议，得到相

7、关专家和用户的同意。6)、修改和改进设计方案7)、任务执行者项目经理或整个组成员、主要技术设计师、工程师(设计流程并行)。1)。性能预测和评估进一步执行操作质量、安全可靠性、寿命预测和评估。2)、详细结构设计3)、施工图设计4)、工艺技术设计5)、工艺文档开发和制作设计6)、生产和试验准备7)、任务执行者项目经理、全体组成员、技术设计师、工艺设计师、3、技术和施工设计的主要工作内容，1)3)、出厂前调试4)、试验台测试：静态强度测试、疲劳强度测试、结构动态特性测试、滚动振动台测试等线路实验：力学性能实验、牵引和制动性能实验、电力系统、网络、控制、通信等相关实验。确保设计的产品具有以前预期的性能

8、。4，试制、测试、测试和改进阶段，车辆动力学性能测试，转向架性能参数测试，1，部件性能测试，1，部件性能测试车辆的部分部件性能直接影响车辆的运行质量，为了确保组装部件的技术参数符合设计要求，每个部件必须经过选择安装，装配后进行完整的实验。例如，高速车辆的转向架要求装配后参数测试。2，车辆车辆试验车辆车辆车辆试验有车床模拟实验、环形道路实验、正轨道实验三种。(a)长椅模拟测试1。滚动测试台：用滚轮模拟轨道，车辆的轮子安装在轮子上。滚动试验台主要用于测试车辆蛇行运动的临界速度。2.振动试验台：将车辆放在实验台上，用液压执行器给车轮各种刺激，模拟线路对车轮不规则作用。实验前，应在轨道上特定路段的车辆

9、运行时收集各种轮轨刺激信号，存储在数据库中，在实验时将信号转换为各种指示，使操作机在车轮上实现，再现轨道上的刺激，模拟轨道上车辆的运行。根据安装在车辆上的传感器发出的信号测量车辆的各种响应。3.车辆滚动，振动试验台滚动，振动试验台是将滚动和振动试验台合成为一个试验台。车床实验的优点是实验方便，比较各种方案时更换零件方便，试验成本低，在一定条件下可以优化性能。(a)台架模拟测试，(b)环线测试，(b)为了有足够的时间在不影响营业线列车运行的情况下试验车辆，我国在铁路科学院的实验基地内专门构建了环线实验线。环线具有大环和小环，大环的全长9公里，曲线半径为1432米，超高hse=105mm有。小环的

10、总长度为8.5km，曲线半径为1000m，超高hse=120mm，小环具有小曲线段和直线段，R=800m，R=350m。因为环形测试线是专用测试线，所以测试条件和设备比较完整，测试不受干扰。圆形线更接近于实际电路，但圆形线最终不是实际的定线。(c)线路测试1。测试行部分选择测试行必须典型，可以表示车辆工作区域的基本情况。确定实验段后，必须详细了解该段回路的基本特性，以便确定实验时收集数据的位置。(大卫亚设，“实验”)2。在测试车辆准备工作之前，确定测试部位，安装传感器，安装指示车辆在轨道上位置的信号。在轨道实验时，除了被牵引的机车和试验车外，还要挂一辆试验装备车(试验车)和一辆隔离车。实验车安

11、装了各种测试系统和记录系统，在试验车中检测到的各种数据信号将通过有线和无线传送到试验车的仪器上，并作为数据处理后存储数据的仪器提供。隔离车是将试验车和机车分开，减少机车对测试的影响。3.数据处理实验结束后，整理测量的数据。最后整理成实验报告，经铁道部批准，才能进行批量生产和投入。在相关实验标准中，对车辆动力学实验有具体规定。，铁路精选实验在营业线上进行，一次实验应该影响很多列车的正常运行，实验的代价很高，一般只有对车辆进行最终审查时，才会在精选上进行实验。总之，只有实车实线实验才能最好地反映车辆在轨道上的实际情况，因此国内外机车车辆的鉴定标准仍然基于轨道力学实验结果，轨道实验结果是评价车辆运行

12、性能的唯一依据。5)，技术审查6)，操作审查7)，改进和改进设计将根据测试、操作评估进行，可能需要修改和改进设计以确定最终设计方案。平衡悬挂系统设计，可靠性：静态强度和疲劳强度必须满足标准的要求(基于TB/T1335-1996和相关标准)稳定性、舒适性和安全性：动态性能必须满足标准的要求(GB/T5599-1985)。力学性能与转向架悬挂参数密切相关。1，转向架运行性能，我国评价车辆动力学性能的标准是GB/T5599-1985铁路车辆动力学性能评价及实验鉴定规范。轨道机器、特殊车辆、成长平车采用GB/T17426-1998铁路特殊车辆和轨道机器力学性能评价和试验方法。包括以下方面：1.铁路车辆

13、力学性能，测量指标：车轮轨道侧向力Q轴侧向力H脱轨系数Q/P车轮重量减少率P/P翻车系数D磨损动力和磨损金志洙，1.1安全和曲线通过性能，车轮轨道侧向力Q是车轮和轨道之间的侧向力，包括车轮轨道间接触点的垂直力的侧向力和侧向力。GB/T5599-1985规定Q容限采用以下标准：a .尖峰，尖峰应力为弹性极限时的横向力标准：其中Pst是车轮正轮重量。b .尖峰、尖峰应力为降伏限制时的横向力标准：主要影响参数：Kpx、Kpy、Kpz、Ksy、轮轴横向力H是车轮和轨道之间的横向作用力。GB/T5599-1985规定，轮轴侧向力H适用以下标准：对于木制枕头： (最大) (平均)对于钢筋混凝土枕头： (最

14、大) (平均)，其中Pst是车轮静态车轮重量。主要影响参数：Kpx、Kpy、Kpz、Ksy、脱轨系数Q/P是车轮同侧轮轨横向力Q和垂直力P的比率，综合反映车轮轨横向力和垂直力的变化，是评价车辆脱轨安全性的重要指标。根据GB/T5599-1985，如果侧向Q的作用时间大于0.05s，则脱轨系数Q/P(车轮对齿轮轨)采用以下标准：第一限制(容限):第二限制(安全限制):式中，是作用于导轨侧轮的横向力，kN；作用于轨道上以攀登轨道侧轮的垂直力，kN。主要影响参数：Kpx、Kpy、Kpz、Ksy、Cpz、Csz GB/T5599-1985表明，车轮重量损耗率P/P使用以下标准(准静态条件):第一限制(允差):第二限制(安全限制):式中， P减轻车轮，kN；平均车轮重量，kN。动态工作条件(直线高速工作):可以使用动态车轮重量减少率的主要影响参数：Kpx、Kpy、Kpz、Cpz、Csz、Kphx GB5599-85规定，倾覆系数D采用以下标准：主要影响参数：Kpy、Kpz、Ksz、Cpz、Csz、Kphx和两个指标都表示轮轨之间的磨损程度。磨损功率：车轮轨道之间的蠕变率与蠕变力的乘积，表示车轮在轨道上滑动的程度，主要表示踏板磨损的程度。磨损金志洙：车轮轨道侧向力和车轮对冲角度的乘积，主要是指车轮边缘的磨损程度。目前，GB5599-85还没有磨损指标的极限。主要影响参数：Kpx、