【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二十二期——PGM-48 型钢轨打磨小车结构设计及动力学分析

学生姓名：吕中娜

班       级：车辆2022-02班

指导教师：崔大宾

毕设题目：PGM-48 型钢轨打磨小车结构设计及动力学分析

一、概况

1.选题意义

本次毕业设计选题为PGM-48型钢轨打磨小车结构设计及动力学分析，选题紧扣铁路线路养护工程实际需求，贴合高速铁路安全运营、精细化养护发展趋势，具有较强的工程针对性与现实应用背景。当前该型打磨小车普遍缺少悬挂系统，存在运行平稳性差、定位精度不足等问题，直接影响打磨质量与作业安全。钢轨打磨小车作为铁路轨道养护核心装备，其结构合理性与动力学性能直接影响打磨精度、作业稳定性，关系钢轨使用寿命与列车运行安全，对延长线路服役周期、降低养护成本、保障行车安全具有重要意义。

2.任务分解

(1) 完成PGM-48型钢轨打磨小车整体结构方案设计，重点开展打磨角度调节机构与一系悬挂系统的结构设计；

(2) 建立打磨小车动力学仿真模型，设计多组悬挂参数方案并进行仿真对比，完成平稳性、安全性等关键动力学性能分析；

(3) 基于动力学仿真结果开展参数优化，采用变参数分析的方法筛选并确定满足作业要求的最优刚度、阻尼参数组合；

(4) 根据优化确定的悬挂参数，完成一系悬挂关键部件的选型与精准建模，明确安装定位关系；

(5) 完成打磨小车整机总体装配，绘制全套工程零件图和总装配图，最终撰写毕业论文并完成答辩准备工作。

二、已完成工作

1.完成文献调研与方案论证，构建了结构设计—动力学仿真—参数优化—精准建模的完整研究框架，明确了技术路线、研究目标与关键技术难点，为课题顺利开展奠定理论基础。

2.完成PGM-48型钢轨打磨小车整体结构设计，完成构架、导框、轮对等核心部件建模；依据《高速铁路钢轨打磨管理办法》确定打磨角度调节范围为-20°～50°，完成曲柄摇杆式角度调节机构设计与杆长计算；对比导框式、拉杆式、导柱式等多种定位方式，最终确定转臂式一系悬挂为最优方案并完成初步建模，有效提升定位精度与运行平稳性。

图1 打磨小车模型

3.SIMPACK中建立打磨小车动力学模型。参照SW-220K、CRH2、CRH3等成熟转向架结构参数，结合打磨小车低速、轻载、作业刚度需求高的工况特点，固定纵向刚度，对横向刚度Ky由小到大递增取值，以增强横向稳定性、保障打磨精度；垂向刚度Kz由大到小递减取值，因为原始打磨小车采用导框式定位，垂向接近刚性、冲击强烈，引入悬挂系统后需逐步降低刚度以改善减振效果，同时刚度不宜过小，需保留足够刚度抵抗打磨反力；垂向阻尼Cz逐步增大以强化减振作用，通过上述等距取值规律探究参数对动力学性能的影响，最终完成6组对比性悬挂参数方案设计与选取。

图2 动力学模型

图3 参数选值

4.完成多组参数动力学仿真对比，得到垂向、横向平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率等关键数据，并绘制性能变化曲线；结果表明，随悬挂参数优化，小车平稳性指标显著下降，运行品质明显提升，脱轨系数全程满足安全要求。针对仿真中0～5s启动瞬态非稳态响应导致平稳性指标虚高、轮重减载率接近限值的问题，采用截取5s后稳态加速度数据、利用MATLAB重新计算平稳性指标W的处理方法，消除瞬态冲击干扰，保证分析结果准确可靠。

图4 性能图像

图5 性能折线图

三、下一步工作计划

1. 参数优化：基于前期6组悬挂参数的仿真结果与稳态数据处理方法，采用控制变量法开展梯度优化试验。分别对横向刚度Ky、垂向刚度Kz、垂向阻尼Cz三个关键参数，按±10%、±20%、±30%的比例进行梯度调整，完成多组参数组合的动力学仿真与对比分析。通过逐一分析各参数变化对平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率的影响规律，进行综合权衡与优化筛选，最终确定一组综合性能最佳的悬挂参数组合。

2. 精准建模：根据优化后的刚度参数完成弹簧选型，采用弹簧顶置、减振器并联的布置方式，参照动车组结构完成转臂、橡胶节点与轴箱的精准建模，并完成一系悬挂总成装配与校核。

3. 论文撰写与答辩准备：完成关键零件图与总装配图绘制，撰写毕业论文并整理格式，准备答辩PPT及相关材料。

问题一：你如何通过动力学分析确保打磨精度？

回答：我主要依据GB 5599-2019铁道车辆动力学性能评定规范，对打磨小车进行动力学仿真与指标评定，重点考核平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率这几项关键指标。在优化过程中，我以无悬挂原始结构作为对比基准，通过引入转臂式一系悬挂并完成参数优化，将最终优化后的指标与原始结构进行对比，结果显示平稳性、运行稳定性都有明显提升。同时我将优化结果与国标限值进行对比，各项指标均满足规范要求，由此证明我的动力学优化方案合理有效，打磨精度得到显著提高。

问题二：参数优化选用了什么方法？为什么选这种方法？

回答：当前悬挂参数优化常用的有三种方法：正交试验法、MATLAB多目标优化算法、变参分析法。正交试验法试验次数少、效率高，但因素水平有限，对工程规律反映不够全面；MATLAB多目标优化计算速度快、寻优能力强，但模型简化较多，和实际工程存在偏差，难以精准体现参数对打磨作业的影响。我最终选用控制变量法结合梯度变参分析，对横向刚度、垂向刚度、垂向阻尼按±10%、±20%、±30%逐组仿真对比。这种方法物理意义清晰、规律直观、结果准确可靠，能精准反映每个参数对动力学性能的影响，更贴合工程实际，选出的参数也更实用、更可信。

通过本次中期答辩与阶段研究工作，我在理论认知、动力学仿真与工程实践能力等方面均有较大提升。

在理论层面，老师们针对悬挂参数优化、动力学指标评价提出的专业建议，让我对多体动力学仿真的核心逻辑有了更深刻的理解，完善了模型的评价体系。

在仿真层面，针对启动瞬态响应干扰、数据波动等问题，通过稳态数据截取、指标重算等方法有效解决，积累了宝贵的仿真调试与数据处理经验，深化了对悬挂系统设计与打磨精度关联的认知。

总体而言，本阶段工作锻炼了我的结构设计、动力学仿真与参数优化能力，为后续精准建模、图纸绘制与论文撰写奠定了坚实基础。后续我将认真吸收本次答辩经验，补全细节、完善成果，确保毕业设计高质量完成。