CRH3型動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架三維實(shí)體設(shè)計(jì)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。CRH3型動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架三維實(shí)體設(shè)計(jì)緒論CRH3型動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架三維實(shí)體設(shè)計(jì) 目錄CRH3型動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架三維實(shí)體設(shè)計(jì)1目錄11.緒論21.1國內(nèi)外動(dòng)車組的發(fā)展概況21.1.1德國高速鐵路概況31.1.2日本動(dòng)車組概況31.1.3法國高速鐵路概況31.1.4我國動(dòng)車組發(fā)展概況41.2本論文主要研究工作52.轉(zhuǎn)向架62.1轉(zhuǎn)向架基本知識(shí)62.2轉(zhuǎn)向架的組成、任務(wù)和分類62.2.1任務(wù)62.2.2組成及各部件的作用62.2.3轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)要求72.2.4轉(zhuǎn)向架分類83.CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架103

2、.1轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)思想103.2轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)概述103.2.1 轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)113.3轉(zhuǎn)向架零件的三維實(shí)體設(shè)計(jì)123.3.1 輪對123.3.2 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架183.3.3軸箱213.3.4一系懸掛軸箱定位裝置223.3.5中央彈簧懸掛裝置243.3.6基礎(chǔ)制動(dòng)裝置263.4虛擬裝配264.構(gòu)架的靜強(qiáng)度評價(jià)304.1有限元算法基本原理304.2使用UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)對構(gòu)架進(jìn)行靜強(qiáng)度評價(jià)324.2.1有限元模型的建立334.2.2計(jì)算載荷334.2.3邊界條件的確定354.2.4計(jì)算結(jié)構(gòu)分析及評價(jià)36結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)421.緒論1.1國內(nèi)外動(dòng)車組的發(fā)展概況 世界變化日新月異，鐵路科技事業(yè)

3、也正在飛速的向前發(fā)展，特別是高速鐵路的發(fā)展給世界帶來的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。西方國家從20世紀(jì)60、70年代起，相繼發(fā)展高速鐵路，并研制出了多種模式的高速列車，頗具代表性的有：德國的ICE列車、法國的TGV列車以及日本的新干線高速列車等。而就國際上列車的構(gòu)成模式而言，也正從早期的機(jī)車牽引客車的模式逐步向自帶動(dòng)力、固定編組的動(dòng)車模式過度，這是鐵路技術(shù)的一大進(jìn)步。一般來說，工業(yè)發(fā)達(dá)國家鐵路較之發(fā)展中國家鐵路的這一過渡要進(jìn)行的早，推廣的快。在我國，隨著鐵路客運(yùn)的改革和提速戰(zhàn)略的實(shí)施，已經(jīng)逐步在一些城際間采用動(dòng)車組模式，并取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，預(yù)計(jì)這種形式還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。1.1.1德國高速鐵路概況ICE

4、 (Inter City Express,城際特快車) 是以德國為中心的一系列的高速鐵路系統(tǒng)與相對應(yīng)的高鐵專用列車系列，由德國西門子為首的開發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造，德國國鐵官用，其服務(wù)范圍除了涵蓋德國境內(nèi)各主要大城市外，還跨越臨近國家，行經(jīng)多個(gè)城市。德國是最早制造和運(yùn)用動(dòng)車的國家，制造技術(shù)一直領(lǐng)先。1903年7月8日，首先運(yùn)行了由鋼軌供電的動(dòng)車組，由4節(jié)動(dòng)車和2節(jié)拖車編成。同年8月14日，又運(yùn)行了由接觸網(wǎng)供電的動(dòng)車組，這是世界上第一列由接觸網(wǎng)供電的單相交流電動(dòng)車組。同年10月28日，西門子公司制造的三相交流電動(dòng)車進(jìn)行了高速試驗(yàn)，首創(chuàng)時(shí)速210.2公里的歷史性記錄1。1.1.2日本動(dòng)車組概況 日本屬于島

5、國，山丘、坡道、彎道多，地質(zhì)松軟，對動(dòng)軸軸重限制十分嚴(yán)，因此要比歐洲早17年實(shí)現(xiàn)世界第一條高速鐵路。自1964年首條高速線開通以來，日本的動(dòng)車組從0系發(fā)展到了現(xiàn)如今的700系，它能穩(wěn)定的擔(dān)負(fù)大運(yùn)量、高速度、高密度運(yùn)輸?shù)闹匾蚴亲鞒隽髓F道系統(tǒng)的的正確選擇，即選擇了動(dòng)力分散型動(dòng)車組、實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式以及在各部最大限度、成功的實(shí)現(xiàn)了輕量化等。700系列新干線高速列車是作為300系列的換代車，由JR東海和JR西日本共同開發(fā)，大大提高了舒適度和車內(nèi)肅靜性、環(huán)境適應(yīng)性和車輛性能，降低了成本。從運(yùn)行能量來看，700系列列車 （270km/h）性當(dāng)于東海道新干線開業(yè)時(shí)0系列 （220km/h）的84

6、%；如按同一速度（220km/h）則前者消耗的能量僅為后者的66%。這些都是電功率、輕量化、減少空氣阻力的結(jié)果，也反映了日本新干線的告訴的技術(shù)水準(zhǔn)。因此，日本動(dòng)車組發(fā)展過程中主要的參數(shù)的演變使我們看到了車輛的輕量化和“電功率、信息、控制”的應(yīng)用大大推進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步2。1.1.3法國高速鐵路概況受到日本東海道新干線成功運(yùn)行的啟發(fā)，歐洲各國鐵路也于上世紀(jì)70年代開始，利用既有線路，對時(shí)速200km的高速鐵路進(jìn)行挑戰(zhàn)。首先建設(shè)高速鐵路專用線的是法國的TGV，于1981年在巴黎至里昂間的400km線路上開始時(shí)速為260km的高速鐵路的運(yùn)行。法國現(xiàn)有1280km告訴營業(yè)線，在2006年TGV（Train

7、 a Grande Vitesse，高速列車）巴黎至斯特拉斯堡的東歐線完成后，總里程已達(dá)到1900km。由于TGV與既有線直通運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)際上，列車營業(yè)總里程達(dá)到8400km。TGV構(gòu)成了目前世界上最大規(guī)模的高速列車網(wǎng)，并且，它也是世界上最快的列車群。2007年創(chuàng)下了574.8km/h的鐵路行駛新記錄，打破了自己保持17年之久的515.3km/h的世界記錄，在列車網(wǎng)整體的速度水平即營業(yè)列車的平均速度也非常高。為達(dá)到提高運(yùn)載能力、提高運(yùn)營速度、增加價(jià)格優(yōu)勢等目的，在TGV取得巨大成功后，阿爾斯通公司設(shè)計(jì)了AGV,與此同時(shí)保留了TGV運(yùn)行可靠、有效的技術(shù)，采用動(dòng)力分散方式，并且開發(fā)了渦流制動(dòng)和onix

8、IGBT主變流器，此外AGV電動(dòng)車組還開發(fā)了一系列新技術(shù)，如牽引電動(dòng)機(jī)懸掛裝置、自冷通風(fēng)和渦流法分離灰塵、在端車上裝有6.5t重的牽引變壓器、采用鋁質(zhì)車體用以減重等3。1.1.4我國動(dòng)車組發(fā)展概況我國鐵路背景與歐洲相似。既有線如160km/h的提速干線，以及車牽引形式為主，而且還會(huì)較長時(shí)期占據(jù)主導(dǎo)地位。但在客運(yùn)為主的干線，動(dòng)車組運(yùn)輸效率高，牽引制動(dòng)時(shí)舒適性好，有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)勢，逐漸會(huì)受到運(yùn)輸部門的歡迎。在經(jīng)濟(jì)繁忙的大城市之間開行動(dòng)車組，如“中原之星”、“藍(lán)箭”等已為用戶接受，并發(fā)揮出較大的經(jīng)濟(jì)效益。從中國鐵路的發(fā)展歷程來看，我國鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，目前正在向第三個(gè)階段過

9、渡。從1958年到20世紀(jì)80年代末期，是我國鐵路動(dòng)車動(dòng)車組發(fā)展的初始階段。期間，四方機(jī)車車輛廠在大連機(jī)車車輛研究所，上海交大和集寧機(jī)務(wù)段協(xié)助下，自行設(shè)計(jì)、研制了我國首列雙層液力傳動(dòng)內(nèi)燃動(dòng)車組，當(dāng)時(shí)稱為東風(fēng)號(hào)雙層摩托列車。這個(gè)階段特點(diǎn)歸納為：內(nèi)燃動(dòng)車組和電力動(dòng)車組同時(shí)得到發(fā)展；電力傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)都得到采用；國內(nèi)自行研制和從國外進(jìn)口相結(jié)合；設(shè)計(jì)試制工作中，制造工廠，運(yùn)用部門，科研單位和院校聯(lián)合協(xié)作；出進(jìn)口產(chǎn)品外，試制產(chǎn)品沒有投入正式商業(yè)運(yùn)用和批量生產(chǎn)，但是多進(jìn)行的設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)工作為后來我國鐵路動(dòng)車組乃至機(jī)車的進(jìn)一步發(fā)展累計(jì)了經(jīng)驗(yàn)；初始階段持續(xù)時(shí)間長，其發(fā)展速度、研制產(chǎn)品的技術(shù)水平、

10、品種和數(shù)量等與同期國外鐵路工業(yè)和鐵路運(yùn)輸發(fā)展較快、水平較高的國家和產(chǎn)品相比，相對緩慢和滯后。20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)最初幾年，是我國鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組發(fā)展的第二階段，即加速發(fā)展階段。1990年9月5日，全路首列四季空調(diào)列車在北京廣州的47/48次列車上使用。自此，鐵路客運(yùn)出現(xiàn)了多品種、多樣性、多檔次、多元化的新局面。從1997年到2007年，中國鐵路實(shí)現(xiàn)了6次大提速。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1994年以來，中國北方、南方機(jī)車車輛工業(yè)集團(tuán)公司所屬企業(yè)，在鐵道部及其下屬運(yùn)用部門的密切合作下，研究開發(fā)了各種動(dòng)車和動(dòng)車組20多個(gè)品種，計(jì)67系列。其中，有46列在國內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)或交付運(yùn)用，21世紀(jì)出口到國外。在此期

11、間研制的動(dòng)車和動(dòng)車組，包括內(nèi)燃和電力兩種類型。內(nèi)燃動(dòng)車和動(dòng)車組又可分為液力傳動(dòng)和電力傳動(dòng)；電力動(dòng)車和動(dòng)車組又包括直流電力傳動(dòng)和交流電力傳動(dòng)。總的來說，我國鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組在發(fā)展的第二階段具備的特點(diǎn)為：發(fā)展速度快、技術(shù)含量高、品種全、用途廣，但可靠性差4。目前我國鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組的發(fā)展正處在“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，打造中國品”牌的階段。這個(gè)階段的總體要求就是通過以市場換技術(shù)，走技貿(mào)結(jié)合、自主創(chuàng)新的路子。我們的最終目標(biāo)是立足國產(chǎn)化，促進(jìn)我國鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組的健康和持續(xù)發(fā)展。我們不是要向國外買一個(gè)機(jī)車車輛裝備現(xiàn)代化，而是要通過引進(jìn)國外成熟先進(jìn)的技術(shù)，努力在我國鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組的發(fā)展中，逐步并盡

12、快實(shí)現(xiàn)以跟蹤模仿為主向以自主創(chuàng)新為主的深刻轉(zhuǎn)變。1.2本論文主要研究工作轉(zhuǎn)向架是鐵路車輛的基本部件之一，其性能直接關(guān)系到鐵路車輛的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。對于高速動(dòng)車組而言，轉(zhuǎn)向架的重要性更是不言而喻。本論文，以CRH3高速動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架為研究設(shè)計(jì)對象，采用Solidworks對其進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的強(qiáng)度分析評價(jià)。利用現(xiàn)有計(jì)算資料，對CRH3高速動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架進(jìn)行強(qiáng)度分析，期望能給我國高速動(dòng)車組設(shè)計(jì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)。本論文在利用現(xiàn)有技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，采用Solidworks軟件建立CRH3高速動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架的三維實(shí)體模型，在軟件Solidworks中劃分單元

13、網(wǎng)格，按照歐洲高速動(dòng)車組相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在Solidworks中加載計(jì)算，進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。本論文主要工作如下：（1） 結(jié)合我國高速鐵路的現(xiàn)有技術(shù)水平和運(yùn)用條件，對轉(zhuǎn)向架及其主要零部件進(jìn)行合理的選型，確定轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)參數(shù)；（2） 利用Solidworks建立轉(zhuǎn)向架的三維實(shí)體模型，利用Solidworks有限元對轉(zhuǎn)向架進(jìn)行加載受力分析；（3） 著重分析轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的靜強(qiáng)度，計(jì)算在不同加載下，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的受力靜強(qiáng)度情況；（4） 評價(jià)設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)要求2.轉(zhuǎn)向架2.1轉(zhuǎn)向架基本知識(shí)轉(zhuǎn)向架是機(jī)車車輛最重要的組成部件之一，其結(jié)構(gòu)是否合理直接影響機(jī)車車輛的運(yùn)行品質(zhì)，動(dòng)力性能和行車安全。高速列車在全世界

14、各地的疾馳，現(xiàn)代城軌車輛的飛速發(fā)展，無一不與轉(zhuǎn)向架技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展息息相關(guān)。可以毫不夸張地說，轉(zhuǎn)向架是“靠輪軌接觸驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的現(xiàn)代機(jī)車車輛”得以生存發(fā)展的核心技術(shù)之一。由于各國鐵路發(fā)展歷史和背景的不同，以及技術(shù)條件上的差異，致使各國研究的高速轉(zhuǎn)向架類型和結(jié)構(gòu)也相差較多。然而在設(shè)計(jì)原則上的共識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)卻導(dǎo)致高速轉(zhuǎn)向架形式上的眾多相同之處，如采用空氣彈簧懸掛系統(tǒng)、無磨耗軸箱彈性定位、盤形制動(dòng)為主的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)，等等。根據(jù)國外告訴轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建議采用以下設(shè)計(jì)原則：（1） 采用高柔性的彈簧懸掛系統(tǒng)，以獲得良好的振動(dòng)性能。這種高柔性空氣彈簧在速度300km/h以下能表現(xiàn)出其優(yōu)越性。（2） 采用高強(qiáng)度

15、、輕量化的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，以降低輪軌間動(dòng)力作用。（3） 采用能有效地抑制轉(zhuǎn)向架蛇形運(yùn)動(dòng)，提高轉(zhuǎn)向架蛇形運(yùn)動(dòng)臨界速度的各種措施。（4） 驅(qū)動(dòng)裝置采用簡單、實(shí)用、可靠、成熟的結(jié)構(gòu)，盡量減少簧下質(zhì)量和簧間質(zhì)量，以改善輪軌間的動(dòng)作用力，提高高速運(yùn)行穩(wěn)定性。（5） 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用復(fù)合制動(dòng)裝置。2.2轉(zhuǎn)向架的組成、任務(wù)和分類2.2.1任務(wù)任何鐵路機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架必須完成如下任務(wù)： （1）承重：承擔(dān)機(jī)車上部的重量，包括車體及安裝在車體內(nèi)的各種機(jī)械、電氣設(shè)備的重量，并把這些重量經(jīng)一系彈簧懸掛裝置傳遞到鋼軌上。 （2）傳力：產(chǎn)生牽引力和制動(dòng)力，并把產(chǎn)生的牽引力和制動(dòng)力經(jīng)牽引裝置傳遞到車體底架，最后傳遞到車鉤，實(shí)現(xiàn)對

16、列車的牽引和制動(dòng)。 （3）緩沖（走行）：在機(jī)車運(yùn)行中緩和線路對機(jī)車的沖擊，保證機(jī)車運(yùn)行的平穩(wěn)性。 （4）導(dǎo)向：在鋼軌的作用下，引導(dǎo)機(jī)車順利地通過曲線和道岔，保證機(jī)車在曲線上安全運(yùn)行。 （5）制動(dòng)：產(chǎn)生必要的制動(dòng)力，以使車輛在規(guī)定的距離內(nèi)減速或停車。2.2.2組成及各部件的作用 通常一般動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架分為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，常見的非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，其主要組成部分及其作用敘述如下：圖2.1 非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu) （1）輪對：輪對直接向鋼軌傳遞重量，通過輪軌間的黏著產(chǎn)生牽引力或制動(dòng)力，并通過車輪的回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)車輛在鋼軌上的運(yùn)行（平移）。 （2）軸箱：軸箱是連接構(gòu)架與輪對的活動(dòng)關(guān)節(jié)，它除了保

17、證輪對進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還能使輪對適應(yīng)線路的不平順等條件，相對于構(gòu)架上、下、左、右和前、后運(yùn)動(dòng)。 （3）一系懸掛（彈簧懸掛裝置）：用來保證一定的軸重分配，緩和線路不平順對車輛的沖擊，并保證車輛運(yùn)行平穩(wěn)。它包括軸箱彈簧、垂向減震器和軸箱定位裝置等。 （4）構(gòu)架：轉(zhuǎn)向架的骨架，它將轉(zhuǎn)向架的各零、部件組成一個(gè)整體，并承受和傳遞各種力。它包括側(cè)梁、橫梁和端梁，以及各種相關(guān)設(shè)置的安裝或懸掛支座。 （5）二系懸掛車架（體）與轉(zhuǎn)向架之間的連接裝置：用以傳遞車體與轉(zhuǎn)向架之間的垂向力和水平力，使轉(zhuǎn)向架在車輛通過曲線時(shí)能相對于車體回轉(zhuǎn)，并進(jìn)一步減緩車體與構(gòu)架之間的沖擊振動(dòng)，同時(shí)必須保證轉(zhuǎn)向架安定。它包括二系彈簧、各

18、方向減震器、抗側(cè)滾裝置和牽引裝置等。 （6）驅(qū)動(dòng)裝置（動(dòng)力轉(zhuǎn)向架）：將動(dòng)力裝置的扭矩最后有效地傳遞給車輪。包括牽引電機(jī)、車軸齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)或萬向軸和各種懸吊機(jī)構(gòu)等。 （7）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置：由制動(dòng)缸傳來的力，經(jīng)過放大系統(tǒng)（一般為杠桿機(jī)構(gòu)）增大若干倍以后傳給閘瓦（或閘片），使其壓緊車輪（或制動(dòng)盤），對車輛施行制動(dòng)。包括制動(dòng)缸（氣缸或油缸）、放大系統(tǒng)（杠桿機(jī)構(gòu)或空-油轉(zhuǎn)換裝置）、制動(dòng)閘瓦（或閘片）和制動(dòng)盤等。一般動(dòng)車組的非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架與動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的主要區(qū)別是：非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架沒有驅(qū)動(dòng)裝置。2.2.3轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)要求 （1）保證最佳的黏著條件。軸重轉(zhuǎn)移應(yīng)盡量小，且輪軌間不產(chǎn)生黏-滑振動(dòng)。（2）良好的動(dòng)力學(xué)

19、性能。盡量減少輪軌間的動(dòng)作用力，減少輪軌間的應(yīng)力和磨耗。 （3）重量輕，工藝簡單。盡可能減少自重，且制造和修理工藝簡易。 （4）良好的可接近性。易于接近，便于維修。（5）零部件標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化。結(jié)構(gòu)和材質(zhì)盡可能統(tǒng)一化。2.2.4轉(zhuǎn)向架分類2.2.4.1按軸數(shù)分類 一般鐵道機(jī)車車輛有：兩軸轉(zhuǎn)向架、三軸轉(zhuǎn)向架和四軸轉(zhuǎn)向架（極少數(shù)）等。而對高速動(dòng)車組車輛來說，通常只采用兩軸轉(zhuǎn)向架，但在比較特殊的輕軌車輛上有時(shí)可見單輪對（或輪組）轉(zhuǎn)向架。2.2.4.2按彈簧裝置形式（懸掛方式）分類有一系懸掛和二系懸掛轉(zhuǎn)向架之分：（1） 一系懸掛。僅在輪對軸箱與構(gòu)架之間或者僅在構(gòu)架與車體間的彈簧，適用于中、低速車輛。（2

20、） 兩系懸掛。除了在輪對軸箱與構(gòu)架之間由彈簧外，還在構(gòu)架與車體間設(shè)置第二系懸掛彈簧，一般適用于中、高速機(jī)車車輛。2.2.4.3按軸箱定位形式分類軸箱定位裝置是指約束輪對軸箱與構(gòu)架之間相對運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它對轉(zhuǎn)向架的橫向動(dòng)力性能、曲線通過性能和抑制蛇形運(yùn)動(dòng)具有決定性的作用。軸箱定位裝置的縱向和橫向定位剛度選擇合適，可以避免車輛在運(yùn)行速度范圍內(nèi)蛇形運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)，保證曲線通過時(shí)具有良好的導(dǎo)向性能，減輕輪緣與鋼軌間的磨耗和噪聲，確保運(yùn)行安全和平穩(wěn)。常見的軸箱定位裝置的結(jié)構(gòu)形式有：（1） 拉板式定位（如日本0系和100系轉(zhuǎn)向架）（2） 拉桿式定位（如CRH5轉(zhuǎn)向架）（3） 轉(zhuǎn)臂式定位（如CRH1、CRH2和日本

21、500系轉(zhuǎn)向架）（4） 層疊式橡膠彈簧定位（又稱八字形或人字形橡膠定位，上海地鐵轉(zhuǎn)向架）（5） 干摩擦式導(dǎo)柱定位（6） 導(dǎo)框式定位（很少使用）由于轉(zhuǎn)臂式定位軸箱結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，因此在高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架上得到了越來越廣泛的使用。2.2.4.4按按車架（體）與轉(zhuǎn)向架之間的連接裝置形式分類按車架（體）與轉(zhuǎn)向架間的連接形式分，可分為心盤（或牽引銷）轉(zhuǎn)向架、無心盤（或牽引銷）轉(zhuǎn)向架和鉸鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)向架（議程雅可比轉(zhuǎn)向架）。鉸鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)向架又可分為如下三種：（1） 具有雙排球形轉(zhuǎn)盤的鉸鏈轉(zhuǎn)向架；（2） 具有球心盤的鉸鏈轉(zhuǎn)向架；（3） TGV高速列車式鉸鏈轉(zhuǎn)向架。 帶心盤（或牽引銷）式結(jié)構(gòu)由于很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架相對于車

22、體的橫向彈性運(yùn)動(dòng)的要求，且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在現(xiàn)代高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架中幾乎不被采用10。3.CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架是機(jī)車車輛最重要的組成部件之一，其結(jié)構(gòu)是否合理直接影響機(jī)車車輛運(yùn)行品質(zhì)、動(dòng)力性能和行車安全。高速列車在全世界各地的急速奔馳，現(xiàn)代城軌車輛的飛速發(fā)展，無一不與轉(zhuǎn)向架技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展息息相關(guān)?？梢院敛豢鋸埖恼f，轉(zhuǎn)向架技術(shù)是“靠輪軌接觸驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的現(xiàn)代機(jī)車車輛”得以生存發(fā)展的核心技術(shù)之一。由于各國鐵路發(fā)展歷史和背景的不同，以及技術(shù)條件的差異，致使各國研制的高速轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)類型也相差較多。然而在設(shè)計(jì)原則上的共識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)卻導(dǎo)致高速轉(zhuǎn)向架形式上的眾多相同之處，如采用空氣彈簧懸掛系統(tǒng)、無磨耗軸箱

23、彈性定位、盤形制動(dòng)為主的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)，等等3.1轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)思想 CRH3動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的技術(shù)設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)在： 1 基于具有良好運(yùn)用業(yè)績的原型車方案；采用成熟和可靠的技術(shù)； 2 有針對性的適應(yīng)中國鐵路運(yùn)用環(huán)境，進(jìn)行部分設(shè)計(jì)變更；3 采用低成本設(shè)計(jì)手段，依靠完善的檢修體系保證運(yùn)用安全；3.2轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)概述(a) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向架 （b) 非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架圖3.1 轉(zhuǎn)向架CRH3高速列車為電動(dòng)車組（EMU），由8節(jié)獨(dú)立的客車組成。列車采用二軸兩系空氣彈簧轉(zhuǎn)向架。該項(xiàng)目使用的轉(zhuǎn)向架以SF500轉(zhuǎn)向架為基礎(chǔ)，在SF500轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)之上，為適應(yīng)中國CRH3項(xiàng)目寬車體的要求，作了適當(dāng)改進(jìn)。CRH3高速列車轉(zhuǎn)向架分

24、動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。兩種轉(zhuǎn)向架采用基本一致的結(jié)構(gòu)型式。構(gòu)架為H型焊接構(gòu)架；圓柱滾子軸承單元，軸徑130mm；轉(zhuǎn)臂軸箱定位，一系懸掛是螺旋彈簧加垂向減振器；二系懸掛為帶有輔助橡膠堆的空氣彈簧直接支撐車體；在車體和轉(zhuǎn)向架之間裝有主動(dòng)控制的抗蛇行減振器；采用Z型拉桿牽引裝置；轉(zhuǎn)向架的輪徑為920mm；固定軸距為2500mm。由于特定的優(yōu)化，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架不可互換。CRH3的動(dòng)力和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架如圖所示：3.2.1 轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)見表3.17.表3.1 CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)軸列式Bo轉(zhuǎn)向架中心距/mm17375軌距/mm1435輪對內(nèi)側(cè)距/mm

25、1353軸距/mm2500軸頸中心距/mm2000輪徑/mm踏面形式S1002G承載高度/mm1010轉(zhuǎn)向架質(zhì)量/t9.5t（動(dòng)）/7.6（拖）電機(jī)懸掛方式彈性架懸掛齒輪傳動(dòng)比2.79基礎(chǔ)制動(dòng)形式動(dòng)車（輪盤），拖車（軸盤）最高運(yùn)行速度km/h300最高試驗(yàn)速度km/h330最大靜軸重（變形載荷）t17±4% (最大17.68 t)未平衡離心加速度m/s20.79一系懸掛螺旋圓柱鋼彈簧二系懸掛空氣彈簧二系縱向力傳遞方式枕梁最小曲線半徑（m）動(dòng)車組，連掛時(shí)低速時(shí)：250最小曲線半徑（m）單車調(diào)車步行速度時(shí)：150S形曲線180 m + 10 m 過渡+ 180 m運(yùn)營服務(wù)時(shí)一次性演示的最

26、高速度km/h350轉(zhuǎn)向架距軌面高度（mm）/新車輪、空氣彈簧充風(fēng)狀態(tài)下1010 （搖枕上邊緣）傳動(dòng)軸裝式平行軸傳動(dòng)裝置持續(xù)軸功率 kW約5603.3轉(zhuǎn)向架零件的三維實(shí)體設(shè)計(jì)3.3.1 輪對輪對直接向鋼軌傳遞車輛重量，通過輪軌之間的黏著產(chǎn)生牽引力或制動(dòng)力，并通過輪對的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛在鋼軌上的走行和導(dǎo)向。輪對是由一根車軸和兩個(gè)車輪壓裝成一體。在車輛運(yùn)行過程中，車輪和車軸一同回轉(zhuǎn)。軸承收到車輛的全部重量，且在軌道上高速行駛時(shí)還承受著從車體、鋼軌兩方面?zhèn)鱽淼钠渌鞣N作用力。輪對的質(zhì)量直接影響列車的運(yùn)行安全，因此對車輪和車軸的組裝壓力是嚴(yán)格要求的，輪對內(nèi)側(cè)的距離必須保證在1353mm的方位內(nèi)。為了保證軸

27、在裝配后形成規(guī)定的壓裝力，裝配后應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)力檢驗(yàn)。非動(dòng)力輪對組成安裝在非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架（拖車轉(zhuǎn)向架）上，包括兩個(gè)非動(dòng)力輪對軸箱裝置。和動(dòng)力輪對的區(qū)別在于：動(dòng)力輪對軸箱裝置采用動(dòng)力車軸，車軸上安裝有一個(gè)齒輪軸箱組成和兩個(gè)制動(dòng)盤，而非動(dòng)力輪對軸箱裝置采用非動(dòng)力車軸，車軸上安裝有三個(gè)制動(dòng)盤。3.3.1.1 車輪1）新建“零件”。 單擊Solidworks左上角的命令，在彈出的“新建Solidworks文件”對話中，選中零件，單擊“確定”按鈕，進(jìn)入造型，如圖3.2所示。 2) 繪制草圖 選擇前視面為基準(zhǔn)面繪制草圖，單擊和按鈕后進(jìn)入草圖繪制界面，由于CRH3車輪采用的是整體碾壓制造方式，所以在Solidwo

28、rks中草圖界面中直接繪制車輪的輪廓草圖，其輪廓草圖如圖3.3所示。 3)生成實(shí)體 退出草圖，在Command Manager中單擊按鈕后，選擇草圖輪廓線和構(gòu)造線單擊確定，生成車輪三維實(shí)體模型如圖3.4所示。圖3.2 新建文件指導(dǎo)圖圖3.3 車輪草圖圖3.4 車輪三維實(shí)體模型 （1）車輪各部名稱及其作用 輪緣：車輪內(nèi)測的徑向周圍突起部分，稱為輪緣。起作用是防止輪對脫軌，保證車輛在直線和曲線上安全運(yùn)行。踏面：車輪和鋼軌面接觸的外圓周面，具有一定的斜度。踏面和輪軌在一定的摩擦力下完成滾動(dòng)運(yùn)行。輪輞：車輪具有完整踏面的徑向厚度部分，以保證踏面內(nèi)具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)也便于加修踏面。輪輻板：連接輪輞與輪

29、轂的部分，呈板狀著稱為輻板，輻板呈曲線面狀，是車輪具有某些彈性，則力在傳送過程中較為緩和。輪轂：車輪中心圓周部分，固定在車軸輪座上，為車輪整個(gè)結(jié)構(gòu)的主干與支撐.輪轂孔：用于安裝車軸，蓋孔與車軸輪座部分直接固結(jié)在一起。車輪踏面具有一定的斜度，可分為錐形踏面和磨耗型踏面。起作用是： （1）便于通過曲線。列車在通過曲線時(shí)，由于離心力的作用，輪對將偏向外軌，由于是在外軌上滾動(dòng)的車輪與鋼軌接觸的部分直徑較大，而沿內(nèi)軌滾動(dòng)的車輪與鋼軌接觸部分之交較小，輪對滾動(dòng)時(shí)，大直徑的車輪沿外軌行走的路程長，小直徑的車輪沿內(nèi)軌行程的路程短，正好和曲線區(qū)間線路的外軌長內(nèi)軌短的情況相適應(yīng)，這樣可以較為順利的通過曲線，減少內(nèi)

30、軌在鋼軌上的滑行。 （2）可自行調(diào)中。在直線線路上運(yùn)行時(shí)，如果車輛中心線與軌道中心線發(fā)生偏離，滾動(dòng)過程中可能自動(dòng)糾正偏離位置。 （3） 踏面磨耗沿寬度方向比較均勻。錐形踏面有兩個(gè)斜度，即1:20和1:10，前者位于輪緣內(nèi)側(cè)48-100mm范圍內(nèi)，是輪軌的主要接觸部分。后者為離內(nèi)側(cè)100mm的外部分。踏面的最外側(cè)做成半徑為6mm的圓弧，以便通過小半徑曲線和便于通過撤叉。磨耗型踏面是在研究和改進(jìn)追星踏面的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。各國列車運(yùn)行的實(shí)踐證明，錐形踏面車輪的初始狀態(tài)在運(yùn)行中將很快磨耗，但當(dāng)磨耗一定形狀后，車輪和鋼軌的磨耗都變得緩慢，其磨耗后的形狀將相對穩(wěn)定。如果把車輪踏面從一開始就做成類似于磨耗

31、后的穩(wěn)定形狀，即為磨耗型踏面。磨耗型踏面可明顯減少輪與軌的磨耗，減少輪軌接觸應(yīng)力，既能保證列車直線的橫向穩(wěn)定，又有利于曲線通過。CRH3動(dòng)車組車輪踏面屬于磨耗型踏面，磨耗前為920mm，最低不低于830mm。CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架車輪（圖3.5）采用整體車輪，所用材質(zhì)為符合UIC標(biāo)準(zhǔn)的R8T,車輪直徑為920mm。車輪設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行EN 1326和UIC 812-2.。圖3.5 車輪斷面圖 (1)車輪幾何特性 車輪幾何參數(shù)見表3.2（2）材料整體車輪按標(biāo)準(zhǔn)EN 13262：鐵路應(yīng)用輪對和轉(zhuǎn)向架車輪產(chǎn)品要求和UIC 812-3規(guī)定的條款，必須用R8T牌號(hào)的鋼制造。對車輪的化學(xué)分析應(yīng)通過光譜分

32、析進(jìn)行，不同元素和雜質(zhì)的百分表極限見表3.3。表3.2 車輪幾何參數(shù)新車輪的滾動(dòng)圓直徑920mm輪轂裝配直徑192mm磨耗到極限的滾動(dòng)圓直徑830mm輪轂寬度180mm輪輞寬度135mm整體車輪的最大質(zhì)量311kg踏面形式S1002G表3.3 不同元素和雜質(zhì)的極限值(C)0.5%-0.54%(0.54%極限值）(Cr+Ni+Mo)0.50%(Mn)0.90%-1.10%(Cu)0.10%(Si)0.90%-1.10%(V)0.08%(P)0.015%(Al)0.015%（0.025%極限值）(S)0.006%()2.0×(Cr)0.30%()10×(Ni)0.30%()80

33、×(Mo)0.80% (3)機(jī)械性能按標(biāo)準(zhǔn)UIC 510-5，車輪輻板的對稱循環(huán)疲勞極限 =180MPa彈性模量 E=206000N/ 泊松比 v=0.293.3.1.2 車軸車軸是轉(zhuǎn)向架輪對中重要的的部件之一，直接影響列車運(yùn)行的安全性，有事轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量的主要部分，特別是對于高速列車，降低列車簧下部分質(zhì)量對于改善列車運(yùn)行平穩(wěn)性和減小輪軌之間動(dòng)力作用有重要影響。因此，高速列車車軸可采用空心車軸，和實(shí)心車軸相比，空心車軸可減輕20%到40%的質(zhì)量，一般可減輕重量60到100kg。如圖3.6所示，車軸由外向里各部分如下：圖3.6 車軸各部分名稱（1）軸頸，用于安裝滾動(dòng)軸承，承擔(dān)著車輛的重

34、量，并傳遞各方向的靜、動(dòng)載荷。（2）防塵板座，是車軸和輪座之間配合的部位。其直徑比軸頸直徑大，比輪座直徑小，介于兩者之間，是軸頸與輪座的中間過渡部分，以減小應(yīng)力集中。（3）輪座，車軸與車輪配合的部位。為了保證輪徑之間有足夠的壓緊力，輪座直徑比輪轂孔直徑要大0.10到0.35mm，同時(shí)為了便于輪軸壓裝，減少應(yīng)力集中，輪座外側(cè)直徑向外逐漸遞減，成為錐形，其小端直徑比大端直徑要小1.0mm，錐長12-16mm。（4）軸身，是車軸中央部分，該部分受力小。其上通常設(shè)有安裝制動(dòng)盤的制動(dòng)盤座、安裝驅(qū)動(dòng)齒輪的齒輪座等。 車軸分為動(dòng)力軸和非動(dòng)力軸。車軸為空心軸，中空直徑為65mm，材質(zhì)為30NiCrMoV12鋼

35、，依據(jù)UNI 6787-71標(biāo)準(zhǔn)加工制造（UNI 6787-71：用于鐵路輪對的、具有高疲勞強(qiáng)度和韌性的、調(diào)質(zhì)的特殊合金鋼鍛造車軸）車軸可以通過探孔針進(jìn)行無損檢測，車軸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為 EN13103、EN 13104、EN 13661和 UIC 8811-1. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上有一根動(dòng)力軸和非動(dòng)力軸，而非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上兩根均為非動(dòng)力車軸。 (1)形狀和尺寸 動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由軸承座、輪座、兩個(gè)制動(dòng)盤座、齒輪箱軸承座和軸身組成，總長2180mm，非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由軸承座、輪座、三個(gè)制動(dòng)盤座和軸身組成，總長2180mm，如圖3.7所示： 圖3.7 非動(dòng)力車軸 新軸和維修后車輪和制動(dòng)盤安裝座的直徑公差見表3.4和3.5

36、.表3.4 新軸輪座、制動(dòng)盤座直徑尺寸及其公差安裝座部位直徑（mm）公差（mm）最小最大車輪座192+0.240+0.265制動(dòng)盤座194+0.254+0.285中心制動(dòng)盤座196+0.254+0.285表3.5 維修后車輪座、制動(dòng)盤座安裝座直徑尺寸及其公差安裝座部位直徑（mm）公差（mm）最小最大車輪座189+0.240+0.265制動(dòng)盤座191+0.254+0.285中心制動(dòng)盤座193+0.254+0.285如果車輪座或制動(dòng)盤座在拆卸過程中發(fā)生損壞，可以將安裝座直徑尺寸減小為表3.7中所規(guī)定的最低容許值。 (1)車軸制造加工在對車軸進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，除了需要滿足規(guī)定的公差和表面粗糙度要求外，

37、加工表面尤其是結(jié)合處不得存在任何刀痕。加工過程不得改造成會(huì)促使正常使用期間形成疲勞裂紋或變形的殘余應(yīng)力。在車軸表面上能夠測量到殘余應(yīng)力的最大值在處于拉伸時(shí)不得超過100MPa，對車軸表面殘余應(yīng)力的測量應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) EN 13261進(jìn)行。3.3.2 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架 CRH3型動(dòng)車組拖車轉(zhuǎn)向架有兩個(gè)側(cè)梁和兩個(gè)橫梁組焊成“H”型箱結(jié)構(gòu)。3.3.2.1 側(cè)梁圖3.8 側(cè)梁側(cè)梁承載主體結(jié)構(gòu)采用鋼板焊接成封閉箱體，上下板蓋和外側(cè)立板采用12mm厚的鋼板整體壓型，內(nèi)側(cè)立板采用一塊12mm和兩塊10mm厚的鋼板與衡、側(cè)梁連接座拼接而成。為了提高橫、側(cè)梁連接處的承載能力，該部位采用整體模鍛技術(shù)、設(shè)計(jì)了鍛造橫梁連接座。

38、側(cè)梁主體承載結(jié)構(gòu)上焊有定位座、空氣彈簧座、橫向止擋座、橫向減震器、制動(dòng)橫梁座以及一系彈簧座等，如圖3.8所示。圖3.9 側(cè)梁3.3.2.2橫梁橫梁組成為前端橫梁組成和后端橫梁組成，均采用無縫鋼管型材，兩橫梁分別于兩與兩側(cè)的橫測梁連接座圓管焊接。橫梁上焊接有牽引拉桿座、抗側(cè)滾扭桿座、盤形制動(dòng)吊座等。如圖3.9所示。3.3.2.3構(gòu)架動(dòng)車構(gòu)架組成和非動(dòng)力構(gòu)架組成中含有多種吊座機(jī)構(gòu)。為了保證吊座以及吊座與構(gòu)架主體的連接強(qiáng)度，牽引拉桿座、扭桿座和齒輪箱吊座均采用了加裝補(bǔ)強(qiáng)板后整體焊接結(jié)構(gòu)。軸箱內(nèi)、外側(cè)定位座為模鍛成型結(jié)構(gòu)。為了避免在構(gòu)架上直接攻絲螺紋損傷后無法修復(fù)的情況出現(xiàn)和緊固件的螺紋強(qiáng)度匹配，在無

39、法使用普通螺母的吊座，均采用了銷型螺母的方案。各種吊座如圖3.10所示。 圖3.10 轉(zhuǎn)向架重要構(gòu)架3.3.3軸箱3.3.3.1軸箱的作用與形式軸箱安裝在車軸兩端的軸頸上，起作用是將輪對和構(gòu)架聯(lián)系在一起，是輪對沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體沿路線的平動(dòng)，傳遞各方向的作用力，保證良好的潤滑性能和密封性能。軸箱有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承之分。由于滾動(dòng)軸承具有啟動(dòng)阻力小、游隙小、維護(hù)方便、節(jié)油和節(jié)省有色金屬的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在車輛都采用滾動(dòng)軸承軸箱。3.3.3.2軸箱組成 軸箱上設(shè)有上下拉桿座和垂向減震器座，軸箱為鑄造件，材料為球墨鑄鐵，符合EN-GJS-400-18-LT（EN 1563）標(biāo)準(zhǔn)，軸箱上安裝有軸

40、溫傳感器，部分軸端安裝有速度傳感器。軸向軸承采用SKF公司產(chǎn)品，為圓錐滾子軸承 TBU ，采用帶聚酰胺籠子的內(nèi)置傳感器，執(zhí)行 EN 12080,設(shè)計(jì)執(zhí)行EN 12082，潤滑符合EN 12081,型號(hào)為BT2-8545B.大修周期為每125萬公里，替換周期為250萬公里。圖3.11軸箱組成3.3.4一系懸掛軸箱定位裝置一系懸掛裝置采用拉桿式軸箱定位結(jié)構(gòu)。一系懸掛裝置有兩組螺旋鋼彈簧、一系垂向減震器和定位裝置組成。箱體與構(gòu)架間的連接通過不同的高度、端部有彈性節(jié)點(diǎn)的縱向拉桿組實(shí)現(xiàn)（雙拉桿軸箱定位結(jié)構(gòu)）。上下拉桿的剛度、鋼彈簧的剛度和吹響減震器的參數(shù)根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化選擇，以減少和緩沖由于線路

41、的不平順引起的對構(gòu)架的激擾。3.3.4.1彈簧（1） 彈簧組成單元彈簧組成包括內(nèi)圈彈簧、外彈簧、上定位板、下定位板、彈性墊、調(diào)整墊，CRH型動(dòng)車組一系軸箱彈簧分為外側(cè)彈簧和內(nèi)側(cè)彈簧，其中，外側(cè)彈簧安裝高度為275.5mm，內(nèi)側(cè)彈簧安裝高度為266.5mm，兩者之間的高度由調(diào)整墊片調(diào)節(jié)，調(diào)整墊片厚度為9mm。彈簧如圖3.12所示。圖3.12 一系彈簧 (2)彈簧類型根據(jù)車型質(zhì)量的不同，螺旋彈簧分為R型（重型）和F型（輕型）。其中，R型安裝在Mc2，Ms2，Tpb，Mh 上，F(xiàn)型安裝在T2車上的R型和F型具有相同的彈簧座和內(nèi)圈彈簧，區(qū)別在于外圈彈簧不同。彈簧的作用，既有彈簧裝置時(shí)，車輛對線路附加載

42、荷僅有無裝置的20%，故彈簧裝置在減小了車輪對鋼軌的沖擊力（垂直方向），起著很大的作用。兩組雙圈彈簧螺旋鋼彈簧尺寸，需符合EN 13906關(guān)于彈簧允許的理論壓力和允許疲勞極限相關(guān)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)的需求。3.3.4.2減震器為了減少來自鋼軌的振動(dòng)，在軸箱體和結(jié)構(gòu)間還裝了一系垂向減震器，一系垂向減震器必須滿足質(zhì)量手冊中的重要性等級要求，并且減震器的設(shè)計(jì)使用壽命不少于6萬km。在整個(gè)使用壽命期間，減震器阻尼特性的偏差不應(yīng)超過30%。根據(jù)車型的不同，一系減震器的參數(shù)亦有所差異，以使車輛具有良好的平穩(wěn)性。3.4.4.3輪對軸箱定位裝置一系懸掛裝置采用的拉桿式軸箱定位，拉桿可容許軸箱和構(gòu)架在上下方有較大的相對位移

43、，拉桿兩端均設(shè)有橡膠節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)軸箱和構(gòu)架之間橫向和縱向彈性定位，定位剛度見表3.6. 表3.6 軸箱定位剛度（單位：KN/mm）定位剛度縱向橫向重車14.395.54輕車14.225.537拉桿分為上拉桿和下拉桿。上拉桿組建有兩根拉桿組成，拉桿兩端裝有彈性節(jié)點(diǎn)，組成平行四桿機(jī)構(gòu)，主要承擔(dān)軸箱縱向彈性定位；下拉桿組建分為叉形，三彈性節(jié)點(diǎn)，主要承擔(dān)軸箱橫向定位和輔助上拉桿承擔(dān)縱向定位。拉桿中的橡膠節(jié)點(diǎn)剛度決定了一系懸掛的剛度。一系縱向、橫向定位剛度匹配，對轉(zhuǎn)向架的臨界速度、直線和曲線的動(dòng)力學(xué)性能均有顯著的影響。3.3.5中央彈簧懸掛裝置3.3.5.1組成與作用中央彈簧懸掛裝置是車體與轉(zhuǎn)向架的連接裝

44、置，因此又叫車體支持裝置。通常由彈簧裝置（一般用空氣彈簧）、抗側(cè)滾裝置、抗蛇形減震器和牽引裝置的組成。起作用是保證車輛的重量、縱向力（牽引力即制動(dòng)力）、橫向力的正常傳遞；保證軸重的均勻分配和車體在轉(zhuǎn)向架上的安定；容許轉(zhuǎn)向架進(jìn)出曲線對相對于車體進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此它既是承載裝置，又是活動(dòng)關(guān)節(jié)。這種連接裝置性能的好壞，直接影響車輛的動(dòng)力學(xué)性能，特別是橫向動(dòng)力學(xué)性能。因此，它還影響車輛的黏著重量利用率。3.3.5.2 空氣彈簧組成空氣彈簧系統(tǒng)由兩個(gè)空氣彈簧、兩個(gè)高度閥、壓差閥和兩個(gè)附加空氣室通過管路連接而成，是轉(zhuǎn)向架與枕梁之間的懸掛裝置，三維圖如圖3.13所示。圖3.13 空氣彈簧 (1)空氣彈簧彈簧

45、懸掛裝置的性能是影響車輛運(yùn)行品質(zhì)的重要因素之一。空氣彈簧既能使車輛獲得良好的垂向和橫向性能?？諝鈴椈捎赡z囊和橡膠組成，膠囊與橡膠堆串連工作，通過對兩個(gè)部件的優(yōu)化，可以獲得較高的乘坐舒適性。在這這這正常工況下（充氣狀態(tài)），橡膠堆有助于膠囊適應(yīng)轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)動(dòng)，如果膠囊失敗，橡膠堆將獨(dú)立工作，此時(shí)上蓋下表面與橡膠堆頂部的摩擦板接觸，磨耗板采用特殊材料制造確保獲得較低的摩擦系數(shù)（0.08到0.12）。該系統(tǒng)剛度小，可以使車輛獲得較高的乘坐舒適性，懸掛系統(tǒng)將能安全的進(jìn)行工作，不會(huì)影響到車輛的運(yùn)行速度。表3.7 空氣彈簧的軸向和徑向剛度彈簧充氣時(shí)恒速下的軸向剛度（z軸）車輛負(fù)荷Fz（KN）Ksy（N/mm）

46、T2空載85.2227正常載荷108.5279Mh-Tp空載100.5261正常載荷129.8325彈簧充氣時(shí)恒速下的軸向剛度（z軸）車輛負(fù)荷Fz（KN）Ksy（N/mm）T2空載85.2151正常載荷108.5161Mh-Tp空載100.5158正常載荷129.8171 上板蓋組成通過上蓋心軸與上枕梁的定位圈和附加空氣室相通，下板組成與構(gòu)架上的空氣彈簧座相連。 在軸向定位和徑向時(shí)，非別測試空氣彈簧的懸掛剛度，測試時(shí)恒速為5mm/s，表3.7為一定參與考負(fù)荷時(shí)的軸向和徑向剛度值。3.3.5.3枕梁枕梁由鋼板焊接成軸箱結(jié)構(gòu)，主要承受和傳遞車體與轉(zhuǎn)向架的力，同時(shí)作為二系懸掛懸掛空氣彈簧氣動(dòng)系統(tǒng)的兩

47、個(gè)輔助氣室，要求該箱型截面必須氣密性良好，需進(jìn)行特殊的氣密性實(shí)驗(yàn)。枕梁的結(jié)構(gòu)按照EN 12663標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)度檢驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)ERRI.枕梁通過支座與車體連接。通過空氣彈簧、牽引裝置與構(gòu)架連接、二系垂向減震器、抗側(cè)滾扭桿、二系橫向減震器、抗蛇形減震器等都通過相應(yīng)的支座上枕梁和構(gòu)架相連，此外，上枕梁上的安全鋼絲繩對二系懸掛上限位置限定起作用。3.3.5.4 牽引裝置車體與轉(zhuǎn)向架間采用雙牽引桿的牽引裝置，傳遞牽引力和制動(dòng)力。牽引裝置成Z形連接，由一個(gè)均衡梁、兩個(gè)帶有彈性關(guān)節(jié)的牽引桿組成。均衡梁為鍛鋁件。牽引裝置通過牽引梁傳遞構(gòu)架和枕梁之間的牽引力和制動(dòng)力，牽引梁上裝有調(diào)整墊和牽引桿，調(diào)整墊正在上枕

48、梁中心銷上。由于部件布置像字母Z，所以稱之為Z型。引拉桿通過彈性節(jié)點(diǎn)和螺栓連接到構(gòu)架上，牽引梁通過推行襯套和螺栓連接到上枕梁上。3.3.6基礎(chǔ)制動(dòng)裝置基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用軸盤制動(dòng)，所有軸上都安裝有直徑640mm。厚度為80mm的通風(fēng)筋式鑄鋼制動(dòng)盤。動(dòng)車上有2個(gè)，拖車軸上有3個(gè)。制動(dòng)缸和卡鉗是傳統(tǒng)形式，所有制動(dòng)夾鉗都帶有內(nèi)置自動(dòng)間隙調(diào)整器。制動(dòng)閘片為粉末冶金型。設(shè)計(jì)的最大允許溫度為600度。制動(dòng)夾鉗吊座焊在轉(zhuǎn)向架制動(dòng)橫梁上。制動(dòng)橫梁通過關(guān)節(jié)軸承，水平橫擺與構(gòu)架組成四桿機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)夾鉗跟隨輪對橫向隨動(dòng)。衡量中部有兩個(gè)支撐桿預(yù)購價(jià)的橫梁連接。制動(dòng)缸（每盤一個(gè)）為8英寸類型，每軸有一個(gè)制動(dòng)缸帶有內(nèi)置彈

49、簧控制的停放制動(dòng)，黃杰壓力大約420Mp。制動(dòng)力能夠保證列車在正常載荷下30%坡度上保持靜止。帶停放制動(dòng)器的裝置由機(jī)械緩沖裝置。如果空氣壓力不足，可以使用遠(yuǎn)距離控制達(dá)到緩解彈簧停放制動(dòng)的目的。3.4虛擬裝配（1）新建裝配界面單擊solidworks左上角的命令，在彈出的“新建solidworks文件”對話框中，選中裝配體，單擊“確定”按鈕，進(jìn)入裝配界面，如圖3.14所示。圖3.14 裝配界面圖 （1）輪對裝配 選取車輪，車軸，制動(dòng)盤放入裝配界面。通過同圓心，重合、垂直、固定等命令將所有零部件裝配成同軸同轉(zhuǎn)的輪對對稱結(jié)構(gòu)，裝配圖如圖3.15所示。圖3.15 輪對裝配圖 （2）構(gòu)架裝配和輪對裝配過

50、程類似，將側(cè)梁，端梁，內(nèi)側(cè)定位座，外側(cè)定位座、制動(dòng)吊座等重要部件通過solidworks裝配界面裝配成一體的剛性結(jié)構(gòu)，如圖3.16所示。圖3.16 轉(zhuǎn)向架裝配圖 （3）其他零部件及轉(zhuǎn)向架總裝配其他兩不見的裝配和輪對，構(gòu)架裝配的方法一樣。裝配好的各個(gè)部件在放回到裝配界面進(jìn)行裝配。裝配好的轉(zhuǎn)向架的二維圖如圖3.17所示。（a） 主視圖（b） 俯視圖（c） 側(cè)視圖圖3.17 轉(zhuǎn)向架裝配圖4.構(gòu)架的靜強(qiáng)度評價(jià)4.1有限元算法基本原理有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散成為一組有限個(gè)，且按定方式相互連接在一起的單兀的組合體。由于單元能按不同的連接方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同的形狀，因此可以

51、模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元法作為數(shù)值分析方法的另一個(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片的表示全求解域上待求的未至場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和插值函數(shù)來表示。這樣一來，一個(gè)問題的有限元分析中，未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值就成為新的未知量（即自由度），從而使一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解域上的近似值。顯然隨著單元數(shù)目的增加，單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度的增加或者插值函數(shù)精度的提高，解得近似程度將不斷改進(jìn)。如果單

52、元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。當(dāng)前的有限元方法是以位移為基本未知數(shù)，依據(jù)變分原理中的最小勢能原理來建立有限元求解方程。其基本思路是：將計(jì)算對象進(jìn)行離散，然后研究節(jié)點(diǎn)的平衡，最后利用插值技術(shù)獲得域內(nèi)解。下面以彈性力學(xué)平面為例，給出有限元的算法原理。首先，將連續(xù)體劃分為有限個(gè)單元，單元之間由節(jié)點(diǎn)互相連接，不同單元的節(jié)點(diǎn)有不同的節(jié)點(diǎn)自由度。對于彈性力學(xué)平面問題，單元內(nèi)任一點(diǎn)（x，y）的位移u（x，y），v（x，y）的插值公式可以寫成： 或 (2-1)式中u（x，y），v（x，y）分別代表（x，y）在x和y方向的位移，ui,vi分別代表單元節(jié)點(diǎn)i的位移，從Ni=(x,y)代表插值形狀函

53、數(shù)，稱之為形狀位移函數(shù)，它實(shí)現(xiàn)了用節(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)位移的插值聯(lián)系。單元節(jié)點(diǎn)上的位移是“有限”的，單元內(nèi)的位移點(diǎn)是“無限”的，正是式（2-1）中的插值形狀函數(shù)建立了二者之間的聯(lián)系。彈性力學(xué)平面問題的幾何方程給出了位移與應(yīng)變之間的幾何關(guān)系： （2-2）將(2-1)代入式（2-2），可得 （2-3）式中，稱之為應(yīng)力變量，d稱之為單元節(jié)點(diǎn)位移向量，B稱之為幾何矩陣，它是對位移形狀求導(dǎo)數(shù)得到的。式（2-3）實(shí)現(xiàn)了用節(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)任意點(diǎn)處的應(yīng)變。另外，彈性力學(xué)平面問題的物理方程（廣義胡克定律）給出了應(yīng)變與應(yīng)力之間的物理關(guān)系： （2-4）式中不稱之為應(yīng)力變量，E稱之為彈性矩陣，它取決于材料的物理特性，

54、對個(gè)向同性材料的平面應(yīng)力問題， （2-5）式中E是材料楊氏模量，是泊松比。將式（2-3）代入（2-4），于是 (2-6)式(2-6)實(shí)現(xiàn)了由節(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)任意點(diǎn)處的應(yīng)力。根據(jù)彈性力學(xué)理論，線彈性連續(xù)體的總勢能可寫成積分形式： （2-7）式中，第一個(gè)積分是單元內(nèi)應(yīng)力的功，此功作為應(yīng)變能儲(chǔ)存起來，后兩項(xiàng)分別表示體力和面力在它們的位移方向上所做的功而導(dǎo)致的勢能減少，是位移函數(shù)，V代表積分體積，s代表邊界表面上的積分面積。將（2-1）和式（2-3）代入式(2-7),于是得到了用節(jié)點(diǎn)位移d表示的單元總勢能： （2-8）結(jié)構(gòu)的總勢能是對每一個(gè)單元?jiǎng)菽芮蠛偷玫降?，同時(shí)還應(yīng)包括作用在結(jié)構(gòu)某些節(jié)點(diǎn)上的外加集中力P的勢能，定義P的分量與節(jié)點(diǎn)自由度方向相同為