（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)論文）基于awe的動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第1 頁(yè) 摘要 鐵路運(yùn)輸在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有越來(lái)越重要的比重和作用 我國(guó)的鐵路 發(fā)展正處在快速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期 根據(jù)中國(guó)鐵路建設(shè)規(guī)劃 到2 0 2 0 年中國(guó)高速鐵路總 里程將突破1 8 0 0 0 公里 屆時(shí)中國(guó)將擁有世界上規(guī)模最大的高速鐵路網(wǎng) 幾乎占全世界 高鐵里程總數(shù)的一半 動(dòng)車和高速鐵路的發(fā)展 加快了中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面發(fā)展 也引 領(lǐng)世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展 所以動(dòng)車的快捷 安全 順暢運(yùn)行和檢修工作顯得格外重 要 動(dòng)車組檢修共分為五級(jí) 通常一級(jí) 二級(jí)檢修時(shí)動(dòng)車組整列進(jìn)入檢修基地進(jìn)行作 業(yè) 三級(jí)及以上級(jí)別檢修時(shí)需要機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架分離 此時(shí)需要配套的設(shè)備承載牽引 機(jī)車車體 本文針對(duì)動(dòng)車三級(jí)及以上級(jí)別檢修要求 設(shè)計(jì)一種新型的工藝轉(zhuǎn)向架 工藝 轉(zhuǎn)向架可滿足各型動(dòng)車的需求 可以在機(jī)車車體和轉(zhuǎn)向架分離后 替換轉(zhuǎn)向架 牽引承 載機(jī)車車體 完成車體在各檢修工位間移動(dòng)的專用工裝設(shè)備 目前很多國(guó)家都高度重視 機(jī)車關(guān)鍵零部件的檢修維護(hù)問(wèn)題 工藝轉(zhuǎn)向架可實(shí)現(xiàn)不同列車的快速檢修及調(diào)度服務(wù) 工藝轉(zhuǎn)向架的可靠設(shè)計(jì)與分析顯得格外重要 不僅影響機(jī)車的檢修效率 而且對(duì)機(jī)車的 安全快速替換或檢修起到人為無(wú)法替代的作用 本文所研制的動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架采用c a d c a e 技術(shù) 具備承載 運(yùn)輸四種動(dòng)車車體需要 的工藝設(shè)備 利用a n s y sw o r k b e n c h 軟件對(duì)其關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 其主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下 1 結(jié)合鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝轉(zhuǎn)向架的技術(shù)規(guī)格書(shū) 設(shè)計(jì)一種可以滿足國(guó)內(nèi)動(dòng)車不 同車型 包括c r h i c p h l 2 c r h 3 c r h 5 型動(dòng)車 支撐寬度要求的工藝設(shè)備 采用二維軟 件c a x a 完成該工藝轉(zhuǎn)向架的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其中創(chuàng)新之處為采用橫向移動(dòng)滑板在燕尾槽 內(nèi)橫向移動(dòng) 調(diào)節(jié)橫向?qū)挾纫詽M足不同車體寬度的需求 2 利用三維設(shè)計(jì)軟件p r o e 對(duì)工藝轉(zhuǎn)向架初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件構(gòu)建三維模 型 結(jié)合工藝轉(zhuǎn)向架的實(shí)際工況 在a w e a n s y sw o r k b e n c he n v i r o n m e n t 環(huán)境中對(duì)工 藝轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)強(qiáng)度分析 疲勞強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析 3 構(gòu)架和橫梁的優(yōu)化是工藝轉(zhuǎn)向架輕量化設(shè)計(jì)的核心優(yōu)化問(wèn)題 在材料和結(jié)構(gòu)形 狀不變的情況下 在a w e 環(huán)境中對(duì)構(gòu)架和橫梁的主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化 并取得明顯的 效果 關(guān)鍵詞 動(dòng)車 a n s y sw o r k b e n c h 工藝轉(zhuǎn)向架 優(yōu)化設(shè)計(jì) 第l i 頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t r a i lt r a n s p o r tp l a y sa ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tp r o p o r t i o na n dr o l ei nt h ee c o n o m i ca n d s o c i a ld e v e l o p m e n t a n dc h i n a sr a i l w a yd e v e l o p m e n ti sa tac r i t i c a l p e r i o do fr a p i d d e v e l o p m e n t a c c o r d i n gt oc h i n a sr a i l w a yc o n s t r u c t i o np l a n t h et o t a lm i l e a g eo fc h i n a s h i g h s p e e dr a i l w a yw i l lb ee x c e e d e d18 0 0 0k mb y2 0 2 0 a tt h es a m et i m ec h i n aw i l lh a v et h e l a r g e s th i g h s p e e dr a i ln e t w o r ki nt h ew o r l d a c c o u n t i n gf o ra l m o s th a l f o ft h et o t a lh i g h s p e e d r a i l w a ym i l e a g e m o t o rc a ra n dh i g l l s p e e dr a i l sd e v e l o p m e n ts p e e d su pc h i n a se c o n o m i ca n d s o c i a lo v e r a l ld e v e l o p m e n t b u ta l s ol e a d st h ew o r l de c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t s o m o t o rc a r sf a s t s a f e s m o o t ho p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ew o r ka r ep a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t e m um a i n t e n a n c ei sd i v i d e di n t of i v el e v e l u s u a l l yw h e no n e t w ol e v e lo fm a i n t e n a n c e t h ee n t i r el i n ee n t e r st h em a i n t e n a n c eb a s e w h e nt h r e ea n da b o v et h el e v e lo fm a i n t e n a n c e m o t o rc a rb o d ya n db o g i ea r es e p a r a t e d a tt h i st i m et h ee q u i p m e n ti sn e e d e dt os u p p o r ta n d c a r r yt h eb o d y i nt h i sp a p e r m o t o rc a rf o rt h r e ea n da b o v em a i n t e n a n c er e q u i r e m e n t s t o d e s i g nan e wp r o c e s sb o g i e p r o c e s sb o g i ei st h es p e c i a lt o o l i n ge q u i p m e n t t om e e t st h en e e d s o fv a r i o u st y p e so fm o t o rc a r 9t or e p l a c eb o g l e s t oc a r r yt h eb o d yt oc o m p l e t eb o d yt om o v e b e t w e e nt h er e p a i rs t a t i o na f t e rt h es e p a r a t i o no ft h eb o d ya n dt h eb o g i e a tp r e s e n t m a n y c o u n t r i e sh a v ea t t a c h e dg r e a ti m p o r t a n c et ot h el o c o m o t i v em a i n t e n a n c ep r o b l e m so fk e yp a r t s a n dp r o c e s sb o g i ee n a b l e sd i f f e r e n tt r a i nf a s tm a i n t e n a n c e d i s p a t c hs e r v i c e s r e l i a b l ed e s i g n a n da n a l y s i so ft h ep r o c e s sb o g i ei sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t n o to n l ya f f e c t st h ee f f i c i e n c yo ft h e l o c o m o t i v er e p a i r b u ta l s of o rt h es a f e t yo fm o t o r c y c l er e p a i rq u i c k l yr e p l a c eo rp l a y i r r e p l a c e a b l er o l et om a n m a d e i nt h i sp a p e r t h i sm o t o rc a rp r o c e s sb o g i eu s e dc a d c a et e c h n o l o g yi sap r o c e s s e q u i p m e n tt h a tc a nb e a r t r a n s p o r tf o u rm o t o rc a rb o d y c o m b i n ew i t l la n s y sw o r k b e n c h s o f t w a r ef o rk e yp a r t so fp r o c e s sb o g i et of i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o nd e s i g n r e s e a r c h t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dt h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 c o m b i n i n gt h er a i l w a yi n d u s t r ys t a n d a r d sa n dp r o c e s sb o g i et e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n s l d e s i g nap r o c e s se q u i p m e n tt om e e tt h ed o m e s t i cm o t o rc a rd i f f e r e n tt y p e i n c l u d i n g c r i ii c r h 2 c r h 3 c r h 5 m a k eu s eo fc a x as o f t w a r et oc o m p l e t ep r e l i m i n a r y s t r u c t u r a ld e s i g nf o rp r o c e s sb o g i e n ei n n o v a t i o ni st ou s el a t e r a lm o v e m e n ts l i d et om o v ei n t h ed o v e t a i ls l o t t oa d j u s tt h eh o r i z o n t a lw i d t hf o rm e e t i n gt h en e e d so fd i f f e r e n tb o d yw i d t h s 2 m a k eu s eo ft h r e e d i m e n s i o n a ld e s i g ns o f t w a r ep r o et of i n i s ht h r e e d i m e n s i o n a l m o d e lc o n s t r u c t i o no fk e yc o m p o n e n t sf o r t h ep r o c e s sb o g i ep r e l i m i n a r ys t r u c t u r a ld e s i g n w i t h t h ea c t u a lp r o c e s sc o n d i t i o n s c a r r yo u tt h es t a t i cs t r e n g t ha n a l y s i s f a t i g u ea n a l y s i s a n d s t r u c t u r a ld y n a m i c sm o d a la n a l y s i so ft h ek e yc o m p o n e n t so ft h ep r o c e s sb o g i ei nt h ea n s y s w o r k b e n c he n v i r o n m e n t a w e e n v i r o n m e n t 3 t h eo p t i m i z a t i o no ff i a m ea n db e a mi st h ec o r ep r o b l e mf o rl i g h t w e i g h tp r o c e s sb o g i e o p t i m i z a t i o nd e s i g n m a t e r i a l sa n ds t r u c t u r e ss h a p ei nt h es a m ec i r c u m s t a n c e s o p t i m i z et h e s i z eo ft h em a i ns t r u c t u r a lf o rf la m ea n db e a mi nt h ea w ee n v i r o n m e n t a n da c h i e v e s i g n i f i c a n tr e s u l t s k e y w o r d s m o t o rc a r a n s y sw o r k b e n c h p r o c e s sb o g i e o p t i m i z a t i o nd e s i g n 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第1 頁(yè) 第一章緒論 1 1 課題背景 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展 高速鐵路的發(fā)展也進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期 動(dòng)車的安全 穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)顯得格外重要 鐵路運(yùn)輸與其他各種現(xiàn)代化運(yùn)輸方式相比較 具有運(yùn)量大 能耗 低 安全便利和運(yùn)價(jià)低廉等特點(diǎn) 其強(qiáng)大的功能和社會(huì)效應(yīng)贏得社會(huì)的廣泛青睞 黨的十 六大以來(lái) 黨中央 國(guó)務(wù)院從落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀 實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的戰(zhàn)略全局出 發(fā) 做出了加快發(fā)展鐵路的重要決策 按照黨中央 國(guó)務(wù)院的決策部署 站在適應(yīng)全面建 設(shè)小康社會(huì)需要 構(gòu)建符合科學(xué)發(fā)展要求的綜合交通體系 促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的 戰(zhàn)略高度 鐵路系統(tǒng)加快實(shí)施國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的 中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃 全面推進(jìn)大規(guī)模鐵路 建設(shè)和技術(shù)裝備現(xiàn)代化 其中高速鐵路是鐵路發(fā)展的重點(diǎn)之一 國(guó)家戰(zhàn)略的調(diào)整帶動(dòng)動(dòng)車 組的快速發(fā)展 與此同時(shí) 與動(dòng)車檢修相關(guān)的檢修設(shè)備也需提上日程 才能更好的為動(dòng)車 安全 快捷 舒暢運(yùn)行做好保障工作 我國(guó)動(dòng)車的發(fā)展起步比較晚 配套的檢修設(shè)備比較 欠缺 市場(chǎng)空缺比較大 所以對(duì)動(dòng)車檢修服務(wù)設(shè)備的研發(fā)顯得意義重大 通常 動(dòng)車的日常檢修是整列進(jìn)入檢修基地進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢修工作 但當(dāng)檢修級(jí)別達(dá)到 三級(jí)及以上級(jí)別時(shí)需要?jiǎng)榆囓圀w與轉(zhuǎn)向架分離 此時(shí)需要研制一套設(shè)備 可以承載牽引車 體 實(shí)現(xiàn)車體在不同工位間的移動(dòng) 工藝轉(zhuǎn)向架可實(shí)現(xiàn)這一功能 其用于各型和諧型大功 率六軸交流傳動(dòng)電力機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架分離后 替換轉(zhuǎn)向架 牽引承載和諧型六軸大功率 交流傳動(dòng)電力機(jī)車車體 完成車體在各檢修工位間移動(dòng)的專用工裝設(shè)備 鑒于以上要求 結(jié)合 武漢機(jī)車檢修基地工藝轉(zhuǎn)向架技術(shù)規(guī)格書(shū) 本論文主要對(duì)工 藝轉(zhuǎn)向架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 1 2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 工藝轉(zhuǎn)向架可承載牽引動(dòng)車車體 替換動(dòng)車轉(zhuǎn)向架 方便檢修轉(zhuǎn)向架和機(jī)車車體 可 滿足不同類型動(dòng)車車體在不同工位間移動(dòng)的需要 可見(jiàn)工藝轉(zhuǎn)向架和貨車轉(zhuǎn)向架及電動(dòng)平 車轉(zhuǎn)向架的功能和結(jié)構(gòu)類似 1 近幾年 我國(guó)的鐵路轉(zhuǎn)向架得到不同程度的發(fā)展 其中有代表性的有 春城 號(hào)動(dòng)車組用c w d t 型 長(zhǎng)白山 號(hào)動(dòng)車組用c w 2 0 0 d 型 中原之星 動(dòng)車組用d d b 一1 型 d t b 一2 型 中華之星 動(dòng)車組用s w 3 0 0 型 c w 3 0 0 型和 先鋒 號(hào)動(dòng)車組用p w 一2 5 0 m t 型轉(zhuǎn)向架拉 另外工藝轉(zhuǎn)向架與貨車轉(zhuǎn)向架的功能類似 相關(guān)的貨車轉(zhuǎn)向架有轉(zhuǎn)k 1 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn) k 2 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 3 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 4 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 5 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 6 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 7 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)8 g 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 1 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 1 由齊車集團(tuán)公司自行研制開(kāi)發(fā) 并在兩側(cè)架間安裝了四 連桿機(jī)構(gòu) 屬三大件式轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 1 型轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 兩側(cè)架間安裝彈性四連 桿機(jī)構(gòu) 連桿從搖枕腹部穿過(guò) 用橡膠錐套與支撐座錐柱連接四個(gè)節(jié)點(diǎn) 在側(cè)架導(dǎo)框頂面 與承載鞍頂面之間安裝八字形橡膠墊 實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的彈性定位 該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以吸收部分輪 軌間的動(dòng)作用力產(chǎn)生向車體傳遞的振動(dòng)能量 減小輪軌沖擊對(duì)車輛運(yùn)行平穩(wěn)性的影響 減 第2 頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 輕鋼軌和車輪輪緣的磨耗 減振裝置為斜楔式變摩擦減振裝置 中央懸掛系統(tǒng)采用兩級(jí)剛 度彈簧 上下心盤(pán)之間安裝心盤(pán)磨耗盤(pán) 采用雙作用彈性旁承 圖1 1 轉(zhuǎn)k 1 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 2 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 2 是帶有變摩擦減振裝置的新型鑄鋼三大件式貨車轉(zhuǎn)向架 最高運(yùn)行速度為1 2 0 k m h 采用了以下新技術(shù)和新結(jié)構(gòu) 1 采用側(cè)架彈性交叉支撐裝置 使兩個(gè)側(cè)架在水平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)彈性交叉聯(lián)結(jié) 2 中央懸掛系統(tǒng)采用兩級(jí)剛度懸掛設(shè)計(jì) 3 采用雙作用常接觸滾子旁承結(jié)構(gòu) 4 采用針狀鑄鐵斜楔等耐磨材料 提高減振裝置的使 用壽命 5 加設(shè)心盤(pán)磨耗盤(pán) 6 主要摩擦副均采用耐磨件 轉(zhuǎn)k 2 型轉(zhuǎn)向架是1 9 9 8 年研制的我國(guó)新造提速轉(zhuǎn)向架之一 目前己批量應(yīng)用于新造棚車 敞車 同時(shí)也適用于軌 距1 4 3 5 m m 最高運(yùn)行速度為每小時(shí)1 2 0 公里的各型鐵路貨車 圖1 2 轉(zhuǎn)k 2 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 3 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 3 是消化吸收后再創(chuàng)新的事例 由株洲車輛廠吸取歐洲y 2 5 型轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合我國(guó)的具體情況設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架 采用整體構(gòu)架 常接觸 彈性旁承等技術(shù) 輪對(duì)縱向橫向彈性定位 軸箱一系懸掛 整體構(gòu)架由兩個(gè)側(cè)梁 個(gè)橫 梁采用1 6 m n o 板材組焊為一體 利用單側(cè)斜楔減振裝置 斜楔的摩擦面上加裝高分子合成 材料的磨耗板 在與斜楔相對(duì)的導(dǎo)框座中安裝了縱向定位彈簧 導(dǎo)框座 斜楔座為b 級(jí)鋼 鑄件 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置裝用單側(cè)吊掛式制動(dòng)梁 高摩合成閘瓦 裝用球面心盤(pán) 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第3 頁(yè) 圖1 3 轉(zhuǎn)k 3 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 4 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 4 由2 0 0 1 年株洲車輛廠引進(jìn)美國(guó)擺式轉(zhuǎn)向架技術(shù)研制開(kāi)發(fā) 其主要結(jié)構(gòu)由側(cè)架 搖枕 彈簧托板 搖動(dòng)座 搖動(dòng)座支承 承載彈簧 減振裝置 輪對(duì) 和軸承 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置及常接觸彈性旁承等組成 采用兩級(jí)剛度彈簧及變摩擦減振器 斜 楔主摩擦面采用合成材料 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用高磷鑄鐵閘瓦或高摩合成閘瓦 l c 型組合 制動(dòng)粱 圖1 4 轉(zhuǎn)k 4 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 5 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 5 適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距 軸重2 5 t 商業(yè)運(yùn)行速1 2 0 k m h 的各型 鐵路貨車 該轉(zhuǎn)向架是借鑒轉(zhuǎn)k 4 轉(zhuǎn)向架成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上研制丌發(fā)的新型大軸重?cái)[式轉(zhuǎn)向 架 同時(shí)對(duì)彈簧托板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化 增強(qiáng)轉(zhuǎn)向架的運(yùn)用安全性和可靠性 該轉(zhuǎn)向架主要 由側(cè)架 搖枕 彈簧托板 搖動(dòng)座 搖動(dòng)座支撐 承載彈簧 減震裝置 輪對(duì)和軸承 基 礎(chǔ)制動(dòng)裝置及常接觸式彈性旁承等組成 采用兩級(jí)剛度彈簧及變摩擦減震器 減震外簧比 承載鞍高1 3 m m 組合式斜楔的主摩擦板采用高分子材料 副摩擦而材質(zhì)為 j 式體球景鑄 鐵 采用2 5 t 軸重 雙列圓錐滾子軸承 r e 2 a 型5 0 鋼車軸及i m 型磨耗型踏面的新結(jié)構(gòu) 鑄鋼或輾鋼車輪 坫礎(chǔ)制動(dòng)裝置采j f 貨車 2 0 0 2 1 1 號(hào)義批準(zhǔn)的鐵路貨乍高摩擦系數(shù)合 成閘瓦 巾鋇0 滑褙j 弋糾l 合j 制動(dòng)梁 制動(dòng)札桿采用奧一貝球墨鑄鐵襯套 第4 頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 5 轉(zhuǎn)k 5 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)k 6 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 6 是在借鑒轉(zhuǎn)k 2 轉(zhuǎn)向架成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上研制的新型三大件 式貨車轉(zhuǎn)向架 一系懸掛利用軸箱彈性橡膠墊 降低輪軌作用力 二系懸掛采用帶變摩擦 減震裝置的二級(jí)剛度中央懸掛系統(tǒng) 下心盤(pán)的直徑為3 7 5 m m 內(nèi)設(shè)含油尼龍心盤(pán)磨耗盤(pán) 采用雙作用常接觸式彈性旁承 裝用2 5 t 軸重雙列圓錐滾子軸承 采用輕型新結(jié)構(gòu)h e z b 型鑄鋼輪或h e s a 型碾鋼車輪 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置為中拉桿式單側(cè)閘瓦制動(dòng)裝置 采用l a 或 l b 型組合式制動(dòng)梁 新型高磨合成閘瓦 轉(zhuǎn)k 7 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 7 是在原三大件轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上將一個(gè)輪對(duì)的左右兩個(gè)承 載鞍相連 形成u 形副構(gòu)架 前后兩個(gè)輪對(duì)通過(guò)連接桿與兩u 形副構(gòu)架銷接在一起 從而 形成自導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí) 由于前輪對(duì)的導(dǎo)向作用 將拉 壓力通 過(guò)連接桿傳遞到后輪對(duì) 再加上一系橡膠堆的存在 使得轉(zhuǎn)向架具有較小的抗彎剛度 允 許轉(zhuǎn)向架輪對(duì)在曲線上作徑向或八字形位移 但限制菱形位移 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 轉(zhuǎn) k 7 型轉(zhuǎn)向架 主要用于大秦線8 0 t 級(jí)運(yùn)煤敞車 亦可用于其它7 0 t 級(jí)鐵路貨車 并能滿 足貨車1 2 0 k m h 的運(yùn)行要求 艨滔 麗黧鬟飄i 露霸羚 娶 磁琢飄 皆絮蘩溺斛 鐐 吲 j l 一 j 吐 乏j 群習(xí)髏舞r 潭 j 墨誓醞1 l 懣嗣 鼉器擘駕鬻j 圖1 6 轉(zhuǎn)k 6 型轉(zhuǎn)向架圖i 7 轉(zhuǎn)k 7 型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)8 a 系列轉(zhuǎn)向架由轉(zhuǎn)8 a 轉(zhuǎn)向架 如圖1 8 轉(zhuǎn)8 a g 轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)8 g 轉(zhuǎn)向架三種 轉(zhuǎn) 8 a 固定軸距由1 7 0 0 m m 改為1 7 5 0 m m 側(cè)架下平面距軌面高度由1 9 0 m m 改為1 7 0 m m 加大搖 枕端部上平面與側(cè)架上弦桿下平面之問(wèn)的問(wèn)隙 方便枕簧裝卸 枕簧的撓度余量系數(shù)由 參 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第5 頁(yè) 0 9 改為0 7 在保持彈簧靜撓度3 5m f n 不變的情況下 縮小了彈簧的平均直徑 相應(yīng)縮 減了側(cè)架的彈簧承臺(tái)寬度 搖枕端部與側(cè)架中央方孔的寬度縮小 從而加大了側(cè)架的三角 孔 側(cè)架立柱角度由0 度改為2 5 度 立柱磨耗板厚度由6 r n m 改為1 0 m m 并增加硬度要 求 提高減振系統(tǒng)減振作用的穩(wěn)定性 制動(dòng)梁由吊掛式改為滑槽式 下旁承與搖枕由原來(lái) 鑄成一體改為下旁承盒與搖枕鑄為一體 在旁承盒內(nèi)安裝旁承鐵 方便了旁承間隙的調(diào)整 下心盤(pán)用螺栓緊固在搖枕心盤(pán)安裝面上 方便了車鉤高度的調(diào)整 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 自重輕 強(qiáng) 度較大 運(yùn)行性能較好 成為我國(guó)5 0 t 一6 0 t 貨車使用的主型轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)向架構(gòu)造速度1 0 0 k m h 抗菱剛度低 重車運(yùn)行速度約8 0 k m h 空車運(yùn)行速度約6 0 k m h 一7 0 k m h 時(shí)即可產(chǎn) 生蛇行運(yùn)動(dòng) 枕簧空車靜撓度偏小 減振裝置的減振性能不穩(wěn)定 當(dāng)斜楔和與其配合的磨 耗板磨耗到接近段修限度時(shí) 減振裝置便喪失了減振作用 與車體之間的回轉(zhuǎn)阻力矩較小 導(dǎo)致車體的低速搖頭運(yùn)動(dòng)不能得到有效抑制 使車輛的動(dòng)力學(xué)性能變差 2 0 0 1 年8 月全 路停止生產(chǎn)轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架時(shí) 各型貨車上總共裝用近5 0 萬(wàn)臺(tái) 當(dāng)時(shí)貨車總數(shù)5 5 萬(wàn)臺(tái) 經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)與各種修改 證明轉(zhuǎn)8 a 三大件式轉(zhuǎn)向架無(wú)法提速 轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 9 齊哈爾鐵路車輛 集團(tuán) 有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn)s a g 型轉(zhuǎn)向架 在轉(zhuǎn)8 a 基礎(chǔ)上加裝交叉支撐裝置 含油尼龍心盤(pán)磨耗盤(pán) 雙作用彈性旁承 兩級(jí)剛度彈簧 為適應(yīng)兩級(jí)剛度彈簧 將搖枕彈簧定位圓臍適當(dāng)加高 為適應(yīng)交叉支撐裝 置 采用了新結(jié)構(gòu)下拉桿 其他零部件與轉(zhuǎn)8 a 相同 交叉支撐裝置大大提高轉(zhuǎn)向架抗菱 剛度和抗剪剛度 雙作用彈性旁承約束車體側(cè)滾運(yùn)動(dòng) 提高轉(zhuǎn)向架與車體間回轉(zhuǎn)阻力矩 兩級(jí)剛度彈簧提高轉(zhuǎn)向架空車彈簧靜撓度 使空車磨耗到段修限度時(shí)轉(zhuǎn)向架還能夠保證有 一定的相對(duì)摩擦因數(shù) 解決減振系統(tǒng)失效問(wèn)題 共計(jì)改造約2 萬(wàn)臺(tái) 改造后可滿足商業(yè)運(yùn) 營(yíng)速度9 0k m h 要求 圖1 8 轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架 圖1 9 轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架 目8 一 1 豳 轉(zhuǎn)8 g 型轉(zhuǎn)向架 如圖1 1 0 的側(cè)架強(qiáng)度儲(chǔ)備偏低 轉(zhuǎn)8 a g 改造時(shí) 側(cè)架斜弦支撐座 組裝部位結(jié)構(gòu)差別較大 支撐座適應(yīng)不同生產(chǎn)廠家的側(cè)架難度較大 支撐座結(jié)構(gòu)復(fù)雜 焊 接的可靠性較差 在轉(zhuǎn)8 a g 基礎(chǔ)上重新優(yōu)化設(shè)計(jì)b 級(jí)鋼材質(zhì)的新結(jié)構(gòu)側(cè)架 交叉支撐裝置 含油尼龍心盤(pán)磨耗盤(pán) 雙作用彈性旁承 兩級(jí)剛度彈簧 下拉桿與轉(zhuǎn)8 a g 相同 其余主要 零部件與轉(zhuǎn)8 a 相同 2 0 0 2 年3 月以來(lái) 運(yùn)用中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)s a g 轉(zhuǎn)8 g 交叉支撐裝置蓋板 與定位座部位產(chǎn)生裂紋 齊車公司對(duì)交叉支撐蓋板與定位座焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化 轉(zhuǎn)8 g 裝 第6 頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 車約2 3 萬(wàn)臺(tái) 現(xiàn)已停止生產(chǎn) 一 群穢 圖1 i 0 轉(zhuǎn)8 g 型轉(zhuǎn)向架 文獻(xiàn) 3 是基于a w e 的礦用車車架結(jié)構(gòu)分析 對(duì)車架進(jìn)行靜力學(xué)條件下的應(yīng)力應(yīng)變分 析和模態(tài)分析 基于a w e 的自行車車架的分析 對(duì)車架進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析 模態(tài)分析 屈 曲分析 大大縮短了設(shè)計(jì)周期 最后整合這些分析完成對(duì)車架的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)n 1 動(dòng)車在定期檢修時(shí) 可以由工藝轉(zhuǎn)向架替換動(dòng)車轉(zhuǎn)向架 實(shí)現(xiàn)承載運(yùn)輸機(jī)車車體 滿 足機(jī)車車體與動(dòng)車轉(zhuǎn)向架在不同檢修工位間移動(dòng)的需要 單節(jié)機(jī)車車體由動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非 動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架配合使用 共同支撐機(jī)車車體 便于更好地檢修機(jī)車車體及其轉(zhuǎn)向架等零 部件 目前國(guó)內(nèi)的工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用才i i i i i i 起步 國(guó)內(nèi)有四方動(dòng)車生產(chǎn)基地 北京動(dòng) 車檢修基地等幾個(gè)地方正在使用此類設(shè)備 工藝轉(zhuǎn)向架從設(shè)計(jì)和使用角度上是庫(kù)內(nèi)替代動(dòng) 車轉(zhuǎn)向架 用于轉(zhuǎn)向架在生產(chǎn)基地和檢修基地進(jìn)行作業(yè) 為動(dòng)車車體提供了一個(gè)具有移動(dòng) 功能的臨時(shí)平臺(tái) 2 早在2 0 世紀(jì)6 0 年代 日本開(kāi)發(fā)了第一代0 系列的動(dòng)車組d t 2 0 0 型動(dòng)力轉(zhuǎn)向架 其中一系懸掛系統(tǒng)采用i s 拉板雙圓簧支撐 中央懸掛系統(tǒng)采用空氣彈簧 液壓減震器等 組成 后來(lái)又開(kāi)發(fā)了3 0 0 系列的動(dòng)車組d t 2 0 3 型 5 0 0 系用的w d t 9 1 0 1 9 1 0 2 9 1 0 3 型等2 0 余種轉(zhuǎn)向架 這些轉(zhuǎn)向架在結(jié)構(gòu)上不斷改進(jìn)簡(jiǎn)化 采用鋼板焊接結(jié)構(gòu) 鋁合金軸箱和空心 車軸等技術(shù)實(shí)現(xiàn)其輕量化和滿足強(qiáng)度需求的轉(zhuǎn)向架 日本新干線高速旅客列車是世界上最 早的高速客運(yùn)列車 日本的轉(zhuǎn)向架經(jīng)歷了四代 0 系為第一代 1 0 0 系為第二代 3 0 0 系 為第三代 5 0 0 系和7 0 0 系為第四代 而最早的0 系列全為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架 1 0 0 3 0 0 和7 0 0 系才生產(chǎn)了非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架乜1 歐洲的高速動(dòng)車組采用動(dòng)力集中的模式 其動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的模式與現(xiàn)代動(dòng)力分散的轉(zhuǎn)向 架模式有很大的區(qū)別 其非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架則有常規(guī)的客車轉(zhuǎn)向架演變而來(lái) 歐洲近些年設(shè)計(jì) 的動(dòng)力分散轉(zhuǎn)向架與日本新干線的動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架模式基本一樣 都采用無(wú)搖枕的結(jié)構(gòu) 且 構(gòu)架也是采用焊接結(jié)構(gòu) 另外 部分歐洲國(guó)家還通過(guò)采用擺式列車技術(shù)實(shí)現(xiàn)在既有鐵路路 線上的高速運(yùn)行口1 比如法國(guó)的t g v 高速列車采用鉸接式轉(zhuǎn)向架 并且是相鄰的機(jī)車公用 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第7 頁(yè) 一臺(tái)轉(zhuǎn)向架 德國(guó)著名的最新的高速客車轉(zhuǎn)向架是城間高速列車i c e 所用的轉(zhuǎn)向架 其特 點(diǎn)是在牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)中把盡可能多的重量從轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)移到車體以降低車輪動(dòng)載荷 其中轉(zhuǎn) 向架構(gòu)架為箱型焊接結(jié)構(gòu) 由兩根中間為凹形的側(cè)梁組成 二系懸掛為加有橡膠堆的空氣 彈簧 并裝有抗側(cè)滾扭桿穩(wěn)定器和抗蛇形減震器 一系懸掛是螺旋彈簧加垂直減震器 用 單側(cè)的拉桿定位 意大利的e t r 5 0 0 高速電動(dòng)車組用轉(zhuǎn)向架 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架支撐在四個(gè) 軸箱螺旋彈簧上 軸箱用拉桿定位 橡膠元件可以保證構(gòu)架和軸箱之間的彈性聯(lián)接 車軸 上裝有圓錐滾動(dòng)軸承的軸箱 二系懸掛裝置設(shè)有四個(gè)帶橡膠件的螺旋彈簧 每臺(tái)轉(zhuǎn)向架設(shè) 有兩臺(tái)牽引電機(jī) 使用四個(gè)關(guān)節(jié)式橡膠元件和不傳遞垂直載荷的銷將電機(jī)固定在轉(zhuǎn)向架 上 日本的工藝轉(zhuǎn)向架有悠久的歷史 技術(shù)比較成熟 日本采用的動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架 在技 術(shù)和應(yīng)用范圍上領(lǐng)先于國(guó)內(nèi) 具備適用多種車型 動(dòng)力拖動(dòng)和手動(dòng)操作功能 歐洲的轉(zhuǎn)向 架也有長(zhǎng)足的發(fā)展 但適用車型少 僅限于支持本國(guó)系列的動(dòng)車車型 操作不方便 且需 外接電源提供動(dòng)力 1 3 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 近幾年 我國(guó)動(dòng)車裝備得到較快發(fā)展 動(dòng)車速度不斷提高 距離由短途到長(zhǎng)途的發(fā)展 歷程 動(dòng)車的檢修 保養(yǎng)工作迫在眉睫 結(jié)合我國(guó)動(dòng)車的不同型號(hào) 設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)橫向移 動(dòng)和彈性支撐功能 且滿足不同型號(hào)動(dòng)車需求的工藝轉(zhuǎn)向架 其中研發(fā)的該動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向 架自帶蓄電池作為動(dòng)力源 可方便快捷裝載及持續(xù)運(yùn)輸機(jī)車車體 針對(duì)國(guó)內(nèi)動(dòng)車組機(jī)車的不同型號(hào)需求 借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析軟件 結(jié)合鐵路 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝轉(zhuǎn)向架技術(shù)說(shuō)明書(shū) 研發(fā)一套新型的通用性強(qiáng)的工藝轉(zhuǎn)向架 使得在機(jī)車 車體與轉(zhuǎn)向架分離的同時(shí)由工藝轉(zhuǎn)向架來(lái)支撐和牽引機(jī)車車體 方便機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架在 不同工位的檢修要求 對(duì)工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì) 首先完成其初步的設(shè)計(jì)方案 再借助c a d c a e 技術(shù)與方法對(duì)轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 使工藝轉(zhuǎn)向架在滿足強(qiáng)度 剛度的同時(shí) 實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo) 其主要的研究?jī)?nèi)容和方法為 1 根據(jù)動(dòng)車不同車體的要求 實(shí)現(xiàn)可以橫向調(diào)整寬度的設(shè)備 采用燕尾槽結(jié)構(gòu) 利 用橫向滑板及其彈性支撐部件在燕尾槽內(nèi)橫向滑動(dòng) 及時(shí)調(diào)整橫向?qū)挾?滿足不同動(dòng)車車 體寬度的需求 首先設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)尺寸 再設(shè)計(jì)其他零部件結(jié)構(gòu)與尺寸的思路 逐步實(shí)現(xiàn) 各個(gè)零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì) 進(jìn)而完成工藝轉(zhuǎn)向架的初步設(shè)計(jì) 2 根據(jù)初步設(shè)計(jì) 采用p r o e 軟件構(gòu)建工藝轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零部件三維模型 結(jié)合工 藝轉(zhuǎn)向架的實(shí)際工況 在a w e 環(huán)境中對(duì)構(gòu)架和橫梁進(jìn)行靜力學(xué)強(qiáng)度分析 疲勞強(qiáng)度分析和 動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析 針對(duì)分析結(jié)果 進(jìn)一步分析初步設(shè)計(jì)是否合理 是否滿足設(shè)計(jì)要求和使 用要求 同時(shí)可以對(duì)設(shè)計(jì)方案中不滿足設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn) 3 基于a n s y sw o r k b e n c h 軟件 對(duì)工藝轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 采用實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)的方法 結(jié)合靜力學(xué)分析結(jié)果 對(duì)構(gòu)架與橫梁進(jìn)行尺寸優(yōu)化 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì) 使得構(gòu) 架與橫梁在滿足強(qiáng)度 剛度的同時(shí) 實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo) 并驗(yàn)證優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)可靠性 第8 頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 全文對(duì)工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)與分析主要的流程如圖1 1 l 所示 圖1 1 1 工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的c a d c a e 流程 1 4 本章小結(jié) 本章從全局的角度介紹該課題的研究背景和意義 闡述了國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)向架的發(fā)展與研究 情況 結(jié)合文獻(xiàn) 1 及其實(shí)際工況 確定研究的主要內(nèi)容 提出研究的主要技術(shù)路線 理 清全文的研究思路和方向 為后續(xù)的研究工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ) 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第9 頁(yè) 第二章動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架的初步設(shè)計(jì) 2 1 動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)需求 2 1 1 適用范圍 工藝轉(zhuǎn)向架適用于各型和諧型大功率六軸交流傳動(dòng)電力機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架分離后 替 換轉(zhuǎn)向架 牽引承載和諧型六軸大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車車體 完成車體在各檢修工位間 移動(dòng)的專用工裝設(shè)備 2 1 2 適用環(huán)境 海拔高度 1 0 0 0 米 環(huán)境溫度 一1 0 4 5 相對(duì)濕度 月平均不大于9 0 最高相對(duì)濕度不大于9 5 電電源 a c3 8 0 v5 0 h z 三相五線制 工作制 間歇工作 連續(xù)工作不小于3 小時(shí) 工作場(chǎng)地 室內(nèi) 外 坡度要求 3 2 1 3 基本性能要求 設(shè)備應(yīng)能滿足各型和諧型大功率六軸交流傳動(dòng)電力機(jī)車車體的承載 并能在各檢修區(qū) 或檢修工位之間移動(dòng) 工藝轉(zhuǎn)向架應(yīng)該包括動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架兩種類 型 兩者配對(duì)使用 共同支撐單節(jié)機(jī)車車體 2 1 4 設(shè)備主要性能參數(shù)要求 1 動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)要求n 1 表2 1 動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)要求 軌距 1 4 3 5 m m 軸距 輪徑 電池容量 充電電壓 充電電流接口 承載平臺(tái)面高 載重 最大運(yùn)行速度 設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間 驅(qū)動(dòng)裝置控制方式 2 5 0 0 r a m 7 7 0 8 4 0 咖 大于8 0 v 3 0 0 a h 鋰電電池組 a c 3 8 0 v 1 0 5 0 h z 4 0 a 滿足車鉤中心線距軌面高度不大于8 8 0 r a m 5 0 t 3 k m h 可調(diào) 不小于3 小時(shí) 手持線控 第1 0 頁(yè)武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 2 非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)要求 表2 2 非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)要求 軌距 1 4 3 5 m m 軸距 輪徑 承載平臺(tái)面高 載重 2 5 0 0 m m 7 7 0 8 4 0 衄 滿足車鉤中心線距軌面高度不大于8 8 0 m m 5 0 t 2 1 5 工藝轉(zhuǎn)向架的基本結(jié)構(gòu) 動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架由工藝轉(zhuǎn)向架主體 牽引裝置 支撐裝置 電源裝置 控制系統(tǒng)組成 其中工藝轉(zhuǎn)向架主體由機(jī)架 構(gòu)架與橫梁 動(dòng)力輪對(duì) 非動(dòng)力輪對(duì) 控制系統(tǒng)和電池安 裝座 連接裝置組成 牽引裝置包括交流電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 減速機(jī) 電源裝置由充電機(jī) 鋰 電池 電池管理系統(tǒng)組成 控制系統(tǒng)由控制器 報(bào)警器 狀態(tài)指示燈 停車制動(dòng)裝置 線 控手柄組成 非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架由工藝轉(zhuǎn)向架主體 支撐裝置 非動(dòng)力輪對(duì)組成 通常動(dòng) 力轉(zhuǎn)向架與非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架兩者配合使用 共同支撐運(yùn)輸一節(jié)機(jī)車車體 工藝轉(zhuǎn)向架主體應(yīng)具備支撐各型大功率機(jī)車車體的結(jié)構(gòu)要求 外觀及設(shè)計(jì)應(yīng)符合檢修 基地的環(huán)境及使用要求 工藝轉(zhuǎn)向架的支撐高度應(yīng)滿足各型大功率機(jī)車檢修工藝的高度要 求 且應(yīng)保證各機(jī)型機(jī)車檢修平臺(tái)高度一致 長(zhǎng)度和寬度滿足現(xiàn)場(chǎng)要求及轉(zhuǎn)盤(pán)要求 2 2 四種動(dòng)車車體的主要技術(shù)參數(shù) 目前我國(guó) 和諧號(hào) 動(dòng)車均為高速動(dòng)車組列車c r h c h i n ar a i l w a y sh i g h s p e d 系 列 主要運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車c r h 型號(hào)有 c r h l c r h 2 c r h 3 c r h 5 本次設(shè)計(jì)的工藝轉(zhuǎn)向 架主要針對(duì)該四種動(dòng)車車型 其車體的主要技術(shù)參數(shù)如下表 表2 3 我國(guó)現(xiàn)有四種動(dòng)車車體的主要技術(shù)參數(shù) 2 3 工藝轉(zhuǎn)向架的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)合工藝轉(zhuǎn)向架技術(shù)規(guī)格書(shū)和四種動(dòng)車車體的主要技術(shù)參數(shù) 對(duì)工藝轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵機(jī) 械部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型 一套工藝轉(zhuǎn)向架通常由動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架 組成 兩者配對(duì)使用 支撐單節(jié)機(jī)車車體 動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架 橫梁 輪對(duì) 減 速機(jī)與電機(jī) 軸箱和彈性支撐部件等組成 非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架無(wú)需電機(jī)與減速機(jī)部件 其 余結(jié)構(gòu)與動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架相同 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第ll 頁(yè) 2 3 1 構(gòu)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 構(gòu)架的功能 傳遞載荷 即傳遞車體至輪對(duì)和輪對(duì)至車體載荷 為一系懸掛系統(tǒng)提供支持 支持蓄電池組的配備安裝 為其它各種輔助裝置 減震裝置 報(bào)警器 掛鉤等 提供支持 2 構(gòu)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) 構(gòu)架是工藝轉(zhuǎn)向架的主要承載部件 構(gòu)架兩側(cè)為兩根側(cè)梁 每根側(cè)梁由內(nèi)側(cè)板 外側(cè) 板 頂板 彈性支撐板以及筋板焊接而成 其中內(nèi) 外側(cè)板及頂板的厚度均為1 2 姍 筋板 厚度為3 0 咖 構(gòu)架的一端為牽引梁 另一端為端梁 兩者結(jié)構(gòu)完全相同 可實(shí)現(xiàn)雙向牽 引 中間由兩鋼管橫向連接 另有四根角鋼橫向連接以支撐兩個(gè)蓄電池箱 根據(jù)現(xiàn)有動(dòng)車 不同車體的要求 結(jié)合文獻(xiàn) 5 和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 構(gòu)架初步設(shè)計(jì)的總體尺寸 長(zhǎng)3 8 0 0 咖 寬 2 1 0 0 咖 高4 5 0 咖 固定軸距2 5 0 0 姍 每根側(cè)梁寬4 2 5 姍 初步設(shè)計(jì)的構(gòu)架的平面圖如圖 2 1 所示 o 2 圖2 1 構(gòu)架的平面圖 2 3 2 橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 橫梁的功能 將車體的重量由橫梁傳遞到構(gòu)架的側(cè)梁 橫向滑板在橫梁的燕尾槽內(nèi)橫向滑動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)其橫向?qū)挾?在橫梁兩端安裝手輪實(shí)現(xiàn)橫向滑板的雙向調(diào)整功能 2 橫梁的設(shè)計(jì)參數(shù) 橫梁的設(shè)計(jì)需考慮滿足四種車型的車體需要 既可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整轉(zhuǎn)向架的橫向移動(dòng) 又 可以保障承載的安全平穩(wěn)性 借鑒車床的燕尾槽導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)在燕尾槽導(dǎo)軌 上滑動(dòng) 故在橫梁的橫向移動(dòng)裝置中采用燕尾槽結(jié)構(gòu) 燕尾槽導(dǎo)軌有支撐和導(dǎo)向作用 并 在橫梁的兩端各安裝一個(gè)手輪 方便操作人員在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)操作 人工轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可帶動(dòng)燕 尾槽內(nèi)的橫向滑板橫向滑動(dòng) 實(shí)時(shí)調(diào)整橫向?qū)挾?以滿足不同動(dòng)車車體的需要 橫梁主要由兩側(cè)梁 燕尾槽 中間兩鋼管及橫梁兩端的鋼板焊接而成 橫梁外形近似 第1 2 頁(yè)武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 呈 船 形 單側(cè)側(cè)梁的四周 底面和頂面由共6 塊鋼板焊接組成 且四周及底面鋼板厚 度一致 初始厚度均為l o m m 頂板鋼板厚度為5 唧 兩側(cè)側(cè)梁對(duì)稱布置且對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)與鋼板厚 度一樣 燕尾槽結(jié)構(gòu)直接焊接在側(cè)梁頂板上 以實(shí)現(xiàn)滑板橫向移動(dòng)調(diào)整工藝轉(zhuǎn)向架的橫向 寬度 兩側(cè)梁通過(guò)中間兩鋼管及兩端l o m m 厚的四塊鋼板焊接連接 初步設(shè)計(jì)的橫梁總體尺 寸為 長(zhǎng)2 7 0 0 r a m 寬1 2 0 0 m m 高4 0 0 m m 橫梁的工程圖如圖2 3 所示 圖2 3 橫梁設(shè)計(jì)平面圖 2 3 3 車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工藝轉(zhuǎn)向架與鋼軌相接觸的部分是輪對(duì)組件 輪對(duì)是工藝轉(zhuǎn)向架的主要行走部件 由 左右兩車輪過(guò)盈配合在同一根車軸上組成 輪對(duì)可以保證工藝轉(zhuǎn)向架在鋼軌上的運(yùn)行和轉(zhuǎn) 向 承受來(lái)自機(jī)車的全部靜 動(dòng)載荷 將其傳遞給鋼軌 另外 機(jī)車車輛的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)也 是通過(guò)輪對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 結(jié)合我國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)的輪對(duì)需要滿足軌距為1 4 3 5 m m 的要 求 且保證輪對(duì)內(nèi)側(cè)距必須在1 3 5 3 2 毫米范圍以內(nèi) 輪對(duì)分為動(dòng)力輪對(duì)和非動(dòng)力輪對(duì) 輪對(duì)主要由兩車輪和車軸組成 動(dòng)力輪對(duì)安裝在動(dòng) 力工藝轉(zhuǎn)向架上 非動(dòng)力輪對(duì)則安裝在非動(dòng)力工藝轉(zhuǎn)向架上 動(dòng)力輪對(duì)需要安裝軸箱 減 速器和牽引電機(jī) 非動(dòng)力輪對(duì)不需要安裝減速器和牽引電機(jī) 其他與動(dòng)力轉(zhuǎn)向架相同 車輪是工藝轉(zhuǎn)向架與鋼軌直接接觸的部分 它將工藝轉(zhuǎn)向架的載荷傳遞給鋼軌 并在 鋼軌上滾動(dòng) 目前我國(guó)車輛均采用碳素鋼整體碾壓車輪 具有較好的彈性和優(yōu)良的防噪聲 性能 另外 車輪踏面外形有錐形踏面外形和磨耗形踏面外形兩種 具體外形如圖2 4 所示 3 2 一i 一 1 0 3 j 4 r 弋 1 6 3 2 一 o 7 一一3 5 r 建 7 0 6 5 弋 一 囊 一 投 罨l 蘑面基準(zhǔn)線 3 剮 l 8 輪徑測(cè)量基線 t 錐形路面外形 瘩耗形路面外形 圖2 4 兩種車輪踏面外形圖 武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第1 3 頁(yè) 其中錐形踏面外形設(shè)置斜度的理由是 1 使車輛順利通過(guò)曲線 并減少車輪在鋼軌上的滑動(dòng) 車輛運(yùn)行在曲線上時(shí) 由 于慣性作用使輪對(duì)靠向外軌 在外軌滾動(dòng)的車輪與鋼軌接觸部分的直徑較大 沿內(nèi)軌滾動(dòng) 的車輪與鋼軌接觸部分的直徑較小 輪對(duì)滾動(dòng)后 恰好和曲線線路外軌長(zhǎng)內(nèi)軌短的情況相 適應(yīng) 使車輛順利通過(guò)曲線 同時(shí)減少踏面在軌面上的滑行 2 車輪在直線上運(yùn)行時(shí) 使車輛的復(fù)原性好 由于踏面上設(shè)有斜度 為了使軌面 與踏面接觸良好 鋼軌設(shè)有軌底坡 因此 車輛在直線上運(yùn)行時(shí) 軌面對(duì)踏面的作用力方向是傾向線路中心的 其水平分 力具有使輪對(duì)處在線路中央的作用 這樣輪對(duì)就不容易被橫向力推動(dòng) 即使輪對(duì)被橫向力 推向軌道一側(cè) 由于踏面有斜度 也容易恢復(fù)到線路中央位置 磨耗形踏面的幾何形狀與錐形踏面相比 其主要不同之處在于踏面采用三段弧線 r l o o m r 5 0 0 m 及r 2 2 0 姍 圓滑連接成的一條曲線和斜度為1 8 的一段直線所組成的 幾何圖形 采用磨耗形踏面減少了輪緣磨耗 延長(zhǎng)車輪與鋼軌的使用壽命 故設(shè)計(jì)的車輪 采用磨耗形踏面l m 外形 結(jié)合車輛用輪對(duì)類型與尺寸 b se n l 3 2 6 0 2 0 0 3 中文版鐵路應(yīng)用一輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架輪對(duì)一 生產(chǎn)要求 t b t4 4 9 2 0 0 3 機(jī)車車輛輪對(duì)輪緣踏面外形 軸的設(shè)計(jì)尺寸和工藝轉(zhuǎn)向架的技 術(shù)規(guī)格書(shū)等綜合因素 設(shè)計(jì)車輪直徑為8 0 0 咖的l m 外形車輪 且車輪內(nèi)側(cè)距為1 3 5 3 2 咖 設(shè)計(jì)的車輪工程圖如圖2 5 所示 圖2 5 車輪踏面的平面圖 2 3 4 電機(jī)與減速機(jī)的選擇 電機(jī)與減速機(jī)在工藝轉(zhuǎn)向架的行走運(yùn)行的動(dòng)力源 是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架滿足承載要求運(yùn)行的 關(guān)鍵 選擇的電機(jī)和減速機(jī)不僅要滿足動(dòng)力需要 而且要體積盡量小 滿足安裝空間等需 要 鑒于安裝空間和現(xiàn)有減速機(jī)及電機(jī)的產(chǎn)品特點(diǎn) 對(duì)電機(jī)與減速機(jī)的選型與安裝采用電 機(jī)與減速機(jī)可以直接組合在一起的裝配模式 1 電機(jī)類型的選擇 動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架的移動(dòng)行走主要依靠電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架在不同車間或工位上 的移動(dòng) 因此電機(jī)的選擇至關(guān)重要 工藝轉(zhuǎn)向架技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求 選擇符合動(dòng)車工藝轉(zhuǎn) 第1 4 頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 向架需要的直流電機(jī) 其中典型的生產(chǎn)機(jī)械選用電動(dòng)機(jī)如表2 4 所示 表2 4 典型生產(chǎn)機(jī)械選用電動(dòng)機(jī)的實(shí)例 機(jī)械 電機(jī)種類 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)典型機(jī)械 特性 他勵(lì)調(diào)速平滑 范圍 需直流電源 結(jié) 大型機(jī)床 造紙機(jī) 印 硬構(gòu)復(fù)雜 價(jià)貴 并勵(lì)寬 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大刷機(jī)等 直流 可靠性較差 電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)軟 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 負(fù)載 電車 電動(dòng)機(jī)車 起重 變化時(shí)可自動(dòng)調(diào)同上 復(fù)勵(lì)軟機(jī) 卷?yè)P(yáng)機(jī) 沖床等 節(jié)轉(zhuǎn)速 結(jié)合工藝轉(zhuǎn)向架技術(shù)規(guī)格書(shū)和典型電動(dòng)機(jī)的實(shí)例 工藝轉(zhuǎn)向架類似電動(dòng)平車的應(yīng)用 故選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易且性能可靠 成本低廉的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 2 減速機(jī)的選型 鑒于工藝轉(zhuǎn)向架的安裝需要 需要考慮最好將電機(jī)和減速機(jī)直接配合在一起使用 參 照文獻(xiàn) 9 選擇f 系列平行軸三級(jí)斜齒減速機(jī) 減速比的要求選三級(jí) f 系列平行軸三級(jí)斜齒減速機(jī)有以下特點(diǎn) 可以與直流電機(jī)組合 平行輸出 結(jié)構(gòu)緊湊 傳遞扭矩大 工作平穩(wěn) 噪音低 壽命長(zhǎng) 安裝方式 底座安裝 法蘭安裝 扭力臂安裝 減速比 基本型二級(jí)4 3 2 5 3 三級(jí)2 8 2 2 7 3 組合至1 8 5 0 9 基本型二級(jí)輸入輸出旋轉(zhuǎn)方向相同 三級(jí)相反 輸出方式 空心軸輸出或?qū)嵭妮S輸出 平均效率 二級(jí)9 6 三級(jí)9 4 f c r 平均效率8 5 3 電機(jī)與減速機(jī)的型號(hào)確定 1 確定減速電機(jī) 根據(jù)工藝轉(zhuǎn)向架的性能參數(shù)及冗余原則 計(jì)算工藝轉(zhuǎn)向架的驅(qū)動(dòng)功率n 們 工藝轉(zhuǎn)向架載重 5 0 t 工藝轉(zhuǎn)向架總重約 1 0 t 實(shí)際小于5 t 行車速度 v 5 0 m m in 車輪直徑 d 0 8 m 車輪周長(zhǎng) c 萬(wàn) d 3 1