学生姓名：牟斌杰

    班      级：车辆2018-03班

    指导教师：黄运华

    毕设题目：高速货车转向架方案设计及动力学计算

一、概况

1.选题意义

近些年来，我国高速铁路的发展取得了举世瞩目的成果，高铁总里程数稳居世界第一，高密度的高铁网络给人们提供了多样且高效的出行选择。但在如今快节奏的生活、生产背景下，人们对效率的追求从来没有停止过，因此对货物运输同样提出了更高的要求，使得铁路货运发展中高速、重载、环保的特征不断突出。

目前，铁路运输以其高速重载、节能环保、全天候等优势成为陆路大宗货物运输的首选。其中与各交通运输相比，铁轮运输比公路运输承载量大，更安全；比航空运输节省80%成本，比海运节省一半时间。但随着工业生产力的不断发展，传统铁路货运由于其无法直接实现端到端的运输，以及其相较客运较低的速度，严重影响了其运输效率，已经逐渐无法满足生产需求。于是，人们开始研究高速、重载货运列车，从提速或提高载重量方面缓解运输效率低的问题。综观世界的铁路运营模式，欧洲日本等国家地区以快速为主，而北美则以重载为主。中国的铁路发展是世界上为数不多的兼顾快速与重载的模式。欧洲国家的铁路经验表明，提速是一种可以大幅度提高货运效率的方法，因此开发和研制适合我国国情的快速货运列车势在必行。

内轴箱转向架作为新型转向架的一种，具有低自重、低噪声、低磨耗、高运行性能的特点，国外已成功运用于城轨车辆、高速客车和货车车辆。内轴箱转向架最大的特点是极大的压缩了整个部件的布置空间，使结构变得十分紧凑，同时缩短了构架横梁的长度，缩短了轮轴尺寸，可减轻整个转向架的整体质量，达到轻量化的目的。同时，由于轮轴长度缩短，轮对质量减少，转向架的簧下质量也随之减少，动力学性能得到提高。现有的内轴箱转向架主要有庞巴迪公司研发的 B5000型、TR400型、FLEXX Eco型、BM3000-LIM型、FLEXX Urban型转向架；西门子公司研制的Syntegra型、SF7000型转向架以及JME、TUB研制的Leila转向架，而我国国内对内轴箱转向架的研究几乎是空白，尤其是内轴箱货车转向架。

本课题主要通过查阅文献，整理相关资料，建模仿真分析的方法，加强高速货运车辆转向架方面的设计研发能力；综合运用机械设计、机械原理、车辆工程、工程力学等相关课程的知识，做到学以致用，融会贯通，从而提高自身工程设计能力，实际问题解决能力以及科研能力。在解决工程实际问题的过程中培养正确的工程思想以及理论联系实际的工作作风，为将来从事相关工程设计行业打下坚实的基础。

2.任务分解

（1）转向架总体方案设计

（2）动力学计算仿真

二、已完成工作

1.查阅中英文文献资料，完成了40页字幅的英文文献翻译。

2.参照国内外快速货车转向架技术指标，以及结合内轴箱式转向架技术特点确定设计内轴箱式高速货车转向架技术指标，并进行总体设计。

a.轮对

采用较大轮径的车轮虽然一定程度上会增加簧下质量，但会有效的提高车辆直线运行的稳定性，减少轮轨磨耗。由于本设计有高速的设计要求，并且采用轴盘制动方式，轮径不宜过小，因此采用915mm轮径车轮。采用LMa型踏面，车轴在客车RD3b型车轴基础上，参照内轴箱式转向架进行设计。

b.基础制动装置

由于内轴箱式转向架空间限制，采用外侧轴盘制动模式。制动夹钳悬挂方式采用三点式悬挂。

c.轴箱悬挂装置

总体上采用内置轴箱结构。轴箱定位采用转臂式定位，其中转臂为结构较为紧凑的二体式，其定位刚度可兼顾列车在高速状态下的稳定性以及曲线通过能力。一系悬挂采用两级刚度弹簧与垂向油压减振器并联的结构。

d.二系悬挂

采用橡胶弹簧，配置横向减振器、抗蛇行减振器。由于内轴箱的布置形式，悬挂中心距相比常规布置缩小了50%，虽然利于曲线通过，但其抗侧滚刚度降低，运行是侧滚角位移大大增加。这不但会使车辆运行时超出限界，极端情况下可能发生倾覆，所以必须配置抗侧滚扭杆。为了节省空间，采用简单的单拉杆牵引模式。

e.构架

提前考虑了各部件的几何尺寸及空间相对位置，在构架上设置了横向止挡、牵引拉杆座、抗蛇行减振器安装座、横向垂向减振器安装座以及转臂安装节点座。为了外侧实现轴盘制动，对构架进行相应设计安装外侧吊挂制动装置。

3.根据初步，建立转向架三维模型。

4.利用三维模型初步完成了转向架A0图绘制。

5.根据高速货车转向架设计方案，在simpack中进行了动力学模型的初步建立。轮对，轴箱，构架的质量与转动惯量均在sw中测量获得。并利用设计相关尺寸，在理清各个部件之间的铰接约束及添加的力元形式基础上，进行建模。悬挂参数初步参照已有的高速转向架。

三、下一步工作计划

2022.4.12-2022.4.20 ：完成动力学模型悬挂参数的确定，尽快开始动力学仿真，对各评价指标进行计算分析，给悬挂参数优化留下足够的时间。

2022.4.20-2022.4.30 ：利用正确的动力学模型后处理结果，反过来优化悬挂结构参数，以取得较好的效果，完成相应部分设计说明书撰写。

2022.5.1-2022.5.10 ： 完善两张A0工程图以及整合完善设计说明书。

问题一：简述一下动力学模型建立的过程。

回答：首先对整个系统的拓扑图进行了绘制，在绘图过程中理清了各部件与参考下以及部件间的铰接约束力元形式。之后先建立轮对子装配体，建立构架后将轮对导入，在关键节点添加约束设置对应力元，至此完成构架子装配体。之后利用虚车体结构与构架连接，同样设置对应力元。最后建立车体模型，将车体与前后虚车体连接，完成建模。

问题二：所内轴箱式转向架轻量化程度如何，在测量各个部件质量的时候是否考虑过一些建模时简略结构带来的误差，如何看待该误差在动力学分析方面的影响。

回答：构架初步测量质量，相较于同为200km/h的整体焊接式结构客车转向架构架的1500kg减重约20%-25%，初步达到了轻量化的目标。对于质量、转动惯量误差暂时还没有考虑，后续会对模型的局部结构和工艺进行分析，考虑其对质量、转动惯量的影响，尽量缩小误差。该误差对动力学的定量分析上有一定的影响，但大体上应该不会影响结论的正确性。

毕业设计是我们本科阶段的最后一个大题，是对之前所学知识的综合运用。比如我的课题就综合运用了机械设计、机械原理、车辆工程、工程力学等相关课程的知识。与之前课堂学习不同的是，在毕业设计中，我们要做到学以致用，融会贯通。在设计的过程中，我曾遇到了许多的困难，如果不是亲自着手设计的过程，就很难发现自己在某些方面知识的欠缺，做到查漏补缺，同样也很难将已掌握的知识与工程实际联系。在解决工程实际问题的过程中培养了正确的工程思想以及理论联系实际的工作作风，为将来从事相关工程设计行业打下坚实的基础。

另一方面，毕业设计的过程中，我查阅了大量文献，整理相关资料，这让我对文献检索的手段和过程都有了全新的认识。同时，遇到困难时，我也会第一时间的去查阅资料解决疑问，这改变了自己之前一遇到问题就焦头烂额，退缩畏惧的坏毛病。在一次次独立解决问题的经历，让我更加沉着冷静，慢慢蜕变成长。这对将来不管是读研还是工作来说，都是宝贵的财富。

当然毕业设计也不是一个人的战斗，在自己由于大四课业轻松，管理较松而变得散漫时，黄老师总能及时督促。在自己遇到难以解决的问题或困难时，黄老师同样能够第一时间给予解答或提供帮助。在平日里，同学们也能相互督促，相互帮助，不仅让我感受到了集体的温暖，更让我明白了集体的强大力量。

最后祝愿所有大四的学子都能顺利完成毕业设计，站好大学四年这最后一班岗！