学生姓名：韩子轩

班凤建级：车辆2017-03班

指导教师：付茂海

毕设题目：地铁钢轨打磨车动力转向架方案设计

一、概况

1.选题意义

城市公共交通设施是城市基础设施的重要组成部分，对促进城市化进程，拉动经济增长有着重要的作用。城市公共交通方式包括城市道路交通方式和城市轨道交通。轨道交通系统具有运输能力大，高速性、准时性，安全性高，占地面积小等优点。因此进入二十一世纪以来，我国地铁建设进入了快速发展阶段，很多城市都正在或者准备修建地铁。

钢轨是轨道交通系统的重要组成部分，直接与车辆车轮接触，承担着车辆的所有载荷，因此钢轨表面的质量在很大程度上影响列车运行的稳定性、安全性以及乘客的舒适度。地铁线路在建设过程中会受到城市已有建筑的影响，因此线路曲线半径较小，同时地铁车辆同向运行，车辆间隔较小，导致小半径曲线钢轨极易出现波浪形磨耗和侧面鱼鳞伤。这会导致钢轨使用寿命减少、增加维护成本，甚至会影响车辆行驶安全。因此及时修复钢轨损伤很重要。钢轨打磨是铁路养护的重要手段，可以有效的修复或预防钢轨损伤。

钢轨打磨车是集计算机系统、电气系统、机械系统、空气系统和液压系统等为一体的大型养路机械设备，是在轨道上运行的铁道特种车辆。转向架是铁道车辆重要的组成部件，其结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。研究和设计钢轨打磨车的转向架对钢轨打磨车的改进及性能的提升具有重要的指导意义。

转向架构架是转向架的骨架，是车辆运行时的承载部件。构架承载着车体本身以及车体承载物的重量，同时承受和传递来自车体、轨道、电机、制动装置各个方向的力，所以构架的强度设计安全性和可靠性和车辆运行的品质密不可分。在设计好钢轨打磨车转向架之后应该使用有限元分析方法对转向架构架进行强度分析，以验证构架能否满足标准及运行要求。

学生通过本设计的研究，掌握铁路车辆转向架的设计方法与结构有限元分析技术，为从事相关技术工作打下坚实的理论基础，获得解决工程技术问题的能力。

2.任务分解

1) 课题相关资料搜集（不少于50篇，其中三分之一以上是外文）、文献研究、外文文献翻译（不少于10000个字符）；毕业实习与现场调研；

2) 地铁钢轨打磨车动力转向架的资料研究；相关技术标准的分析；

3) 地铁钢轨打磨车动力转向架总体方案的研究；转向架与构架三维实体建模，构架的有限元分析；

4) 绘制转向架总图、轴箱组成、基础制动装置组成图与构架工程图，合并不少于2张A0图纸的工作量；

5) 毕业设计说明书的写作（正文不少于50页）。

  二、已完成工作

  1.相关知识学习

  查阅相关文献，了解钢轨打磨车的工作原理，明确钢轨打磨车动力转向架与普通地铁车辆转向架的区别。并完成英文文献翻译，题目是“高速转向架的主动稳定性控制策略的设计对建模的要求”。

  2.设计说明书的撰写

  已完成设计说明书第一章绪论的书写，绪论介绍了选题的背景，钢轨打磨车发展和研究现状，地铁转向架的发展和研究现状以及本文的研究内容和方法。

  3.转向架的设计与建模

  已完成地铁钢轨打磨车动力转向架三维模型的建立，具体工作如下所示：

  按照从下往上的方式建立各部件模型并装配成转向架，建模顺序是：轮对、轴箱和轴箱定位装置、构架、二系悬挂、基础制动装置、驱动装置。

钢轨打磨车是工程车，可以在A型车和B型车的轨道上行驶，因此需要选择两种车型中较小的限界——B型车限界。根据CJJT-96-2018《地铁限界标准》要求，利用CAD软件画出限界，在设计过程中，转向架零件不能超过车辆限界。

  车轮采用辗钢整体轮，由踏面、轮缘、辐板和轮毂组成。踏面采用LM踏面，符合TB-T 449-2016的要求。采用轮盘制动，因此需要选择直辐板。参考TB/T 1010-2016标准选择车轴和轮对型号。轮对选择RC3型，最高运行速度120km/h，最大轴重15.5t。地铁车轮直径840mm，参照客车车轮915mm的轮对进行尺寸设计。

  轴箱定位装置采用层叠圆锥橡胶堆，并安装垂向减振器。根据轴重计算橡胶堆弹簧的垂向载荷和刚度，选择0030169型号的层叠圆锥橡胶弹簧。由于轴颈直径110mm,选择双列圆柱滚子轴承，型号为NNU 4122。在轴箱定位装置的中间安装垂向减振器，其端部结构与构架上盖板以及轴箱端盖通过螺栓连接。选择萨克斯品牌的客车T50系列的减振器，其端部连接结构为001型式，A型号，减振器的行程根据安装位置确定。

  构架采用H型整体焊接结构，包括两根侧梁，两根端梁及小端梁（用来悬挂制动装置），全部为箱型梁。下盖板厚度12mm，其他板厚10mm，轴距2200mm，上下盖板的宽度为205mm。各零件的安装座通过焊接的方式固定在构架上。

   采用中央牵引销作为牵引装置，在中央牵引销内布置4组牵引橡胶堆传递纵向力，由牵引橡胶堆将浮动梁与构架横梁连接起来。设置二系横向止挡传递横向力，横向止挡和浮动梁的间隙取15mm，设置橡胶堆旁承传递垂向力。查阅相关标准，选择各零件合适的型号，根据其外形尺寸建立模型。

  采用轮盘式盘形制动装置，包括零件：单元制动缸、杠杆、闸片、闸片托以及支点拉板。

  牵引电机采用架悬式，按照启动加速过程估算电机功率，选择同步转速1500r/min、额定功率250kW的三相异步电动机。牵引电机和齿轮箱之间通过挠性浮动齿式联轴节连接，齿轮箱的传动比是1.96，其一端通过抱轴承悬挂在车轴上，另一端通过弹性吊杆吊挂在构架横梁上。

  三、 下一步工作计划

  中期检查之后未完成的工作是构架的强度分析，转向架及各部件工程图的绘制以及设计说明书的撰写。每部分的具体内容及时间安排如下所示：

  中期答辩之后首先利用ANSYS软件进行构架的有限元分析，分为三步：熟悉ANSYS软件的基本操作，掌握有限分析的基本流程以及转向架构架的静强度分析。（4.14-4.29）

  绘制工程图，合并不少于2张A0图纸的工作量。工程图包括：转向架总图、轴箱及其定位装置的工程图、基础制动装置组成图与构架方案工程图。（4.30-5.9）

  撰写设计说明书，设计说明书包括五部分内容：绪论、转向架总体设计、转向架各部件设计、ANSYS软件介绍及构架的静强度分析，最后完善转向架方案设计并准备结题答辩。（5.10-5.20）

    问题一：构架增加小端梁的目的是什么？

    回答：用来悬挂轮盘制动装置。我设计的转向架采用轮盘制动，但是轮对内侧空间有限，因此将制动装置放在轮对外侧，制动安装座通过焊接的方式固定在小端梁上。

    问题二：所做转向架是动力转向架，驱动装置的三维模型是如何建立的？

    回答：按照列车起动加速过程估算列车运行所需功率，然后选择额定功率250kW、同步转速1500r/min的牵引电机，根据电机输出转速以及车轮转速计算齿轮箱传动比。查找合适的型号，根据外形尺寸建立三维模型。三维模型只反映了外形特征，不包括内部结构。

  在转向架设计过程中暴露了很多问题，反思如下：

  对转向架的了解只停留于书本中的描述，并没有到现场进行观摩学习，导致对转向架的整体设计把握不够精细，对各部件的具体形状了解不足。且设计过程过于理想化，设计时很多时候没有考虑结构的合理性以及加工的难易程度。零件之间的连接方法缺乏考虑，很有可能导致连接强度不够的问题。

  在跟随付老师做毕业设计的过程中我也学到了很多知识。在设计转向架的过程中我查找、阅读很多文献及相关行业标准，设计需要严谨的态度，注意每个细节，每个尺寸的选定都是有依据的，如横向止挡处的间隙需要根据车长和定距进行估算，得到合适的值。毕业设计是对大学四年所学知识的回顾与总结，通过毕业设计我了解了铁道车辆领域国内外的研究现状及发展趋势，为今后从事相关技术工作打下了坚实的基础。

  在接下来的工作中我应该更注重学习的理论知识和实践进行结合，在设计过程中多与老师和同学交流，查阅相关资料，提高自身的专业素养。