第02章 軌道交通車輛總體設(shè)計

蘭州交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院商躍進(jìn)歡迎學(xué)習(xí)動車組車輛設(shè)計第二章車輛總體設(shè)計第1節(jié)車輛總體設(shè)計概述第2節(jié)車輛總體參數(shù)設(shè)計第3節(jié)車輛總體布置設(shè)計第4節(jié)車輛總體設(shè)計相關(guān)計算第5節(jié)轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計第1節(jié)車輛總體設(shè)計概述車輛總體設(shè)計原則車輛總體設(shè)計內(nèi)容車輛總體設(shè)計的具體工作主要組成部件的設(shè)計要求車輛總體設(shè)計原則

1.應(yīng)滿足設(shè)計任務(wù)書所提出的基本要求。這些要求包括:必須保證車輛具有合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)、車輛與線路相互作用的條件、運(yùn)行的安全性、結(jié)構(gòu)的運(yùn)用可靠性和耐久性。此外，還應(yīng)考慮車輛限界、允許軸重、車鉤縱向中心線距軌面的高度等因素。

2.設(shè)計上要做到安全可靠、方便使用、利于修造、美觀舒適、經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)。應(yīng)采用具有現(xiàn)代化氣息和時代感。3.要積極采用和發(fā)展新技術(shù)、新工藝、新材料;要貫徹一切通過試驗的原則;4.設(shè)計中應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件。簡化配件規(guī)格，考慮成批生產(chǎn)的可能性;5.選用材料的規(guī)格、牌一號要力統(tǒng)求簡化，要立足于國內(nèi)市場供應(yīng)。學(xué)習(xí)和借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗要同創(chuàng)新相結(jié)合的原則。6.節(jié)省能源和輕量化設(shè)計，適應(yīng)環(huán)境影響的各種要求設(shè)計。2.車輛總體設(shè)計內(nèi)容

車輛總體設(shè)計是一種帶規(guī)劃性質(zhì)的設(shè)計，其目的是要說明該車能否滿足設(shè)計技術(shù)任務(wù)書中提出來的各項功能要求，以及通過什么措施或方法來協(xié)調(diào)設(shè)計中出現(xiàn)的各種各樣的矛盾或問題。車輛總體設(shè)計的工作內(nèi)容貫穿在整個設(shè)計的各個階段。車輛總體設(shè)計主要包括兩個方面的內(nèi)容，即：（1）車輛總體參數(shù)設(shè)計（2）車輛總體布置設(shè)計3.車輛總體設(shè)計的任務(wù)動車組總體設(shè)計內(nèi)容包括:確定動車組的組成方式、牽引與制動性能、結(jié)構(gòu)形式、主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。選好標(biāo)準(zhǔn)部件和借用部件。如車鉤緩沖裝置的選用。確定各部分的尺寸和位置，進(jìn)行重量均衡估算；考慮特殊零部件的結(jié)構(gòu)型式、主要尺寸；活動件的運(yùn)動范圍分析，確定部件間連接形式或安裝方式等。繪出車輛總體布置圖。對于客車包括平面布置圖、立面布置圖以及車下設(shè)備的布置圖。制定各主要部件的設(shè)計要求。協(xié)調(diào)和解決各組成部件在設(shè)計中出現(xiàn)的矛盾和問題。

4.主要組成部件的設(shè)計要求動車組各主要組成部件的設(shè)計要求一般包括:車體：車體及其各主要組成的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計要求;關(guān)鍵性梁柱的斷面形狀和尺寸;結(jié)構(gòu)的材質(zhì)和要求;重量控制;內(nèi)墻板、地板、車頂內(nèi)頂板和間壁的材質(zhì)、色調(diào)和特殊要求等。中空擠壓型材整體承載車體。轉(zhuǎn)向架：轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式主要取決于彈簧懸掛裝置、牽引電機(jī)和齒輪傳動裝置、制動裝置的組成及其布置等。對新開發(fā)設(shè)計轉(zhuǎn)向架，應(yīng)提出轉(zhuǎn)向架的設(shè)計技術(shù)任務(wù)書。如采用現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架，應(yīng)指明型號。牽引電動機(jī)與齒輪傳動裝置：牽引電動機(jī)的選型與全懸式安裝

(架懸式或體懸式)，與齒輪傳動裝置的連接方式等。制動系統(tǒng)：電制動、基礎(chǔ)制動等主要型號和結(jié)構(gòu)形式;制動裝置部件和制動管路的布置和設(shè)計要求等。動車組必須采用能提供強(qiáng)大制動力并更好利用粘著的、由多個子系統(tǒng)組成的復(fù)合制動系統(tǒng)。車鉤緩沖裝置：車鉤緩沖器、密接式車鉤及電氣和風(fēng)管連接器的型號。車內(nèi)設(shè)備：客車的門窗、桌椅、行李架等的設(shè)計要求和美工工藝、材質(zhì)等，輕型舒適?？蛙嚱o水、采暖、衛(wèi)生和空調(diào)設(shè)備：水箱的容量、數(shù)量、形式和安裝位置;采暖設(shè)施的結(jié)構(gòu)類型;洗臉盆、洗手器、便器形式和布置，給水管路的設(shè)計要求;空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)形式、主要參數(shù)，部件的布置.風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形式和控制系統(tǒng)。輔助電氣設(shè)備：輔助整流裝置、蓄電池、充電機(jī)的型號;照明燈具和其他用電器具的結(jié)構(gòu)形式;其他特殊的電器設(shè)備;如列車播音、電視、顯示器等的設(shè)計要求。第2節(jié)車輛技術(shù)參數(shù)設(shè)計

車輛的技術(shù)參數(shù)是指車輛技術(shù)規(guī)格的某些指標(biāo)，是從總體上表征車輛性能及結(jié)構(gòu)的一些數(shù)字。車輛的主要技術(shù)參數(shù)，一般包括性能參數(shù)和主要尺寸。（一）

性能參數(shù)確定即技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，包括：自重、軸重、定員、舒適性等（二）尺寸參數(shù)確定長度方向尺寸包括車輛定距、轉(zhuǎn)向架固定軸距、車輛全長等；車輛寬度方向的尺寸主要受限界的嚴(yán)格控制；高度方向尺寸包括車鉤高、地板面高、車輛最大高度。方法：類比選擇，計算驗證。（一）

性能參數(shù)確定

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是一種由許多因素影響的綜合性指標(biāo)，因此必須統(tǒng)籌兼顧影響它的各種因素，同時全面考慮運(yùn)輸成本，提高車輛運(yùn)行速度，應(yīng)有適當(dāng)?shù)募夹g(shù)貯備。車輛主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)包括:車輛載重，自重，軸數(shù)/軸重，客車定員，車輛最高試驗速度/最高運(yùn)行速度等。為了能對各種車輛的性能進(jìn)行比較，可采用一些比參數(shù):如車體比容積，每延米軌道載重，客車每一定員所占車輛自重等參數(shù)。貨車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計客車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計CRH動車組的主要技術(shù)特征最高試驗速度：最高試驗速度是指車輛設(shè)計時，按安全及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等條件所允許的車輛最高行駛速度。最高運(yùn)行速度：除滿足上述安全及結(jié)構(gòu)條件外，還必須滿足連續(xù)以該速度運(yùn)行時車輛有足夠良好的運(yùn)行性能。以往常用“構(gòu)造速度”作為參數(shù)，因其概念不夠明確，現(xiàn)多以“最高試驗速度”和“最高運(yùn)行速度”來替代它。1、貨車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計一、合理選定自重系數(shù)自重系數(shù)是運(yùn)送每單位標(biāo)記載重所需的車輛自重。從單純的技術(shù)觀點來看，因為機(jī)車牽引的車輛自重是一種無效重量，并不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，車輛的自重系數(shù)顯然愈小愈好。自重系數(shù)=自重/標(biāo)記載重=自重/定員數(shù)二、合理選定比容系數(shù)比容系數(shù)是標(biāo)記容積與標(biāo)記載重的比值，比容系數(shù)的確定與該貨車裝運(yùn)的貨物有關(guān)。比容系數(shù)=容積/標(biāo)記載重三、盡量達(dá)到每延米軌道載重的允許值：每延米軌道載重:是車輛總重量與車輛全長之比。它是車輛設(shè)計中與橋梁、線路強(qiáng)度密切相關(guān)的一個指標(biāo)。我國規(guī)定線路允許載荷一般不得超過6.6t／m。四、合理確定車輛的軸重、軸數(shù)國際鐵路聯(lián)盟路動車的最大軸重限定為17t(最高運(yùn)行速度為160~300km/h)，拖車的最大軸重限定為16t(最高運(yùn)行速度為160~250km/h)。2、客車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計各型客車的定員不同、舒適性不同和為旅客所提供的方便條件不同，其部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)可能相差很大。我國種客車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)如下：車種25T型客車（普通型）25T型客車（青藏高原型）定員硬座車：118

軟座車：78/72（廣九直通車）/40（行李軟座合造車）

硬臥車：66/60（帶播音間）/40（國際聯(lián)運(yùn)）

軟臥車：36

高級軟臥車：16

餐車：40/16（帶休閑茶座）

行李車：4硬座車：98

硬臥車：60/54（帶播音間）

軟臥車：32

餐車：44

空調(diào)發(fā)電車：18構(gòu)造速度180km/h180km/h最大運(yùn)營速度160km/h160km/h車體長度（不計車鉤）25500mm25500mm車體高度4433mm4433mm車輛寬度3104mm3104mm換長2.42.4自重硬座車：48.5~51.4t

軟座車：46.4t

硬臥車：52.8t

軟臥車(BSP)：47.9t

軟臥車(國產(chǎn)化)：51.3t

餐車(BSP/國產(chǎn)化)：47t/50.5t

行李車：45.7t硬座車：51.9t

硬臥車：54.1t

軟臥車：53.3t

餐車：52.2t

空調(diào)發(fā)電車：85.8t通過最小曲線半徑145m145m3、CRH動車組的主要技術(shù)特征4、城市軌道車輛主要參數(shù)序號項目名稱A型車B型車C型車四軸車四軸車四軸車六軸車八軸車1車輛基本長度（m）221918.922.329.52車輛基本寬度（m）32.82.63車輛高度（m）受流器車(加空調(diào)/無空調(diào))3.8/3.63.8/3.63.7/3.25受電弓車（落弓）3.83.83.7受電弓車（升弓）3.9~5.64車內(nèi)凈高(m)2.10~2.155地板面高(m)1.10.956車輛定距（m）15.712.611~7.27固定軸距（m）2.2~2.52.1~2.21.8~1.98車輪直徑（mm）8407609每側(cè)車門數(shù)（個）54410車門寬度（m）≥1.311車門高度（m）≥1.812定員（人）單司機(jī)室車295230200240315無司機(jī)室車31024521025032513軸重（t）≤16≤14≤1114站立人員標(biāo)準(zhǔn)（定員/超員）（人/m2）6/915最高運(yùn)行速度（km/h）≥80≥7016起動平均加速度(m/s2)≥0.9≥0.8517常用制動減速度(m/s2)1.01.118緊急制動減速度(m/s2)1.21.319噪聲[dB(A)]司機(jī)室內(nèi)≤80≤70客室內(nèi)≤83≤75車外≤80~85≤82（二）尺寸參數(shù)確定長度方向尺寸的確定寬度方向尺寸的確定高度方向尺寸的確定CRH動車組主要尺寸參數(shù)動車組主要尺寸參數(shù)包括車輛定距、轉(zhuǎn)向架固定軸距、車輛最大寬度、最大高度等1.長度方向尺寸的確定長度方向尺寸包括車輛定距、車輛全長等。（1）

車輛定距（2）車體外長（3）車體內(nèi)長（4）車輛全長（1）車輛定距車輛定距的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。車輛定距短一些，車輛總長、質(zhì)量、最小通過曲線半徑就小一些。但車輛定距過短也會帶來一系列問題，如車廂長度不足、列車振動加大、高速運(yùn)行性能惡化等。因此，在選擇車輛定距時應(yīng)綜合考慮對相關(guān)方面的影響?，F(xiàn)有動車組車輛定距一般取18000mm左右。（2）車體外長車輛停在曲線上時，其中部向曲線內(nèi)側(cè)偏移，端部向由線外側(cè)偏移，偏移量的大小與車輛長度、車輛定距、轉(zhuǎn)向架固定軸距以及曲線半徑有關(guān)，可按下列公式進(jìn)行計算:對于有轉(zhuǎn)向架的四軸車端部偏移量中部偏移量式中，L—車體長度;l—車輛定距，S—轉(zhuǎn)向架固定軸距，R一線路曲線半徑。為了更充分合理地利用限界，應(yīng)盡量使車輛中部的偏移量和端部的偏移量相等。由以上兩式得也就是說在設(shè)計車輛時，其車體長度與車輛定距之比等于1.4左右比較合理。圖1有轉(zhuǎn)向架的四軸車偏移量（3）車體內(nèi)長車體內(nèi)長與運(yùn)輸對象有密切關(guān)系。對于客車來說，無論座車、臥車、硬席車、軟席車，其座席及鋪位之間均有必要的間隔距離。因此，客車車體的長度主要由客室長度（等于若干個間隔距離之和）或包房總長所決定，其余的面積則是輔助性的。廁所、通過臺、盥洗室及乘務(wù)員室等輔助面積并不因座席或鋪位數(shù)略有增減而變化。因此，客車發(fā)展的趨勢也是為增多載客量而增長車體。（4）車輛全長

車輛全長與車體外長間的關(guān)系主要與用什么形式的牽引緩沖裝置有關(guān)。對于使用15號車鉤的車輛，其鉤舌內(nèi)側(cè)面距車體外緣為468.5~469.5mm。2.寬度方向尺寸的確定

車輛寬度方向的尺寸主要受限界的嚴(yán)格控制。原則上，在設(shè)計機(jī)車車輛時只要在限界的允許范圍內(nèi)，都應(yīng)想辦法把車體設(shè)計得盡可能寬些。車體最寬處尺寸（2.6m)3.高度方向尺寸的確定（1）車鉤高確定

車鉤連掛后為了安全可靠，列車中各輛車的鉤高應(yīng)基本一致。各國因其歷史原因形成不同的鉤高，我國車輛在新造或修竣時空車狀態(tài)的鉤高標(biāo)準(zhǔn)值為880mm，CRH系列動車組的車鉤高約1000m，這是保證正常傳遞力及動車組運(yùn)行時不會發(fā)生脫鉤事故所必需的。（2）地板面高確定

貨物站臺高度為1.1m，客車通過臺處渡板距軌面高度均為1.3m。通常，動車組車輛地板面應(yīng)與站合高度基本一致，這是為了方便旅客上下車。車鉤緩沖裝置裝在底架中梁前端的牽引梁內(nèi)，同時底架又放置在兩臺轉(zhuǎn)向架上，故車鉤高及轉(zhuǎn)向架空氣彈簧上表面高度也成為控制地板面高度的一個因素。轉(zhuǎn)向架空氣彈簧上表面距軌面的高度并非標(biāo)準(zhǔn)值，它既與輪徑有關(guān)，更與結(jié)構(gòu)有關(guān)。（3）車輛最大高度確定客車內(nèi)部希望有較高的凈空，普通客車車頂最高點至軌頂面距離為3.25m);對高速動車組為減小空氣阻力等原因應(yīng)適當(dāng)降低車頂高度。4.CRH動車組主要尺寸參數(shù)車型CRH380ACRH380ALCRH380BCRH380BLCRH380CLCRH380DCRH380DL最高運(yùn)營速度(km/h)380380380380380380380編組形式81681616816動、拖數(shù)量6M2T14M2T4動4拖8動8拖8動8拖4動4拖8動8拖軸重(t)≤15≤15≤17≤17≤17≤17≤17總定員：4941027490100410044931027一等車定員：951058712912990105二等車定員：373838360791791373840觀光區(qū)定員：12（一等）10810101010VIP車定員：——24無2424無24VIP包間定員：——1241212412餐車定員14383138381636頭車長（m)26.25+0.2526.25+0.2525.525+0.32525.525+0.32526.2+0.32527.45+0.427.45+0.4中間車長（m)24.5+0.524.5+0.524.175+0.6524.175+0.6524.175+0.6525.8+0.825.8+0.8車頭流線型長度（m)12127.787.789.7767.567.56車寬（mm)3380338032573257325733683368車高（mm)3700370038903890389041604160軸距（mm)2500250025002500250027002700新輪直徑（mm)860860920920920920920全磨耗（mm)790790830（動車）

860（拖車）830（動車）

860（拖車）830（動車）

860（拖車）850850單車調(diào)車時通過最小曲線半徑（m)150150150150150150150CRH380型動車組技術(shù)參數(shù)對比第3節(jié)車輛總體布置設(shè)計1、總體布置設(shè)計原則2、車輛的人機(jī)工程設(shè)計3、總布置圖繪制1、總體布置設(shè)計原則重量均：必須保證重量分配均勻，以利于牽引力的充分發(fā)揮。

在設(shè)備布置時要進(jìn)行重量分配計算:根據(jù)各種設(shè)備的位置、輕重、車車體與轉(zhuǎn)向架的支撐情況，按力距平衡原理進(jìn)行計算，計算結(jié)果要保證各轉(zhuǎn)向架載荷前后左右相等，各軸重在規(guī)定的偏差之內(nèi)?？臻g夠：要充分滿足設(shè)備的安裝、拆卸、檢查和檢修的方便。

如司機(jī)室設(shè)備布置要求作業(yè)范圍合適、操縱方便、視線合理，易于觀察各種儀器、儀表和信號燈指示。費(fèi)用省：應(yīng)注意節(jié)約導(dǎo)線、電纜和壓縮空氣、冷卻空氣管路。

合理地布置電器線路的導(dǎo)線、電纜和空氣管路，不僅可以節(jié)約大量材料、降低成本，還可使布置簡捷、集中，便于查找故障，減少空間占用和減少風(fēng)阻。環(huán)境美：安全和舒適

要有必要的隔熱、隔音設(shè)施。各機(jī)器間的設(shè)備要便于檢查、維修和保養(yǎng)，要注意設(shè)備布置的規(guī)律化，便于熟記各設(shè)備的位置，對危及人身安全的電器設(shè)備，要有嚴(yán)格的安全聯(lián)鎖防護(hù)裝置等。要留有必要的工作空間。2、總體布置設(shè)計依據(jù)（1）人體工程（2）人機(jī)工程設(shè)計的范疇（1）總體布置設(shè)計依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供的數(shù)據(jù)是代表從事工業(yè)生產(chǎn)的中國成年人的人體尺寸，其中男子從18歲至60歲，女子從18歲至55歲，均分了三個年齡段。標(biāo)準(zhǔn)中所列數(shù)據(jù)均為不著衣褲鞋襪時測量所得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計平均值；同時人體所取的姿勢，無論立姿或坐姿均為挺胸收腹的端直姿勢。GB10000-88把全國分為六個區(qū)域，每個區(qū)域各有其人體尺寸的統(tǒng)計平均值。故所設(shè)計的結(jié)構(gòu)物若僅在某地域范圍內(nèi)使用，可參考該標(biāo)準(zhǔn)中的詳細(xì)數(shù)據(jù)。人體工程:

GB10000-88中國成年人人體尺寸（2）人機(jī)工程設(shè)計的范疇車輛的人機(jī)工程設(shè)計主要是考慮以下兩個方面：客車室內(nèi)環(huán)境設(shè)計：客車室內(nèi)環(huán)境設(shè)計力求創(chuàng)造一個符合于旅客生理和心理所需的旅行環(huán)境。作業(yè)空間和作業(yè)環(huán)境設(shè)計：各種作業(yè)人員所需的作業(yè)空間和作業(yè)環(huán)境，應(yīng)保證在某些特定姿勢中能否發(fā)揮人的正常體力，以便使有關(guān)作業(yè)能高效而安全地進(jìn)行。3、總體布置設(shè)計內(nèi)容與要求（1）座車主客室設(shè)計（2）廁所、盥洗室的設(shè)計（3）車輛作業(yè)空間設(shè)計的內(nèi)容（1）座車主客室設(shè)計

座車的主客室設(shè)計關(guān)鍵在于座席的安排與布置，而座席的安排和布置又與定員數(shù)和車種有關(guān)。在參考現(xiàn)有車輛客室座椅安排的基礎(chǔ)上，根據(jù)座椅的安排定出客室面積。客室設(shè)計中還應(yīng)充分考慮便于列車乘務(wù)人員清掃客室（客室中不易清掃抹擦的部分是：兩層玻璃窗的內(nèi)側(cè)；座椅下部、座椅與側(cè)墻間的間隙等處）。座席的安排與布置便于清掃客室（2）廁所、盥洗室的設(shè)計廁所和盥洗室設(shè)計中必須考慮以下幾個問題。這兩個小間的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡潔，避免溝槽以便擦抹；應(yīng)充分考慮其空間和面積的利用。設(shè)備、附件必須為良好的耐蝕、防蝕制品，如不銹鋼制品、鋁制品、玻璃鋼等塑料制品，且在結(jié)構(gòu)上還要盡量創(chuàng)造便于清掃的條件。廁所的窗玻璃必須采用毛玻璃，而盥洗室的窗玻璃是否采用毛玻璃則根據(jù)其功能而定。如盥洗室有門且兼更衣室、化妝室的功能，可用毛玻璃，否則用光玻璃。（3）車輛作業(yè)空間設(shè)計的內(nèi)容車輛列檢人員的作業(yè)空間分析連結(jié)調(diào)車人員的作業(yè)空間分析貨車裝卸作業(yè)空間分析4、總布置圖繪制（1）總布置圖的作用及內(nèi)容（2）總布置草圖的繪制要點（3）總布置圖的繪制步驟（4）總布置圖示例（1）總布置圖的作用及內(nèi)容作用：在新車型的開發(fā)、研制的初始階段；首先是繪制總布置草圖，以便將整列車設(shè)想給成具體的總體方案，并校核初步選定的各總成及部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量和性能指標(biāo)等能否滿足列車的要求。內(nèi)容：車輛總圖應(yīng)反映出該車的結(jié)構(gòu)特點、主要尺寸及各大部件之間的位置安排、連結(jié)關(guān)系等。應(yīng)畫出車鉤等選型設(shè)計部件的結(jié)構(gòu)特點及位置安排；反映車體鋼結(jié)構(gòu)等要具體設(shè)計部件的基本組成及截面尺寸；應(yīng)反映車輛內(nèi)部設(shè)備的布置情況。車輛側(cè)視圖和俯視圖是總布置草圖及總布置尺寸控制圖的主要視圖，同時還需要輔以反映車輛外形的前視圖以及必要的橫向和縱向剖面圖與剖視圖。（2）總布置草圖的繪制要點車輛總布置草圖的繪制要點如下:(1)搜集和繪制有關(guān)總成、部件的外形圖。

(2)選擇繪圖的基準(zhǔn)線(面)。通常選擇轉(zhuǎn)向架、輪對、車體中心線、軌面中心和水平線等作為基準(zhǔn)線(面)。

(3)車內(nèi)布置。一般可由客室布置開始，主要是解決乘客與座椅等的空間尺寸布置，涉及人機(jī)工程學(xué).(4)轉(zhuǎn)向架及其他車外設(shè)備布置。一般按照車輛定距與車體進(jìn)行布置裝配。

(5)相關(guān)計算與校核。包括：確定各總成、部件的質(zhì)量和質(zhì)心位置；將各總成、部件的質(zhì)心和質(zhì)量值標(biāo)在總布置草圖上并量出各質(zhì)心離車體質(zhì)心的距離，根據(jù)力矩平衡原理可算出各軸的軸重；繪制有關(guān)零部件的運(yùn)動校核圖對各相對運(yùn)動的零部件進(jìn)行有無運(yùn)動干涉的校核。定輪廓、畫布置、做校驗（3）總布置圖的繪制步驟總圖繪制分為總布置草圖繪制、總布置方案優(yōu)化(各總成及部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量及其軸重分配以及性能指標(biāo)等方面的最佳匹配)與總布置尺寸控制圖繪制(控制各總成、部件的尺寸及車組的安裝尺寸)等步驟。草圖繪制方案優(yōu)化尺寸控制圖繪制（4）總布置圖示例A、總體布置示例-CRH2動車組布置B、頭車布置示例-CRH2頭車布置C、中間車布置示例-CRH2中間車布置A、總體布置示例-CRH2動車組布置B、頭車布置示例-CRH2頭車布置C、中間車布置示例-CRH2中間車布置第4節(jié)車輛總體設(shè)計相關(guān)計算1車輛限界校驗2車輛相關(guān)部件之間間隙的確定車體重量均衡計算4車輛重心位置計算1、限界校驗（1）直線限界校驗（2）車輛幾何曲線通過校驗（1）直線限界校驗

機(jī)車車輛限界是一個和線路中心線垂直的極限橫斷面輪廓。機(jī)車車輛無論空車還是重車；無論是具有最大標(biāo)準(zhǔn)公差的新車，還是具有最大公差和磨耗到限的舊車，當(dāng)停放在水平直線上切無側(cè)向傾斜及偏移時，除電力機(jī)車升起的受電弓外，其他任何部分均應(yīng)容納在線路輪廓之內(nèi)，不得超越。使用方法：所有豎值高度均從軌面算起；所有橫向?qū)挾染鶑闹写咕€向兩側(cè)計算。一輛車在某個橫截面處的總寬雖然不超限，但是只要某側(cè)半寬超限即為超限。（Y坐標(biāo)，Z坐標(biāo)）GB146.1-83標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界A型車車輛限界和設(shè)備限界的確定CRH3型動車組動態(tài)限界設(shè)計技術(shù)研究（2）車輛幾何曲線通過校驗（1）校驗內(nèi)容（2）計算方法校驗內(nèi)容校驗內(nèi)容：將兩轉(zhuǎn)向架皆置于最大外移位置以校驗車體端部是否能通過限界；將兩轉(zhuǎn)向架皆置于最大偏斜位置以校驗車體中部是否能通過限界。計算方法計算方法：先求出車體轉(zhuǎn)心對外軌的偏倚量，然后求出車體縱軸線上指定點對外軌的偏倚量。

若指定點在外軌外側(cè)(例如車體端部)，則（偏倚量+全間隙/2+車體寬度/2）應(yīng)小于一半限界寬度;若指定點在內(nèi)軌內(nèi)側(cè)(例如車體中部)，則（偏倚量-全間隙/2+車體寬度/2）應(yīng)小于一半限界寬度。2.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（1）曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角（2）曲線上兩車端部最小間隙及車鉤的水平擺角（3）變坡點處兩車端部最小間隙及車鉤的垂直擺角（4）S形曲線上車鉤與沖擊座口之間的間隙（5）曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角參數(shù)化校核（1）曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角

轉(zhuǎn)向架在車輛通過曲線時可能形成三種位置，且當(dāng)運(yùn)行速度較低時必然取得最大傾斜位置，車體與轉(zhuǎn)向架之間相對轉(zhuǎn)動的最大夾角就產(chǎn)生在前、后兩臺轉(zhuǎn)向架均處于最大傾斜位置時，如圖所示。當(dāng)不考慮轉(zhuǎn)向架本身的各種游間，即把輪對作為剛性定位考慮時可以使問題簡化。此時車體與轉(zhuǎn)向架之間的夾角γ1及γ2兒兩部分構(gòu)成。γ1是轉(zhuǎn)向架處于最大傾斜位置時，轉(zhuǎn)向架縱向中心線與線路縱向中心線之間的夾角，γ

2是車體縱向中心線與線路縱向中心線之間的夾角。其值可由下式求得，即:式中，e為曲線外軌間總游間;l為固定軸距；S為車輛定距;R為曲線半徑。（2）曲線上兩車端部最小間隙及車鉤的水平擺角為了確保相鄰兩車車通過曲線時端部不會相碰，間隙Δ必須大于相鄰兩個緩沖器的全壓縮行程之和加上鉤題裝置各部分最大縱向磨耗量，且由留有必要的安全裕量。（3）變坡點處兩車端部最小間隙及車鉤的垂直擺角車鉤最大擺角

：

水平

約±

12°；

垂直

約±

3°（4）S形曲線上車鉤與沖擊座口之間的間隙當(dāng)車輛運(yùn)行于具有最小曲線半徑的S形曲線上時，車鉤中心線相對于車體中心線發(fā)生最大位移。為了使車輛順利通過曲線鉤口寬度必須在保證車鉤最大位移的前提下留有一定間隙。（5）曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角參數(shù)化校核3DCAD校核-Solidworks3.車體重量均衡計算（1）重量均衡計算原因（2）重量均衡計算方法（3）3DCAD重量均衡布置（4）車輛配重（1）重量均衡計算原因車體偏重會引起轉(zhuǎn)向架彈簧受力不均，車體發(fā)生傾斜，車輛動力性能變壞，因此設(shè)計車輛時，特別是設(shè)計客車時，一定要注意車輛前后和左右的重量均衡.車輛偏重主要是由車內(nèi)設(shè)備(采暖鍋護(hù)、臥鋪、間壁車內(nèi)水箱等)和車下懸掛設(shè)備的分布不均引起的。在車輛總體設(shè)計時，要對車輛重且大的設(shè)備進(jìn)行合理布置，并作重量均衡的概略計算。（2）重量均衡計算方法計算的方法是：以車體平面內(nèi)縱、橫兩個中心線作為參考軸(x和y軸),把引起重量不均衡的那些部件、內(nèi)部設(shè)備和懸掛物的重量對參考軸取矩，看是否能得到近似的平衡，即合力矩是否接近零。示例（3）3DCAD重量均衡布置重心位置優(yōu)化（4）車輛配重作重量均衡的概略計算，若不平衡，則應(yīng)對一些設(shè)備的位置作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以達(dá)到接近平衡。在進(jìn)行位置調(diào)整時，應(yīng)注意盡量縮短氣、水管路和電氣導(dǎo)線助長度，且要防止車下設(shè)備和轉(zhuǎn)向架發(fā)生相碰。對于一些重量不易作到均衡的車輛(如餐車)，車體四個方位的彈簧裝置可以采用不同的自由高度或進(jìn)行配重，以保持車體的水平狀態(tài).所謂車輛配重是在車輛的水平投影面上安排其重心位置的問題。調(diào)整車輛設(shè)備安放的位置，使車輛簧上部分的重心落在水平投影面的縱、橫中心軸線相交點的附近。（5）車輛抗傾覆穩(wěn)定性校驗4.車輛重心高度計算（1）重心位置計算原因（2）重心位置計算方法（3）3DCAD重心位置確定（4）抗傾覆穩(wěn)定性校驗（1）重心高度計算原因車輛垂直靜載荷、垂直動載荷、離心慣性力和制動慣性力的合力等均作用在車輛重心上，車輛的重心高度也直接影響其運(yùn)行平穩(wěn)性和穩(wěn)定性，因此確定車輛重心位置是必要的。

（2）重心高度計算方法對于一般車輛，其結(jié)構(gòu)是對稱的，載重也認(rèn)為是對稱的，故車輛重心是處在車體縱、橫二垂直對稱面的交線上，因此確定重心位置，只需計算其距軌面的垂直高度，即確定車輛的重心高。重心高的計算公式如下(參著圖).式中，h為車輛重心距軌面的高度，m；hi為車輛各部件重心距軌面的高度，m；h0i為乘客重心距軌面的高度，m；Ti為車輛各部件的重量，t；Wi為乘客自重，t；T為車輛自重，t；W為乘客總重，t。（3）3DCAD重心高度確定（4）車體抗傾覆穩(wěn)定性校驗車體抗傾覆的穩(wěn)定性條件為：式中，b2為中央彈簧橫向間距的一半；f2為中央彈簧的靜撓度；h1為車體中心到中央彈簧上支撐面的距離。降低重心或增大中簧跨距第5節(jié)轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計1.概述2.轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式選擇3.轉(zhuǎn)向架主要參數(shù)確定4.國內(nèi)外轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)概述轉(zhuǎn)向架設(shè)計的依據(jù)仍然是上級下達(dá)的設(shè)計任務(wù)書，或本部門提出的設(shè)計建議書經(jīng)上級批準(zhǔn)后作為任務(wù)書下達(dá)。設(shè)計步驟分為方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計與施工設(shè)計三個階段。轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計工作的重點在于根據(jù)該轉(zhuǎn)向架預(yù)期達(dá)到的功能及技術(shù)要求，在綜合考慮繼承性與先進(jìn)性的基礎(chǔ)上提出切實可行的結(jié)構(gòu)方案。（1）轉(zhuǎn)向架設(shè)計的具體要求（2）轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計的內(nèi)容（1）轉(zhuǎn)向架設(shè)計的具體要求

1.應(yīng)具有一定裕度的運(yùn)行安全性

轉(zhuǎn)向架在列車運(yùn)行速度范圍內(nèi)應(yīng)具有適當(dāng)裕度的抗脫軌、抗傾覆安全性和抗蛇行運(yùn)動的穩(wěn)定性。

2.應(yīng)具有符合速度要求的運(yùn)行平穩(wěn)性

在轉(zhuǎn)向架設(shè)計中，要注意避免垂向、橫向和縱向振動在運(yùn)行的速度范圍內(nèi)發(fā)生共振。其平穩(wěn)性指標(biāo)應(yīng)符合要求。

3.零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和合適的剛度

在力求減輕自重的前提下，要符合“車輛強(qiáng)度設(shè)計規(guī)范”的強(qiáng)度要求并有合適的剛度。

4.具有承載和傳遞牽引力與制動力的能力

轉(zhuǎn)向架主要零部件應(yīng)能保證車體的載荷盡可能均勻地通過各個輪對傳給鋼軌，并能無間隙、無沖擊地傳遞牽引力與制動力。另外，對運(yùn)行中來自線路的垂向、橫向和縱向的于擾位移和沖擊，在向車體傳遞時，能起緩和、減震和抑制作用。

5.輪軌磨耗量少并具有通過曲線的導(dǎo)向能力

設(shè)計轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)和車輪踏面外形應(yīng)注意盡量減小輪軌間的接觸應(yīng)力和側(cè)向力，以減少輪踏面和輪緣的磨耗，使其對線路的破壞作用最小。轉(zhuǎn)向架固定軸距在滿足運(yùn)行穩(wěn)定性的前提下應(yīng)盡可能小，以便轉(zhuǎn)向架能靈活地通過規(guī)定的最小曲線半徑。

6.盡可能小的簧下質(zhì)量

轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)中未被彈簧緩和的簧下質(zhì)量，在車輛通過線路的凸起或凹陷部分時，將產(chǎn)生很大的輪軌沖擊力。因此，應(yīng)盡量減少簧下質(zhì)量，以減小輪軌間的動態(tài)作用力。

7.能在規(guī)定的制動距離內(nèi)安全停車

考慮列車最高運(yùn)行速度、信號裝備情況、線路狀態(tài)等，所設(shè)計的轉(zhuǎn)向架制動裝置應(yīng)具有足夠的制動能力，保證列車能在規(guī)定距離內(nèi)安全停車、

8.具有減少噪聲、吸收高頻振動的能力

轉(zhuǎn)向架零部件之間和具有相對位移的地方，要盡可能采用無間隙結(jié)構(gòu)或用像膠元件填充，以減少噪聲的發(fā)生和傳遞。橡膠元件還能吸收高頻振動，起減震作用。（2）轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計的內(nèi)容選定轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式

通過使用條件及功能分析能初步確定結(jié)構(gòu)形式，如輪徑、軸型、轉(zhuǎn)向架與車體底架的接口形式、與制動裝置的接口形式等。初步確定轉(zhuǎn)向架技術(shù)參數(shù)

通過類比選定懸掛裝置的性能參數(shù)，然后進(jìn)行運(yùn)行性能的分析對比計算。2.轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式選擇（1）

轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式選擇（2）

轉(zhuǎn)向架各零部件選型與設(shè)計（3）轉(zhuǎn)向架零部件的安全可靠性分析（1）

轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式選擇結(jié)構(gòu)形式特點：隨著世界鐵路高速化的不斷發(fā)展和完善，高速轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式逐步趨向于類同，它們的主要特點表現(xiàn)為無搖枕結(jié)構(gòu)、采用空氣彈簧懸掛裝置、有回轉(zhuǎn)阻尼、加裝彈性定位等。圖4-4顯示了這些結(jié)構(gòu)形式特征。（2）

轉(zhuǎn)向架各零部件選型與設(shè)計

在選擇轉(zhuǎn)向架零、部件時，要注意所選擇的零、部件必須安全可靠，性能穩(wěn)定，成本低廉，來源充足。1.彈簧:選定彈簧類型的同時要確定靜撓度值及靜撓度在兩系彈簧中的分配。2.輪對：盡量使用空心車軸、輕型車輪（小直徑、薄輻板8mm）、優(yōu)化踏面外形、注意輪對加工和組裝的精度以提高其動平衡性。3.軸承:客貨車轉(zhuǎn)向架已全部滾動軸承化。4.構(gòu)架:其結(jié)構(gòu)形式的選擇與結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計、相關(guān)部件(彈簧懸掛裝置、軸箱定位裝置、輪對及基礎(chǔ)制動裝置等)的結(jié)構(gòu)形式及其對安裝、檢修空間的需要、構(gòu)架的強(qiáng)度、剛度條件和采用的工藝方式等來確定。動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要采用H型。在制造工藝上主要采用鋼板、鑄件焊接組合而成，也有采用鑄鋼一體鑄造形式。我國批量生產(chǎn)的客、貨車轉(zhuǎn)向架中這些大件幾乎均采用鑄鋼件；但生產(chǎn)數(shù)量較少時，構(gòu)架和搖枕亦可采用焊接結(jié)構(gòu)。5.一系懸掛定位方式：一系軸箱懸掛定位剛度是轉(zhuǎn)向架臨界速度最敏感的參數(shù)，不同的定位方式?jīng)Q定了其參數(shù)確定的方式。其發(fā)展方向是實現(xiàn)多功能一體化結(jié)構(gòu)，在各個方向都起作用，并在各向都能提供準(zhǔn)確的阻尼，達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、無磨耗、低維修的效果。（3）轉(zhuǎn)向架零部件的安全可靠性分析因零、部件在運(yùn)用中突然失效而導(dǎo)致重大行車事故或惡性事故的事例中，以轉(zhuǎn)向架零、部件失效所占的比例最大。目前在列檢及修理中重點抓“三裂、二切、一脫落”的預(yù)防工作?！叭选敝傅氖堑准苤辛骸?gòu)架或側(cè)架及搖枕因裂紋引起的斷裂；“二切”均指切軸，包括冷切與熱切；“一脫落”指的是轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動裝置中一些零部件（如制動梁等）的脫落。在設(shè)計中一般需要注意以下事項。重要的零、部件及受力件必須要有較大的安全系數(shù)及明確的使用壽命。通過改變結(jié)構(gòu)或材質(zhì)，使容易磨耗的部位成為無磨耗的活動關(guān)節(jié)（如橡膠關(guān)節(jié)）或耐磨、少磨結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)要便于檢查，便于更換易損零件。在考慮改善轉(zhuǎn)向架動力性能時，應(yīng)注意不要使不安全的因素增大。3.轉(zhuǎn)向架主要參數(shù)確定（1）主要性能參數(shù)確定（2）總體尺寸參數(shù)安排（3）主要參數(shù)初步驗證方法：類比選擇，計算驗證。（1）主要性能參數(shù)確定一、二系懸掛參數(shù)確定，包括：彈簧裝置的形式及其剛度（靜撓度）定位裝置的形式及剛度減振器的阻尼形式及阻尼系數(shù)（2）總體尺寸參數(shù)安排

轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計時在垂向、橫向及縱向均有一些控制尺寸必須注意。

帶心盤的轉(zhuǎn)向架其心盤面距軌面的高度，還有旁承與心盤面的高度差都是需要控制的尺寸。心盤距軌面高度（落車后880mm）客車：車體自重下的高度；貨車：為自由狀態(tài)下的高度。在橫向軸頸中心距和旁承中心距是控制尺寸。此外，轉(zhuǎn)向架橫向最外端零件的尺寸必須容納在限界之內(nèi)，特別是橫向最外端的下部零件，可能正處在限界附近，必須考慮最大可能磨耗后，轉(zhuǎn)向架兩側(cè)下部不會超出限界。

在縱向轉(zhuǎn)向架的固定軸距是一個技術(shù)參數(shù)。動車組轉(zhuǎn)向架固定軸距應(yīng)是高速運(yùn)行穩(wěn)定性與曲線通過性能的折中。（2500mm~3000mm）（3）主要參數(shù)初步驗證彈性定位輪對的臨界速度一系懸掛車輛彈簧靜撓度和垂向減振器的阻尼系數(shù)校驗軸箱定位剛度校驗4.國內(nèi)外轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)

（1）

我國客車轉(zhuǎn)向架的技術(shù)參數(shù)（2）

國外典型高速轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)（3）

國內(nèi)典型高速轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)型別項目SW-200CW-200CW-200GPW