【動車組拖車與動車轉向架技術研究（任務書+開題報告）】

動車組拖車與動車轉向架技術研究（任務書+開題報告）設計(論文)任務書設計（論文）題目：一、畢業(yè)設計（論文）基本內容本論文以國內某高速動車組拖車轉向架構架作為研究對象。首先通過三維建模軟件PRO/E建立轉向架構架模型，繼而將模型導入有限元分析軟件WORKBENCH中建立有限元分析模型;然后在限元分析軟件WORKBENCH中計算構架在每個工況下的靜強度，并進行模態(tài)分析;最后，進一步對構架進行優(yōu)化設計，使其盡量輕量化，并將使構架優(yōu)化后的強度和剛度滿足行駛要求。二、基本要求轉向架作為鐵道車輛的重要走行部件之一，不僅能夠減緩來自軌道的沖擊，而且還能保證列車平穩(wěn)、安全的運行。因此，改善車輛運行質量以及提高車輛性能的關鍵在于研發(fā)設計結構更加合理的轉向架。而構架作為列車運行時的重要承載部件，不僅可以通過二系懸掛支撐車體，作為關鍵零部件的安裝基礎，還能承受和傳遞來自各方向上的載荷和作用力。因此，研究并設計出結構合理的構架對列車的運行安全和穩(wěn)定有著重要的作用。

三、重點研究的問題列車在運行中轉向架主要零部件如構架、車輪、車軸不斷承受來自由線路不平順所引起的沖擊作用，同時還受到曲線通過的橫向力、驅動和制動載荷作用；另外，還有牽引電機工作及變速箱齒輪嚙合所帶來的振動沖擊作用，這些力的大小并不是一個定值，而是會隨著時間發(fā)生變化。由此可見，列車在行駛中處于一個相當復雜的載荷作用環(huán)境中，這種作用隨列車速度的提高愈加激烈，轉向架一些零部件在這種隨機應力的長期作用下可能會發(fā)生疲勞損壞，出現裂紋或斷裂，危及行車安全。因此，高速轉向架的強度問題主要是疲勞強度，又以焊接構架的疲勞問題最為突出。四、主要技術指標對動車組高速轉向系統(tǒng)的操作和構成展開深入了解，以轉向架CRH380ALEMU的示例為基礎，根據典型錯誤事件，基于隨機錯誤以及每日錯誤報告中的故障信息，從典型錯誤事件中構建了轉向架系統(tǒng)的五級錯誤系統(tǒng)。運用故障樹方法，建立回轉系統(tǒng)及其子系統(tǒng)故障模型，通過計算得到可能發(fā)生故障的概率。五、其他要說明的問題無下達任務日期：2021年11月17日要求完成日期：2022年11月17日指導教師：

開題報告題目：動車組拖車與動車轉向架技術研究一、文獻綜述我國客車轉向架技術的起步落后于國外一些國家，20世紀50年代初，我國客車轉向架主要是在參考國外客車轉向架的基礎上生產而來，具有代表性的有101型轉向架和201型轉向架，主要應用在21型客車上和22型軟臥、餐車上。但是因其結構復雜、動力學性能差，最終被淘汰。到1958年，我國自主研發(fā)的設計時速為120km的202型轉向架，普遍應用在二十世紀七八十年代的客車上。該轉向架的構架和搖枕均采用鑄鋼結構，制動方式為吊掛式雙側閘瓦式。20世紀70年代初期，我國成功設計出應用于22型客車時速為120km的206型和207型兩種轉向架，結構基本相同，構架為鑄鋼U形結構，區(qū)別在于適用的軌距不同。與此同時，我國還研發(fā)出208型、209型兩種轉向架，隨后209型轉向架經過改進研發(fā)出設計時速均為120km的209T、ZogP轉向架，主要應用在22型、25B型、25G型三種客車上。這兩種轉向架僅在制動方式上有所不同(ZOgT踏面制動，ZogP盤形制動)，軸箱和二系懸掛分別采用干摩擦導柱式定位結構和螺旋鋼彈簧加搖動臺結構，同時裝有垂向液壓減振器和二系彈性止擋，減小了構架和搖枕之間的沖擊力和摩擦。我國于1990年設計出時速為160km的準高速轉向架，主要代表轉向架有應用在252、25K型客車上的209HS、206KP、CW型三種轉向架。其中209HS型轉向架是基于209P型轉向架結構設計而來:構架及搖枕均采用焊接結構。206KP型轉向架是參照206型轉向架結構而設計出來的準高速客車轉向架，經過改進之后定為SW-160型轉向架，并得到廣泛的應用。CW系列轉向架是在充分了解并深入研究英國BTIO型轉向架的基礎上設計而來，主要有兩種型號，即CW-1型和CW-2型。兩種構架均為H型焊接結構，但中央懸掛不同，前者為鋼質彈簧，后者為空氣彈簧。二十世紀九十年代后期，我國將研發(fā)的重點放在高速客車轉向架上，成功設計的轉向架型號有cw-Zoo、cw-300型以及sw-22o、sw-300型。其中cw-Zoo型采用了H形鋼板焊接結構的轉向架，設計時速為200km。Sw-200型是以SW-16o型轉向架為基礎和日本共同開發(fā)出來的最高時速為220km的高速轉向架，CW-300與SW-300型在結構方面差異不大，最高時速均能達到270km。近年來，為了順應我國高速鐵路的發(fā)展趨勢，我國與國外一些動車組技術先進的國家合作開發(fā)制造了CRH系列高速動車組。其中，與加拿大合作開發(fā)研制的CRHI型以及與法國合作設計研制的CRHS型均屬于時速為200km等級的高速動車組。CRHI型轉向架采用了無搖枕空氣彈簧結構;CRHS型采用H型焊接構架。cRHZ型高速動車組是和日本聯合開發(fā)研制，速度等級分別為時速200公里和時速300公里，轉向架采用無搖枕結構、H型焊接構架，一系懸掛為轉臂式定位，二系懸掛為可自動調節(jié)高度、輔助風缸承擔橫梁內腔的空氣彈簧結構以及卡鉗式盤型制動裝置的采用，實現了高速運行的平穩(wěn)和良好的曲線通過能力。CRH3型是與德國合作設計研制的速度等級為時速300公里的高速動車組，轉向架采用兩軸無搖枕結構、H型焊接結構，一系懸掛和二系懸掛分別采用螺旋鋼彈簧加減振器、轉臂式定位結構和由空氣彈簧、抗側滾裝置及抗蛇行減振器等組成的結構。CRH6是以CRHZ動車組技術平臺為基礎研發(fā)的時速等級分別為160km和200km城際動車組。其轉向架為兩軸無搖枕、H型焊接結構，一系懸掛及二系懸掛分別為轉臂定位方式、雙圈螺旋鋼彈簧支撐結構和由空氣彈簧、抗蛇行減振器及抗側滾扭桿裝置組成的結構;牽引方式和基礎制動裝置分別為單連桿式和空氣卡鉗制動，提高了動力學性能和曲線通過能力。十九世紀中期，誕生了以鑄鋼或鋼板鉚焊結構為代表的客車轉向架，其一系懸掛以及中央懸掛的結構形式分別為導框式軸箱加板簧和板簧加搖枕，基礎制動方式主要以閘瓦踏面式為代表。隨著科技的進步，采用焊接結構的客車轉向架出現在歐洲很多國家。上世紀五十年代以后，客車轉向架的基礎制動方式采用盤形制動、磁軌制動裝置，改善了制動效果，增加了列車運行的安全性。上世紀六十年代，客車轉向架的中央懸掛采用空氣彈簧結構，心盤結構被中心銷取代，這樣可以簡化轉向架結構，還能提高客車的動力學性能。上世紀九十年代后期，閘瓦踏面式制動方式由無摩擦軌道制動技術取代，有效地降低了列車制動時產生的磨耗和噪音。德國于1890年成功研制出采用鍛壓鉚接結構的轉向架，并將其作為第一臺標準型客車轉向架。20世紀30年代，德國將上述轉向架結構經過改進之后，成功推出了運行時速高達160km的Gorlitzl、11及111型轉向架。到1949年，德國聯邦鐵路成功研制出構架為H型焊接結構的MD32標準型轉向架，牽引拉桿安裝位置在搖枕與構架的兩側，有效地解決了軸箱導框的磨耗問題?；贛D32標準型轉向架結構，德國聯邦鐵路根據不同的要求相繼研制出MD系列轉向架，數量達十幾種。20世紀80年代，德國以MD52型轉向架結構為基礎，完成了MD53O轉向架的研制，經過改進之后型號最終定為MD530。德國于1991年開通的第一代ICE高速列車應用了此轉向架，最高運行時速為280km，其結構與MD32標準型轉向架相似，磨耗板安裝在構架的兩側，采用中心銷模式傳遞牽引力。德國和日本在1995年聯合開發(fā)了新一代高速客車轉向架，并將其型號定為艱21型。其構架采用內支承結構，結構重量僅為4300kg，為轉向架朝著輕量化的方向發(fā)展打下基礎。1940年以前，法國鐵路客車轉向架主要以美國Pennsylvania型轉向架為主。此后，法國在Pennsylvania型轉向架基礎上成功設計出運行時速高達140km的Y16型轉向架。后來，隨著技術的提升，對轉向架結構進行改進陸續(xù)研制出三種轉向架，即YZo型、Y24型和Y26型。其中Y26型轉向架首次采用了空氣彈簧結構并于1968年投入運用，最高運行時速提升至180km。1967年，由法國鐵路設計的Y30型轉向架應用在運行時速為160km的客車上，該轉向架結構與以往轉向架有所不同:一系懸掛經過改進之后為人字形橡膠堆定位結構。同一時間，完成了Y27型和Y28型轉向架的研制，試驗時速達230km?；谠擁椉夹g的應用，法國鐵路成功設計出新一代時速為200km的Y32型轉向架，構架為H型焊接結構，盤形和磁軌制動作為基礎制動方式。20世紀70年以后，法國將開發(fā)TGV高速列車提上日程，成功研制出的轉向架主要以Y229型轉向架、動力集中型Y231轉向架及Y237型轉向架為代表。其中拖車上采用的Y237型轉向架的中央懸掛由空氣彈簧、抗蛇行液壓減振器及抗側滾扭桿等裝置組成，基礎制動裝置為盤形制動，具有較高的抗蛇行穩(wěn)定性。日本對客車車輛研發(fā)和試驗工作始于二戰(zhàn)以后，起步晚但發(fā)展較快，率先成為世界上第一個高速列車商業(yè)化運行的國家。上世紀六十年代，日本成功研制出型號為DT200第一代高速轉向架，最高運行時速達220km。在1992年，日本設計出運營時度高達270km的DT203型轉向架，并且成功應用在300系新干線高速列車上。此外，鋁合金軸箱和空心軸等新技術的應用，有效地減少了簧下質量。近年來，日本將研發(fā)的重點放在運營時速為300-350km的第三代高速轉向架上，而且具有獨立旋轉車輪和帶主動懸掛的轉向架也相繼問世。1997年初，投入運營的日本新干線500系高速列車轉向架主要以WDT901、WDT902及WDT903型為代表，一系懸掛采用轉臂式結構，最高運行時速和試驗時速可以達到300km和350km。日本作為最早使用無搖枕轉向架的國家之一，在轉向架結構和制造工藝方面都有自己的特色。其他一些國家如英國、意大利、瑞士等也都成功研發(fā)了各自的轉向架，其中英國20世紀70年代，研發(fā)出運營時速高達200km的BT10型轉向架。意大利成功研制出運營時速達250km的ETR500型轉向架，主要用于在擺式列車上。瑞士SIG公司研發(fā)的各種速度級轉向架技術水平先進，廣泛應用于歐洲各個國家。二、選題的目的和意義轉向架的結構強度是保障列車在各種線路上安全可靠運行的關鍵所在。我國幅員遼闊、線路狀況復雜，南北東西氣候條件相差很大，因此，為了適應在不同線路和地理氣候環(huán)境下運用，在轉向架結構形式已定的條件下，必須要確保運用過程中轉向架結構強度的疲勞可靠性。列車在運行中轉向架主要零部件如構架、車輪、車軸不斷承受來自由線路不平順所引起的沖擊作用，同時還受到曲線通過的橫向力、驅動和制動載荷作用；另外，還有牽引電機工作及變速箱齒輪嚙合所帶來的振動沖擊作用，這些力的大小并不是一個定值，而是會隨著時間發(fā)生變化。由此可見，列車在行駛中處于一個相當復雜的載荷作用環(huán)境中，這種作用隨列車速度的提高愈加激烈，轉向架一些零部件在這種隨機應力的長期作用下可能會發(fā)生疲勞損壞，出現裂紋或斷裂，危及行車安全。轉向架作為鐵道車輛的重要走行部件之一，不僅能夠減緩來自軌道的沖擊，而且還能保證列車平穩(wěn)、安全的運行。因此，改善車輛運行質量以及提高車輛性能的關鍵在于研發(fā)設計結構更加合理的轉向架。而構架作為列車運行時的重要承載部件，不僅可以通過二系懸掛支撐車體，作為關鍵零部件的安裝基礎，還能承受和傳遞來自各方向上的載荷和作用力。因此，研究并設計出結構合理的構架對列車的運行安全和穩(wěn)定有著重要的作用。安全系數法作為構架傳統(tǒng)的設計方法，因其存在使構架結構的尺寸、質量及制造成本增加的弊端，最終會隨著高速列車輕量化、低成本的發(fā)展潮流而被淘汰。本論文通過研究國內某型高速動車組拖車轉向架構架的強度、模態(tài)及優(yōu)化，對促進我國高速動車組轉向架技術的進步具有一定的實踐意義。三、研究方案（框架）首先，本文在了解客車轉向架國內外發(fā)展狀況以及深入研究構架整體結構的基礎上，運用三維軟件PRO/E建立了構架幾何模型，并對組成構架的主要部件的建模過程進行介紹。對裝配完成的構架整體進行干涉檢查，確保了裝配體的正確性。其次，應用有限元分析軟件ANSYSWORKBENCH建立了構架有限元模型，參考國際鐵路聯盟標準UIC515-4中的相關規(guī)定，確定了需要分析的轉向架構架組合工況后，進行靜力學仿真分析，并對構架的等效應力情況做出評定。再次，對構架結構進行了模態(tài)分析，得出構架前六階固有頻率能夠有效地避開各行駛工況產生的外界激勵頻率,不會發(fā)生共振，各階振型滿足構架的剛度要求。最后，依據優(yōu)化設計的相關理論，選擇靜力學仿真分析結果中受力最大的工況作為優(yōu)化對象。優(yōu)化后，構架質量在原有基礎上減少了2.45%，最大