学生姓名：陈馨恬
班级班级：车辆2020-06班
指导教师：付茂海
毕设题目：时速250公里动力集中型动车组非动力转向架设计及动力学性能计算
一、概况
1.选题意义
列车的快速发展，一直发展到如今较为先进的高速动车组、磁悬浮列车等，从慢到快一直不能忽视的就是安全性、舒适型和可靠性，首当其冲的是安全性，它是保障列车能够运营的基本条件。高速铁路涉及的学科非常广泛，动车组是其关键之一，占据了非常重要的地位，对于动车组的各个部件而言，转向架直接决定了列车的安全性、舒适性、可靠性。所以研究转向架是高速列车发展的关键所在。
转向架是轨道车辆的走行装置，具有承载、减振、导向、牵引和制动等重要功能，是车辆最为核心和关键的组成部分，转向架决定了车辆运营速度和运行品质。在实际运行中，转向架受力状态复杂多变，服役环境极其恶劣，导致车辆出现各种故障。因此针对不同运行条件下的动车组需要具有不同结构特征的转向架来达到动力学性能的要求。
随着高速动车组列车技术的不断发展，对高速动车组列车的安全性、舒适性、经济性的要求越来越高，采用新技术和新结构，开展对时速250公里动力集中型动车组非动力转向架的研究具有重要的现实意义。本课题旨在通过毕业设计的训练，培养轨道车辆转向架方面的研发能力，在设计中扩展所学专业知识，在实践中了解和掌握轨道车辆转向架的设计方法、步骤及手段，培养轨道车辆转向架方面的设计能力，并为研究和开发具有自主知识产权的高速动车组非动力转向架提供一定的借鉴。
2.任务分解
（1）课题相关资料搜集（不少于50篇，其中三分之一以上是外文）、文献研究；
（2）外文文献翻译（不少于10000个字符）；
（3）毕业实习与现场调研；
（4）高速列车及高速动车组转向架的资料研究；相关技术标准的分析；
（5）对转向架主要部件结构的设计和参数的确定进行研究，包括轮对、构架、轴箱、基础制动装置、一系悬挂装置和二系悬挂装置，最终确定一种适用于时速250公里动力集中型动车组非动力转向架总体方案；
（6）建立非动力转向架的三维模型；
（7）建立配有该非动力转向架的车辆动力学性能分许模型，利用Simpack软件对车辆的轮轴横向力、车辆运行平稳性、曲线通过性能等动力学性能进行分析；
（8）绘制转向架总图、中央悬挂装置组成图与构架工程图，合并不少于2张A0图纸的工作量；
（9）完成毕业设计说明书的写作；
（10）参与毕业设计答辩；
二、已完成工作
1.已完成课题相关资料搜集，阅读国内外相关文献，完成一篇10000字符以上外文文献翻译。
图1-1 外文文献翻译
2.完成毕业设计说明书第一章绪论的撰写。
3.按照毕业设计题目要求完成转向架总体方案设计
本题目设计的转向架为动力集中型动车组非动力转向架，需满足的最高运行速度为250km/h，为了降低簧下质量、减小轮轨间作用力，设计一种轴箱内置的非动力转向架。该转向架总体方案具体如下:
（1）采用直辐板车轮加装轮装制动盘、空心车轴、轴装制动盘组成轮对装置。
（2）一系悬挂装置包括单卷螺旋钢弹簧和垂向液压减振器，采用转臂轴箱定位，内装有双列圆锥滚子轴承。
（3）二系悬挂装置包括空气弹簧、横向止挡、横向液压减振器、抗蛇行液压减振器、抗侧滚扭杆装置。
（4）构架采用焊接构架，由左右箱型侧梁和无缝钢管横梁焊接而成，构架上还焊有与一系悬挂装置、二系悬挂装置、制动装置及牵引装置连接的安装座。
（5）制动装置由四组轮盘制动装置和两组轴盘制动装置组成。
（6）牵引装置采用“Z”字形双牵引拉杆组成。
转向架总体方案设计图如下：
图3-1 转向架总体方案设计图 图3-2 转向架总体方案设计图（主视图）
图3-3 转向架总体方案设计图（左视图） 图3-4 转向架总体方案设计图（俯视图）
4.完成转向架主要部件设计
所设计的转向架主要部件包括轮对装置、轴箱、一系悬挂装置、二系悬挂装置、构架、基础制动装置及中心牵引装置等，各部分结构设计及选型如下。
（1）轮对装置
轮对装置包括车轮、车轴、轴盘和轮盘等部件。
图4-1 轮对
车轮材料采用整体碾钢材料，选用LMA踏面，由于采用轮盘制动，选择直辐板车轮。车轴采用EA4T材料，空心车轴便于减轻重量和探伤。
图4-2 车轮 图4-3 车轴
轴盘选用直径640mm锻钢盘放置在车轴正中，安装盘毂和压紧圈通过螺栓固定支撑盘，安装时与车轴过盈配合压紧，孔径为198mm。轮盘选用直径780mm铸钢盘，孔径380mm，铸有散热筋便于制动工况散热，通过螺栓将两个轮盘固定在一个车轮上。
图4-4 轴装制动盘 图4-5 轮装制动盘
（2）轴箱和一系悬挂装置
轴箱采用两体式转臂定位轴箱，在轴承端分体；采用型号为352032的圆锥滚子轴承，内径160mm、外径270mm、宽度150mm。轴箱与构架通过转臂橡胶关节连接。
图4-6 转臂定位轴箱
一系悬挂包括垂向液压减振器、一系悬挂弹簧、橡胶弹簧等。垂向液压减振器选用柯尼96号液压减振器，一系悬挂弹簧采用单卷钢弹簧，材料为60Si2CrVAT。
图4-7 一系垂向液压减振器 图4-8 单卷螺旋钢弹簧 图4-9 橡胶弹簧
（3）构架
本构架采用H型整体焊接构架，由两个凹型箱型侧梁和两根无缝钢管横梁组成。
图4-10 构架
（4）二系悬挂装置
该转向架的二系悬挂装置由空气弹簧、横向液压减振器、抗蛇行液压减振器、抗侧滚扭杆以及横向止挡组成。
图4-11 二系悬挂装置
（5）基础制动装置
基础制动单元由制动缸、制动安装座、中间吊座、制动装置杠杆以及制动闸片组成。
图4-13 轮盘基础制动单元 图4-14 轴盘基础制动单元
（6）中央牵引装置
中央牵引装置主要由牵引梁、牵引拉杆、牵引拉杆橡胶节点、中心销套等部件构成。
5.依据转向架三维模型，使用SolidWorks工程图功能，开始绘制转向架总图、构架工程图以及中央牵引装置工程图。
6.学习并熟悉Simpack仿真软件的使用方式，建立合适的轮轨关系并确定车辆各实体的自由度，方便进行后续动力学性能分析。
三、下一步工作计划
1. 完善论文第二章转向架总体方案设计、第三章转向架关键部件设计的撰写。
2. 进行动力学性能分析，建立转向架的动力学性能分析模型，并依照GB/T5599-2019规定对转向架动力学性能进行分析。
3. 完善三维模型以及工程图，按照毕业要求规范绘制图纸。
4. 整理动力学模型建立过程、各线路模拟试验分析结果，完成第四章车辆动力学性能分析模型建立、第五章车辆动力学性能分析的撰写。
5. 汇总毕业设计所有资料、参考文献，完善修改论文的绪论及总结部分，完整毕业设计说明书。
6. 准备毕业设计答辩，完成毕业设计全部工作内容。
问题一：为什么要采用内轴箱设计？
回答：为了适应轨道交通的特点，轨道车辆应该尽可能降低转向架的簧下质量，以改善轮轨间的动作用力，提高运行平稳性，提高运行品质。轴箱内置的转向架具有降低簧下质量、减小轮轨间作用力的特点，所以设计一种轴箱内置的非动力转向架。
问题二：下一步动力学性能计算需要计算哪些？
回答：在不同工况下对转向架进行动力学性能分析，包括直线工况、大半径曲线工况、小半径曲线工况、道岔工况。依照GB/T5599-2019规定对稳定性（蛇行运动稳定性、脱轨系数、轮重减载率、车轴横向力、构架横向加速度等）、运行品质（横向加速度、垂向加速度）、运行平稳性分别进行分析，以保证该转向架设计的参数符合要求。
随着毕业设计的深入进行，我更加深刻地体会到了转向架设计及动力学性能计算的复杂性和挑战性。转向架作为铁路车辆的重要组成部分，其设计的优劣直接关系到车辆的运行稳定性、安全性以及乘坐舒适性。
在初期阶段，我深入研究了转向架的基本结构和功能，理解了其在整个车辆中的作用。通过对相关文献的查阅和资料的整理，我对转向架的设计理论有了更加系统的认识。在这一过程中，我逐渐掌握了转向架设计的基本原则和方法，为后续的设计工作打下了坚实的基础。
在毕业设计过程中，我遇到了许多技术难题。例如，如何在保证转向架结构强度的同时减轻其重量，如何优化转向架的动力学性能以提高车辆的稳定性等。这些问题都需要我运用所学的理论知识和实践经验进行深入的分析和探讨。通过与导师和同学的多次讨论，我逐渐找到了解决这些问题的方法和思路。
此外，我还学会了如何运用专业的设计软件进行转向架的三维建模及动力学性能计算。通过不断的尝试和修正，我逐渐掌握了这些软件的使用方法，并能够根据设计需求进行灵活的应用。这些技能对于我未来的工作和学习都具有重要的意义。
展望未来，我将继续深化对转向架设计的研究，努力提高自己的设计水平和实践能力。同时，我也希望能够将所学的知识和技能应用到实际工作中，为铁路车辆的设计和制造做出更大的贡献。
感谢付茂海导师和同学们在整个毕业设计过程中的指导和帮助，让我能够顺利完成中期任务并取得丰硕的成果。我将继续努力，不负众望，为自己的未来和铁路车辆设计事业的发展贡献自己的力量。
