轉(zhuǎn)向架設(shè)計的思考方法及新的嘗試

1、嬙拘設(shè)計文章編號：（）一一轉(zhuǎn)向架設(shè)計的思考方法及新的嘗試城取岳夫，等（日）摘要：介紹了轉(zhuǎn)向架設(shè)計中所考慮的主要問題，以及如何處理系統(tǒng)中的平衡關(guān)系，同時闡述了利用計算機進行轉(zhuǎn)向架輔助設(shè)計的種新方法。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架；設(shè)計；日本中圖分類號：文獻標識碼：城取岳夫，（）他：，：；概述本文首先說明鐵道車輛轉(zhuǎn)向架設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題。然后，以運動特性為例，介紹在轉(zhuǎn)向架設(shè)計中所進行的新嘗試，即利用計算機選擇設(shè)計方案的新方法。設(shè)計轉(zhuǎn)向架時，除了考慮強度特性外，還應(yīng)考慮車輛的運動特性。轉(zhuǎn)向架設(shè)計中考慮的主要問題轉(zhuǎn)向架設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題包括：（）脫軌安全性要求鐵道車輛在小半徑曲線上低速運行時不至于脫軌，應(yīng)計算

2、出脫軌系數(shù)的臨界值，以確定軸箱垂向定位剛度等參數(shù)。所謂脫軌系數(shù)，就是利用車輪橫向作用力求出的相對于脫軌的安全裕度值。其中，車輪橫向力是根據(jù)輪緣角等車輛技術(shù)參數(shù)計算得出的口。（）抗傾覆安全性要求采用對抗傾覆來說具有足夠安全性的傾覆臨界值計算公式，以確定軸箱垂向定位剛度及車體的垂向支承剛度。收稿日期：一（）蛇行運動穩(wěn)定性蛇行運動是由于鐵道車輛的車輪踏面帶有斜度而產(chǎn)生的現(xiàn)象。要合理確定軸箱縱向、橫向定位剛度以及空氣彈簧橫向剛度，以保證車輛在正常運營速度范圍內(nèi)不至于發(fā)生蛇行失穩(wěn)現(xiàn)象。（）橫向力所謂橫向力是指車輪沿橫向擠壓鋼軌所產(chǎn)生的力，一旦橫向力增大，有時會引起鋼軌扣件脫落（失效）。另外，還會降低車輛

3、的曲線通過性能，并加劇車輪與鋼軌的磨損。因此，為保證輪軌間具有較小的橫向作用力，應(yīng)慎重選取軸箱的縱向、橫向定位剛度，以及空氣彈簧縱向剛度、抗蛇行減振器的阻尼系數(shù)等參數(shù)值。（）車輛限界一旦車輛位移超過車輛限界尺寸，將引起車輛與建筑物的干涉，因此，既應(yīng)考慮橫向止擋的間隙，還要保證空氣彈簧的橫向剛度及橫向橡膠止擋的剛度值不能太小。（）零部件之間的干涉，零部件的容許位移不僅應(yīng)該注意車輛與建筑物的干涉，而且還應(yīng)該注意車輛各零部件之間的干涉。此外，要使電動機與佐藤芳彥赭外國力振子式卓雨概祝鐵道夕，兒。（其他參考文獻略）。（）：一。：。，彭惠民譯自鐵道卓丙藝技街邑，（）：，陳海校轉(zhuǎn)向架設(shè)計的思考方法及新的嘗

4、試城取岳夫，等（日）齒輪裝置之間的彈性連接（彈性聯(lián)軸節(jié)）等不超過零部件的容許位移，應(yīng)該使軸箱的垂向定位剛度取較大的值。（）車站站臺階梯差從無障礙要求來看，也必須滿足站臺階梯差容許值要求（方便旅客上下）。特別是通勤電動車，由于空車與滿員時的質(zhì)量差別較大，所以，如果軸箱垂向剛度過低，當車輛滿員時，車體便會下沉，致使車門與車站站臺的階梯差加大。（）乘坐舒適度乘坐舒適度必須良好。因此，除了滿足上述（）（）項的要求外，還應(yīng)選定滿足乘坐舒適度良好要求的彈簧剛度以及減振器阻尼系數(shù)。有待協(xié)調(diào)處理的關(guān)系滿足上述（）（）項要求的技術(shù)參數(shù)往往是矛盾的，這就需要協(xié)調(diào)處理彼此之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)向架設(shè)計的難處就在于處理好這些

5、互相協(xié)調(diào)的關(guān)系。因為如果滿足一方面的要求時，另一方面的要求就可能不能滿足。例如，如果使空氣彈簧橫向剛度及橫向橡膠止擋的剛度取的較低，則乘坐舒適度較好，但當車輛通過曲線時，抑制車體由于離心力導致車輛朝曲線外側(cè)移動的力就變小，所以，車輛就會超出車輛限界。另外，為了提高抗蛇行運動穩(wěn)定性，就應(yīng)當增大軸箱的縱向、橫向定位剛度，但這會導致輪軌橫向力增大。設(shè)計人員應(yīng)該一方面站臺階梯差方面的問題抗傾覆安全性問題零部件的容許位移問題舒適度問題（車體垂向振動）舒適度問題（通過圓曲線時，由丁車體傾擺引起的橫向振動）舒適度問題（車體的垂向振動）搖擺時零部件之間的干涉問題舒適度問題（車體的搖擺）轉(zhuǎn)向架抗蛇行運動穩(wěn)定性問

6、題由于橫向相對位移導致超過車輛限界問題舒適度問題（車體的橫向振動）車體抗蛇行運動穩(wěn)定性問題協(xié)調(diào)處理好必須考慮的關(guān)系，同時應(yīng)綜合確定各方面評價為最優(yōu)的技術(shù)參數(shù)值。將上述問題大致歸納為垂向系統(tǒng)以及橫向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系問題（圖、圖）。而且，由于運行區(qū)間等的限制，還必須附加考慮問題的優(yōu)先順序以及容許限度。轉(zhuǎn)向架設(shè)計的新嘗試在轉(zhuǎn)向架設(shè)計中，為滿足應(yīng)考慮的多種要求，就需要確定很多技術(shù)參數(shù)。以往，確定這些技術(shù)參數(shù)時往往根據(jù)經(jīng)驗，反復(fù)計算，直至找出完全達到應(yīng)該考慮指標的技術(shù)參數(shù)。事實上，可以考慮能否用計算機完成這類復(fù)雜的設(shè)計計算。到目前為止，已經(jīng)嘗試了幾種方法，比較了其優(yōu)、缺點，下面作一簡單介紹。型筻煮皇低速脫

7、軌安全性問題定位剛度卜”一。一軸箱垂向阻尼系數(shù)空氣彈簧垂向剛度空氣彈簧垂向阻尼系數(shù)圖垂向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系軸箱橫向定位剛度軸箱縱向定位剛度抗蛇行減振器阻尼系數(shù)空氣彈簧橫向、縱向剛度橫向減振器阻尼系數(shù)圖橫向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系對軌道的影響問題舒適度問題（車體高頻振動）舒適度問題（車體垂向振動）橫向力問題舒適度問題（車體的橫向振動）舒適度同題（由丁車輛運行在不平順軌道，引起車體振動）基于線性加權(quán)和評價函數(shù)的協(xié)調(diào)處理之所以稱為線性，是指參數(shù)能夠形成比例關(guān)系。通過構(gòu)造與橫向力成比例、評價為很差的函數(shù)，以及與橫向振動舒適度成比例、評價為很差的函數(shù)，并進行加權(quán)處理，根據(jù)加權(quán)之和來評價計算機設(shè)計方案，將最優(yōu)解作為最終

8、選定方案。加權(quán)過程中，通過比較橫向力與橫向振動舒適度，決定對哪一方面加權(quán)多少，并予以調(diào)整。公式（）為評價函數(shù)，該式用于測定設(shè)計方案的低劣程度，所以，該值小表明是良好的設(shè)計。評價叫×橫向力的計算結(jié)果（一叫）×橫向振動舒適度的計算結(jié)果（）式（）中：謝一加權(quán)值。最初，為確定加權(quán)值，研究了改變加權(quán)值時，穩(wěn)態(tài)橫向力及橫向振動舒適度隨加權(quán)值的變化情況（圖、國外鐵道車輛第卷第期年月圖），由此進行加權(quán)。對于評價極端低劣的情況，就可以確定相應(yīng)的裕度，左右可判定為良好。使用大型計算機，上述工作只需幾十分鐘時間。童墓憎辯，加權(quán)值圍加權(quán)值，與穩(wěn)態(tài)橫向力的關(guān)系，加權(quán)值圖加權(quán)值，與橫向振動舒適度水平的

9、關(guān)系根據(jù)希求水平進行協(xié)調(diào)處理上述基于線性函數(shù)的評價簡單明了。但有時候，為使函數(shù)線性化，如果稍微改變加權(quán)值，則選定結(jié)果可能會發(fā)生很大的變化。為了改正這種情況，可以采用比線性函數(shù)復(fù)雜的其他函數(shù)的方法。此外，不是根據(jù)對選定結(jié)果進行嘗試處理而確定加權(quán)，而是提出一種方案，即根據(jù)對要求達到何種程度（稱為希求水平）來確定加權(quán)值口。該方法已成功應(yīng)用于確定空氣彈簧的橫向剛度及橫向減振器的阻尼系數(shù)等。采用的評價函數(shù)見式（）。該評價函數(shù)測定“未完成率”，所以，要尋找使該值最小所對應(yīng)的設(shè)計方案。具體來講，不是研究全部轉(zhuǎn)向架零件，而是針對空氣彈簧橫向剛度、橫向止擋及橫向減振器，確定無論車輛速度快慢，均可滿足要求的一些技

10、術(shù)參數(shù)值。圖、圖為部分計算結(jié)果。該評價函數(shù)較容易確定，很適合于轉(zhuǎn)向架的設(shè)計問題。評價一（對于速度的橫向振動舒適度計算結(jié)果要求的未完成率，對于速度的橫向振動舒適度計算結(jié)果要求的未完成率）（）式（）中：（，）中取最大值。若只用轉(zhuǎn)向架個參數(shù)來評估轉(zhuǎn)向架的性能，即使使用大型計算機，也只需要幾十分鐘的時間。料埋崔廈澄遙匣顰蛙料最優(yōu)化設(shè)計方案試驗值一鄉(xiāng)莎一。、，一圖車輛運行速度為時的車體橫向位移頻率響應(yīng)一最優(yōu)化設(shè)計方案試驗值；頻率用圈車輛運行速度為時的車體橫向位移頻率響應(yīng)利用功用圖進行協(xié)調(diào)處理以前所進行的研究存在一個問題，即雖然作為最佳方案而選出了個方案，但該方案以外的設(shè)計方案是怎樣的？其評價到底如何呢？

11、也就是說，很有必要說明該方案的確是最佳設(shè)計方案。此外，如果采用不屬于最佳方案的其他設(shè)計方案，則由于牽強于某些運動特性，仍很有可能用于現(xiàn)行產(chǎn)品上，所以，也需要了解最佳方案以外的車輛運動特性。為了觀察最優(yōu)化方案本身，將軸、軸設(shè)定為評價值，可以繪出各設(shè)計方案的評價值所形成的圖形（下文稱為功用圖）。具體來講，在功用圖中，通過改變?nèi)恳刂械母鞣N技術(shù)參數(shù)值，計算種運動特性，將第種運動特性的計算結(jié)果描繪成曲線的坐標；將第種運動特性的計算結(jié)果描繪成曲線的坐標。這種方法，預(yù)計需要大量的計算時間，所以，必須在計算方法方面下功夫，以縮短計算時聞。在開展研究工作的第一階段，對計算全部供選擇設(shè)計用運動特性到底需要多長

12、時間進行了研究。以圖給出的功用圖為例，將轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)臨界速度的計算結(jié)果作為坐標；將曲線通過性能的目標值，即穩(wěn)態(tài)橫向力的計算結(jié)果作為了坐標。轉(zhuǎn)向架蛇罟寶¨跎轉(zhuǎn)向架設(shè)計的思考方法及新的嘗試城取岳夫，等（日）蛇行失穩(wěn)臨界速度高的評價結(jié)果為好，而穩(wěn)態(tài)橫向力低的評價結(jié)果為好，所以，圖中右下方的曲線稱為好的設(shè)計方案。處于曲線（描點）群右下方邊界的曲線稱為了縮短計算時間，應(yīng)該提高的運算速度，也可以利用多個通過并行處理等方式，大幅度提高計算速度。表列出了種方法的比較結(jié)果。為良好評價的組合。這在最優(yōu)化理論上稱為帕雷托（，。）最優(yōu)蘭！竺竺竺蘭蘭蘭！蘭蘭竺竺竺空蘭竺蘭竺解。如果比較該曲線的鄰近曲線，則曲

13、線上個計算結(jié)果比鄰近曲線上點的計算結(jié)果好，而另一計算結(jié)果比鄰近曲線上點的計算結(jié)果差，其優(yōu)劣程度非常容易觀察出來，也容易進行協(xié)調(diào)處理。另外，在目前考慮的技術(shù)參數(shù)值范圍內(nèi)，到底是不是獲得良好評價也能一目了然。圖對應(yīng)于個技術(shù)參數(shù)的組合，分別計算蛇行失穩(wěn)臨界速度及穩(wěn)態(tài)橫向力，使用大型計算機需耗時。結(jié)束語本文介紹了利用計算機進行轉(zhuǎn)向架方案設(shè)計的種方法。關(guān)于轉(zhuǎn)向架設(shè)計的新嘗試，在計算時間及可獲取技術(shù)信息方面，各有優(yōu)、缺點。將來，設(shè)計人員可以根據(jù)需要進行選擇。參考文獻： 事故翻查梭言寸會帝都高速度交通鑿囤日此谷糠中目黑焉樽內(nèi)列卓脫稼衢突事故二陰寸舀鞠查赧告害，國枝正春鐵道卓而。耘客：陰寸為力學的理輸解析鐵道

14、技衍研究鞭告，（）中山隆弘多目的針畫法：對中為滿足化才法力提案種測自勤制御學會輸文集，（）：劉陽春譯自，圈轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)臨界速度與穩(wěn)態(tài)橫向力的功用圖劉宏友校法國國營鐵路展示其雙制式列車由香檳一阿登大區(qū)、交通管理局及車輛制造商共同舉辦的一個特別活動上，法國國營鐵路（）展示了由龐巴迪公司生產(chǎn)的內(nèi)燃電動雙制式列車。這種列車可以同時在內(nèi)燃動力以及直流和交流制式下運行。這就意味著該類型列車實際上可以在法國任何地方運行，且能在運行過程中變換動力模式。將把這些混合動力列車投放到巴黎一特魯瓦一之間的香檳一阿登大區(qū)線，以及另一條一圣迪迪耶一維特里線上運行。運輸公司向龐巴迪追加訂購輕軌車德國交通運營商運輸公司（）

15、向龐巴迪訂購輛總價值萬歐元的低地板輕軌車。這是繼年簽訂的輛有軌電車原始訂單后的可選訂單。車輛的設(shè)計與前一批類似，并配有高帶有可折疊坡道的入口，以方便使用輪椅的粱潔提供李莉校乘客進入。這些輕軌車預(yù)計將于年月一年月問交付使用。粱潔提供李莉校 轉(zhuǎn)向架設(shè)計的思考方法及新的嘗試作者：城取 岳夫， 李陽春作者單位：刊名：國外鐵道車輛英文刊名：FOREIGN ROLLING STOCK年，卷(期：2008，45(4被引用次數(shù)：0次參考文獻(3條1. 事故調(diào)查檢討會 帝都高速度交通営団 日比谷線中目黒駅構(gòu)內(nèi)列車脫線衝突事故關(guān)調(diào)查報告書 20002. 國枝正春 鉄道車両轉(zhuǎn)關(guān)力學的理論解析 19723. 中山隆弘

16、 多目的計畫法對満足化一法提案 1984相似文獻(10條1.會議論文 張輝. 趙洪倫 試驗型鉸接式高速客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計研制 2000構(gòu)架的輕量化設(shè)計是研制我國高速客車轉(zhuǎn)向架的重點和難點之一.在廠、校、所緊密合作下,經(jīng)過反復(fù)的計算分析,以及對關(guān)鍵設(shè)計制造技術(shù)進行了探索研究和重要零部件的一系列探索性試驗,研制出我國達到了輕量化目標的鉸接式高速客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架.2.學位論文 安海亮 TY05型作業(yè)車轉(zhuǎn)向架設(shè)計及驗證 2005隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國鐵路運輸將在高速、重載、客運專線等方面實現(xiàn)大跨越。在新建或改造的鐵路線中，電氣化鐵路已經(jīng)成為了首選。近年來，我國每年都竣工近千公里電氣化鐵路線。

17、電氣化鐵路的迅猛發(fā)展，促使與之配套的用于電氣化鐵路路、網(wǎng)施工及維護的工程作業(yè)機械也向高速、高性能方向轉(zhuǎn)變，使新技術(shù)在工程作業(yè)機械上的應(yīng)用成為必然。中國北車集團太原機車車輛廠根據(jù)集團公司相關(guān)技術(shù)政策，經(jīng)過精心的組織、周密的調(diào)研、嚴謹?shù)脑O(shè)計、認真的試制、嚴格的試驗，成功地完成了我國第一臺交流傳動接觸網(wǎng)作業(yè)車。本文結(jié)合作業(yè)車轉(zhuǎn)向架的具體要求，研究了國內(nèi)外工程作業(yè)車轉(zhuǎn)向架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分析選擇了參考轉(zhuǎn)向架進行設(shè)計，對整個設(shè)計過程進行了論述。從調(diào)研確定作業(yè)車轉(zhuǎn)向架方案開始，闡述了各主要部件的結(jié)構(gòu)、特點以及設(shè)計、驗算過程，并根據(jù)試制、試驗中出現(xiàn)的相關(guān)問題，進行了認真的分析，制定出了切實可行的改造方案，

18、經(jīng)過各種試驗確定，最終滿足了機車最高運行速度120公里/小時的設(shè)計要求。TY05型作業(yè)車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計填補了工廠的空白，特別是在轉(zhuǎn)向架設(shè)計和驗證方面有許多獨到之處，為工廠同類產(chǎn)品的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，提供了可借鑒的經(jīng)驗。3.期刊論文 周新勝. ZHOU Xin-sheng CKD4C型機車轉(zhuǎn)向架設(shè)計 -內(nèi)燃機車2007(4介紹了出口委內(nèi)瑞拉的貨運交-直流電傳動CKD4C型機車轉(zhuǎn)向架總體布置、主要技術(shù)參數(shù),詳細闡述了如何按照標書中規(guī)定的和轉(zhuǎn)向架設(shè)計相關(guān)的UIC(國際鐵路聯(lián)盟標準、NF F(法國標準、NF EN(法國等效采用歐盟標準標準設(shè)計轉(zhuǎn)向架.4.期刊論文 程平. CHENG Ping 120km/

19、h快運軌道平車轉(zhuǎn)向架設(shè)計及有限元分析 -機械2005,32(8提出了120 km/h快運軌道平車轉(zhuǎn)向架方案,進行了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的有限元分析,結(jié)果表明其強度和剛度能夠滿足轉(zhuǎn)向架快速運行的要求.5.學位論文 程平 120km/h快運軌道平車轉(zhuǎn)向架設(shè)計及懸掛參數(shù)優(yōu)選 2005目前我國的主型貨車轉(zhuǎn)向架為轉(zhuǎn)8A三大件轉(zhuǎn)向架，這種轉(zhuǎn)向架雖然結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便，但簧下質(zhì)量大，抗菱剛度小，因此，蛇行臨界速度低，動力學性能較差，滿足不了貨車快速運行的要求。為了適應(yīng)貨車的提速，采用構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架是一種較好的途徑。本文重點研究了構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，并以載重30t快運軌道平車為應(yīng)用實例，對轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。采用了具有兩級剛

20、度的軸箱懸掛和利諾爾摩擦減振器，使空重車均能獲得較好的動力學性能；并采用軸箱縱向橡膠墊，適當釋放軸箱縱向定位剛度，以改善轉(zhuǎn)向架的曲線通過性能；采用常接觸式彈性旁承，提高轉(zhuǎn)向架的摩擦回轉(zhuǎn)力矩，以提高系統(tǒng)的蛇行運動臨界速度。論文重點對構(gòu)架和軸箱的強度和剛度問題進行了有限元分析；對快運軌道平車的蛇行穩(wěn)定性、曲線通過性能和運行平穩(wěn)性進行了研究，分析了轉(zhuǎn)向架參數(shù)、利諾爾減振器吊環(huán)角度、軸箱縱向橡膠墊剛度、軸箱磨耗板摩擦系數(shù)、旁承摩擦系數(shù)等對動力學性能的影響，并進行了轉(zhuǎn)向架動力學性能預(yù)測。通過本文的研究，使所設(shè)計的轉(zhuǎn)向架能夠滿足軌道平車快速運行的要求。6.期刊論文 曲天威. QU Tian-wei 新型大功率內(nèi)燃機車轉(zhuǎn)向架設(shè)計 -鐵道機車車輛2007,27(z17.期刊論文 顏志軍. 李濤. 廖志偉. 朱向陽. 伍玉剛. YAN Zhi-jun. LI Tao. LIAO Zhi-wei. ZHU Xiang-yang. WU Yu-gang TM2和TM3型機車轉(zhuǎn)向架設(shè)計 -電力機車與城軌車輛2010,33(1文章介紹了TM2和TM3型機車轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)和主要零部件的結(jié)構(gòu)特點與設(shè)計過程.TM2型機車轉(zhuǎn)向架的成功