员工姓名：刘晋炜

班生姓级：车辆2020-02班

指导教师：黄运华

毕设题目：城轨列车铰接式非动力转向架方案设计

一、概况

1.选题意义

随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，尤其是工业化进程的加速，各大中型城市的人口不断增加，导致城市交通日益拥挤。传统的地面公路已经无法满足日益增长的交通需求。越来越多的汽车尾气也对城市环境造成了巨大危害。因此，研发和制造适合我国国情、技术水平高、整车性能好、经济实用的轨道交通车辆成为我国轨道交通发展的关键问题。

铰接式转向架因其特殊结构具有许多优点，例如运行噪声低、曲线通过性能好、运行稳定性和平稳性好，以及较小的运行阻力。铰接式转向架技术在城市轨道交通领域已成熟可靠，并展现了广阔的应用前景和生命力。

2.任务分解

(1)城市轨道铰接式非动力转向架选型设计

(2)绘制转向架总体方案A0图和构架A0图

(3)分析构架静强度

(4)翻译一篇外文文献和撰写说明书

二、已完成工作

1.完成城市轨道铰接式非动力转向架选型设计

（1）轮对设计

本设计的列车为6轴铰接车辆转向架，两端为动力转向架，中间为非动力铰接转向架，则轴式为“B-2-B”。车轴型式为RD_3A，车轴采用优质碳素钢50钢，专门的钢胚加热锻压成型，经过热处理和机械加工制成。

车轮踏面类型为LM磨耗型踏面，车轮直径为，车轮辐板为S形辐板，车轮材料为R8T。

图1 轮对模型图

（2）轴箱定位装置设计

通过分析拉板式轴箱定位、导框式轴箱定位、转臂式轴箱定位、橡胶轴箱定位方式的优缺点后，选择分体式轴箱转臂式定位，设有一系钢弹簧和垂向油压减振器来缓和线路冲动，提升运行平稳性。

对一系钢弹簧进行参数设计，一系悬挂刚度，AW0工况挠度,AW3工况挠度，双卷弹簧参数为，，，,，。

图2 轴箱定位装置模型图

（3）基础制动装置

本设计综合考虑制动要求、盘形制动优点和非动力转向架部件相对位置选择使用轴盘制动。轴毂过盈配合安装在轴上，盘体和盘毂之间通过螺栓连接，可拆卸，在盘体经过磨损后，能够更换轴盘。盘体材料为灰铸铁，盘毂材料为合金钢，盘体外径640mm。

制动夹钳采用三点吊挂式的方式和基础制动装置安装座连接，杠杆转动通过销实现，制动缸为带间隙自动调整装置的单元式制动缸 。

（4）二系悬挂装置设计

考虑城市轨道车辆载荷随乘客变化而经常变化和使用转盘式铰接装置的因素，采用自由膜式空气弹簧结构，摇枕为箱型结构，作为空气弹簧附加气室。

根据株洲时代新材已生产的空气弹簧主要参数，选择适用于城市轨道车辆的有效直径为505mm的空气弹簧，空气弹簧横向跨距为2000mm，最大外径为725mm，工作高度为300mm，垂向行程为-70mm，横向行程为±120mm，压力为0.5MPa。

图4 空气弹簧模型图

（5）构架设计

构架设计为H形钢板焊接结构，由侧梁和横梁组成。侧梁采用中间下凹的鱼腹形U形梁，箱型结构由4块钢板焊接而成，横梁同样采用箱型结构。根据转向架不同结构相对位置，各部件安装座焊接在构架的侧梁和横梁上。有一系垂向减振器安装座，二系垂向、横向减振器安装座，牵引拉杆座，空气弹簧安装座，横向止挡座和基础制动装置安装座。

转向架构架材料一般采用SMA490BW型耐候钢，材料的屈服强度355MPa。

根据以前的城市轨道列车转向架和铰接式非动力转向架的构架设计经验，设计侧梁上下盖板厚度为14mm，中心处上下盖板距离为300mm，端部上下盖板距离为200mm，腹板厚度为10mm，左右腹板距离为180mm；横梁上下盖板厚度为14mm，上下盖板距离为200mm，腹板厚度为10mm，左右腹板距离为180mm。

设计时对侧梁强度进行估算，将U形侧梁简化为简支梁后进行受力分析，最大挠度出现在中间断面处。经计算得

符合最大挠度承受程度要求，说明设计初步合理。

图5 构架模型图

（6）牵引铰接装置

城市道路受地形限制，曲线半径较小，在通过曲线时的相对转角较大，橡胶无法满足大的扭转变形。因此，采用更为灵活的转盘轴承式，其中摇枕的作用是向转向架传递垂向力、横向力和支撑转向装置，转盘式转向装置的作用是铰接两端车体并使车体与车体之间能够转动。

牵引装置采用“Z”字形双牵引拉杆，将两个牵引拉杆设置在转向架两侧梁外侧。

转盘式铰接装置的铰接转向功能主要由转盘轴承实现，转盘轴承分为外圈、中圈和内圈，其中中圈固定，和摇枕固接，外圈和内圈轴承可与中圈转动。此外外圈和内圈分别通过各自的连接臂连接两节车体。内圈连接臂和内圈轴承之间通过橡胶堆连接，可以允许一定程度扭转。

图6 牵引铰接装置模型图

（7）其他

抗侧滚扭杆，二系垂向、横向减振器，横向止挡等装置在转向架的空余位置进行设计和放置。

（8）转向架主要技术参数

2.初步完成绘制转向架总体方案A0图和构架A0图

图8 转向架总体方案A0图

图9 构架A0图

3.初步完成产品设计说明书第一章绪论和第二章选型设计撰写

图10 设计说明书截图

4.完成外文翻译

图11 外文翻译截图

三、下一步工作计划

1.完成图纸绘制，在SolidWorks中初步完成转向架总体方案图A0和构架A0图绘制，再用Cad进行标准化修改。

2.建立有限元离散模型，划分网格。

3.根据轨道车辆构架常用标准TB/T 3549.1-2019，确定构架的载荷及计算工况。

4.强度计算：使用ANSYS建立详细的有限元模型，进行静强度分析。

5.产品设计说明书撰写、修改、打印和装订。

6.准备结题相关事项，如准备结题答辩、论文精修等。

问题一：软件的学习情况怎么样？

回答：目前在网上找教学视频学习中，同时用以前综合实训用过的模型进行训练，对ansys的仿真有一定熟练度。

问题二：载荷约束和综合实训中模型一样吗？

回答：载荷约束我准备通过标准TB/T 3549.1-2019，确定构架的载荷及计算工况。

问题三：你的设计中空气弹簧的垂向刚度是多少？

回答：老师，我在设计中只对空气弹簧的尺寸进行了设计，而空气弹簧的垂向刚度没有进行计算，但已知尺寸可以通过自由膜式空气弹簧刚度计算公式进行计算。

1.深入理解转向架组成和原理相关知识：通过设计城轨铰接式非动力转向架方案，我对转向架的几个基本组成结构有了更深的了解，如不同轴箱定位装置的优缺有何不同，一系钢弹簧的参数计算，转向架构架的尺寸确定等内容。将以前从专业课书本上学习的知识，经过深入了解后用到实处。

2.更加熟练掌握机械设计技能：在设计过程中，不断运用机械设计的知识和技能，包括SolidWorks建模、CAD绘图、结构分析、材料选择等方面。通过实际设计，将课堂学习的知识应用到实际工程中。

3.提高查阅文献资料的能力：在设计过程中，需要去查找已有相关设计论文文献和标准，作为选型设计的依据。

4.团队合作和沟通：与其他同学或者导师交流指导才能完成这个项目，学会如何有效地与团队成员合作、分配任务、沟通交流，这对未来职业生涯中的团队工作能力非常重要。

5.提升解决实际问题的能力：面对设计中的挑战，解决实际问题的能力会得到锻炼和提升。在完成这个项目的过程中，遇到一些尚未解决的问题或者需要改进的空间，促使我培养学术研究的意识，激发创新思维，不断尝试提出新的方案和解决方法。

6.自我管理和时间管理：完成毕业设计需要长期的计划和持续的努力，这将帮助我提高自我管理和时间管理的能力，培养坚持不懈的品质。