【机情无限 精彩毕设】机械2026届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第二期——铁道车辆半车比例滚动试验台
学生姓名：简裕东
班 级：车辆2022-06班
指导教师：吴兴文
毕设题目：铁道车辆半车比例滚动试验台
一、概况
铁路系统是国家经济命脉与关键民生工程，是支撑国民经济发展的核心交通方式。近年来，我国铁路事业实现跨越式发展，截至2024年底，全国铁路营业里程已超过16万公里，其中高铁运营里程突破4.8万公里，持续稳居世界第一，我国铁路进入了发展速度最快、安全稳定性最优的历史阶段。在铁路高速化、重载化发展的背景下，轮轨关系作为影响列车运行安全与性能的核心问题，其研究价值愈发凸显。
然而，随着列车运行速度的不断提升及运行工况的复杂化，传统线上实车运行试验面临诸多挑战：一方面，实车试验成本高昂、周期漫长，且受线路条件、环境因素等限制难以实现极端工况的模拟；另一方面，高速运行下的动力学特性测试存在安全风险，试验数据的可重复性难以保障。因此，滚动试验台作为能够模拟无限长轨道、复现列车运行工况的核心设备，已成为铁道车辆动力学研究、性能测试与技术研发的重要平台，受到世界各国的广泛关注与重视。
蛇形运动稳定性是铁道车辆系统安全性的核心指标。蛇形运动是列车锥形踏面在轨道滚动时，左右轮以不同实际滚动圆直径运动，伴随横移与回转运动，最终以近似正弦轨迹恢复至轨道中心的现象，避免蛇形失稳是轨道车辆设计的基本原则。本课题研发的半车比例滚动试验台能够精准复现蛇形运动现象，为铁道车辆蛇形稳定性优化设计提供直接试验支撑，是保障行车安全、降低轮轨磨损的重要基础。
滚动试验台在铁道车辆动力学研究中占据不可替代的地位。通过加载不同功能模块，试验台可实现对车辆牵引性能、振动特性、脱轨风险等多方面的测试评估；同时，其支持不同轨距、不同车型的定制化试验，能够替代部分高成本实车线路试验，为轨道车辆高速化、重载化技术研发提供精准数据支撑。此外，试验台的研发整合了机械设计、试验测试、数据处理等多学科技术，是连接理论研究与产业应用的关键载体，兼具学术验证与工程转化价值。
试验台教具的设计和搭建，能够直观的展示铁道车辆在轨道上的运动学现象，能够更加形象的展示车辆的蛇行运动，为教学提供一个安全可靠的平台。缩尺教具可在不依赖大型试验设备的前提下，验证轮轨几何关系、构架结构形式轮对导向特性等基础规律，为课堂实验、课程设计提供低成本验证手段，弥补实车试验与大型试验台难以普及的不足。
2.任务分解
（一）了解国内外发展趋势，完成科技文献翻译（不少于8000字符）；
根据设计任务书，检索国内外的试验台相关的论文文献，了解一下目前的发展情况，学习一下其中需要用到的理论知识，为后面的设计提供基础。
（二）完成半车比例滚动试验台设计方案，至少达到2张A0图的工作量；
根据文献调研后的情况，自主完成滚动试验台的方案比选和方案设计，完成3维模型的设计、建模，并对建模进行不断优化，改进。
（三）掌握SIMPACK动力学软件进行半车滚动试验台稳定性分析；
完成SIMPACK的建模，对滚动实验台进行动力学仿真，并根据仿真结果，调整3维建模，改进结构设计。
（四）完成滚动试验台的样机试制；
完成建模和仿真分析后，对各部件材料进行选型并加工制造，完成各部件的装配和试验台的整体搭建。
（五）完成滚动试验台的速度控制和振动反馈控制模块设计；
完成电机的选型和装配，添加调速模块。选型传感器，设计振幅测量和反馈模块的方案。
（六）完成毕业设计论文的撰写（不少于60页）。
整理模型和仿真数据，严格按照毕业论文撰写规范完成毕业论文。
二、已完成工作
（一）已完成毕设题目相关的文献调研，完成英文文献翻译。
查找半车比例滚动试验台教具相关设计文献，了解滚动实验台的基本构成和工作原理了解振幅测量和结果可视化的方法。完成英文文献的翻译。
（二）根据查阅的文献结合自身的毕业设计要求，完成滚动实验台的方案比选。
H型转向架结构最为简单，分布更加简明，更加方便教学展示和3d打印加工。
目前世界上的轮轨试验台分为车辆−轨轮、全尺车轮−轨轮、全尺车轮−直轨、缩尺双盘、缩尺轮盘-直轨和缩尺车轮-环轨。
图1 环轨试验台
缩尺双盘类，是由车轮和圆形轨道轮形成接触模拟轮轨关系。也是本次设计最终选择的方案，相比于前两者，其占地面积更小，本实验台通过设计轨道轮的外形轮廓来模拟轨道轮廓，相比全尺来说占地很小，符合教具的设计要求，同时轨道轮和车轮相对运动较小，车轮的空间坐标变化更小，更加方便观察轮轨之间的横向运动关系，教学展示更加直观。
图2 缩尺双盘
轨道轮与车轮踏面方案比选
首先是轨道轮设计，本次设计选择60轨的外形轮廓作为缩尺对象来设计轨道轮外形轮廓。也更加符合教具试验台的普适性。同时为了简化加工流程，仅设计轨道与车轮接触部分。其次是车轮踏面设计，车轮踏面大致可以分为LM型、JM型、CN型在LM型踏面中LMB为最适合的踏面，因为LMB是在LMA型踏面的基础上进行动力学改进的，兼顾动力学性能与运用经济性，同时也是目前使用最广，综合性能最强的磨耗型踏面。用在滚动试验台上能更好的反应大多数车辆的运动状态，作为教具更加合适。
图3 车轮踏面
一系弹簧的弹性元件本设计选择的是高圆弹簧，钢弹簧安装更加简单，遮挡空间更少，也更容易买到，更方便后期试验台的搭建也方便观察与教学。其次是二系悬挂，抗蛇行减振器对蛇行运动的影响最大。因此本设计简化设计方案仅设计抗蛇行减震器和弹性元件。
本次设计选择高转速版本的电机——YZ-AIM系列60AIM25H一体化直流伺服电机，此电机额定转速为2500rpm左右，输出扭矩也大致相同。目前在滚动试验台上用的大多为激光传感器和压电式传感器。相比来说在缩尺滚动试验台里，压电传感器不光结构更简单，体积小、安装方便只需要贴在车体底部就可以了所以用来测试验台的动态特性更合适。
（三）根据比选结果完成三维建模
转向架是列车重要的导向和承载部件
图4 转向架建模
车轮踏面为LMB踏面，车轴左右两点伸出较长，方便安装轴箱，我们在缩尺条件下加长了踏面的长度为蛇行运动提供空间。轴箱的两个安装孔为一系弹簧的安装孔及轴箱定位弹簧安装孔。
图5 电机建模
我们选择的电机型号为YZ-AIM系列60AIM25H，将原有的1500rpm的转速提升到了3000rpm，相比上一代能够更明显的观察到蛇行运动。
下图为各个部件建模后的汇总后的装配体。
图6 试验台总体装配
三、下一步工作计划
1.继续完善试验台建模，持续优化，并对试验台进行动力学分析。
2.根据分析结果，持续改进建模，输出各部件和整体图纸。
3.汇总毕业设计所有资料、参考文献，完善并修改毕业设计说明书。
4.准备毕业设计答辩。
问题一：所建的滚动试验台轴距是多少，缩尺后的试验台轴距是多少 ，试验台方案选型原则是什么？
回答：按照1：10的缩尺比例后轴距为260mm，本实验台主要是教具设计，用于教学展示，设计原则从轻便性，方便装配出发。
问题二：在这期间你主要的工作量是什么？
回答：主要根据上一代的试验台进行结构设计优化，优化轨道轮廓和车轮踏面、轮廓面结构。添加抗蛇行减震器，优化试验台轴距，轨道轮间隙，重新完成方案比选 ，挑选电机，满足蛇行运动的转速要求。
中期答辩是一次宝贵的淬炼。它迫使我将零散的研究工作系统整合，重新审视并巩固了课题的内在逻辑，让核心问题与创新点更加聚焦。准备汇报的过程，极大地锻炼了我将复杂工作清晰、凝练地表达出来的能力。面对提问的环节，则是对知识深度和临场应变能力的双重考验。更重要的是，答辩像一面镜子，清晰地照出了我知识储备的薄弱环节和研究计划中不切实际的部分，为后续工作指明了必须补强和调整的方向。老师的每一条建议都让接下来的行动路线图更为清晰，让我明白了 之前工作中得到不足。总之，这次答辩不仅是对前期工作的阶段性总结，更是一次关键的思维升级和信心提振，让我能以更全局的视角和更踏实的态度，投入到下一阶段的研究中。