【文章內(nèi)容簡介】 計的轉(zhuǎn)向架模型如果要達到需要的效果這就要求我們必須做到高度的可靠性，從轉(zhuǎn)向架各個零部件的過程中都應(yīng)該做到高度專注和嚴格要求。 從能源節(jié)省和工藝上面來說，我們必須使設(shè)計的產(chǎn)品做到自重較輕，這樣可以節(jié)省很大量的能源。從工藝上來說，越簡單越好，設(shè)計越簡單，我們就越好修理。 從零部件的檢修來說，我們應(yīng)該讓自己設(shè)計的產(chǎn)品具有良好的靠近性，這樣 不僅方便我們的安裝，更是方便日后的檢修。 當然為了使我們的產(chǎn)品具有更好的易換性，就是說有些部件損壞后直接購買標準化的產(chǎn)品安裝就可以直接使用。這就要求我們在設(shè)計時盡量保證結(jié)構(gòu) 和材質(zhì)標準化和統(tǒng)一化。 第三章 總體設(shè)計方案 設(shè)計思路 在自己對轉(zhuǎn)向架的有關(guān)資料進行閱讀，大量了解轉(zhuǎn)向架的設(shè)計任務(wù)，以及轉(zhuǎn)向架的組成和他每個部分的作用之后，我產(chǎn)生自己簡單的設(shè)計思路，如下： 到東坡軌道車輛實驗室查看轉(zhuǎn)向架模型，初步確定自己的設(shè)計框架和步驟。翻看相關(guān)書籍和論文，找到相關(guān)參數(shù)。 通過 SolidWorks 建立自己的 1:5 比例的構(gòu)架模型。 設(shè)計按照尺寸設(shè)計 強度設(shè)計 工藝設(shè)計的思路進行。 通過翻閱書籍和找老師咨詢了解后 ，在東坡實驗室 2 型車的基礎(chǔ)上開始自己的設(shè)計，首先設(shè)計構(gòu)架。 構(gòu)架設(shè)計完成后，開始輪對軸箱的設(shè)計，軸向采用轉(zhuǎn)臂式定位。 在 SolidWorks 里面完成轉(zhuǎn)向架的裝配。并輸出各個零部件的簡單工程圖，再用 AutoCAD 嚴格按照國標做出工程圖。 對構(gòu)架及車軸進行受力分析，看是否符合強度設(shè)計要求。 第四章 構(gòu)架的設(shè)計 構(gòu)架的設(shè)計方針 翻閱書籍得到構(gòu)架的參數(shù)，確定構(gòu)架的尺寸。 有相關(guān)書籍及實際轉(zhuǎn)向架應(yīng)用可知，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是由兩個側(cè)梁和兩個橫梁組成的 H 行的結(jié)構(gòu)。為了穩(wěn)定構(gòu)架的形狀，是構(gòu)架結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，牢靠，在兩個橫梁的中間設(shè)置兩個縱向連接梁，這就得到構(gòu)架的幾何形狀。 在前面我們已經(jīng)確定本次設(shè)計軸箱與輪對構(gòu)架之間采用的是轉(zhuǎn)臂式定位。因此，構(gòu)架上面必須要設(shè)置和它呼應(yīng)的結(jié)構(gòu)。這樣還可以達到縮短構(gòu)架長度的目的，同時也減輕了自重，可謂一舉兩得。 構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架不可或缺的組成部分，所以它的設(shè)計必須要滿足剛度強度要求。 由于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是焊接件，所以為了滿足焊接強度要求，焊接完成后需進行對或處理。 構(gòu)架的組成 構(gòu)架的本身結(jié)構(gòu)比較簡單，就是有兩個側(cè)梁加兩個橫梁組合而成。但是由于構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的骨架，所以，為了實現(xiàn)更多的 功能，構(gòu)架上往往有很多的焊接件以及穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的縱向連接梁。 構(gòu)架 結(jié)構(gòu) 如圖 41。 圖 41 構(gòu)架 結(jié)構(gòu) 圖 側(cè)梁 橫梁 縱向連接梁 空氣彈簧支撐梁 正如前文所說，構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，所以構(gòu)架必須具備足夠大的強度以支撐車體上絕大部分的重力。因此，我們在設(shè)計構(gòu)架的時候，想方設(shè)法的就是要提高構(gòu)架的強度和剛度，提高強度和高度的辦法除了從材料上面著手，我們還可以從結(jié)構(gòu)上面下功夫。 側(cè)梁是構(gòu)架的主要承載部件，因此我們需要提高側(cè)梁的剛度。我們通過在側(cè)梁內(nèi)部設(shè)置加強筋板來達到這個目的。 通過圖 41我們可以看出這次設(shè)計的構(gòu)架結(jié)構(gòu)及組成，這里做簡述。兩側(cè)梁與兩橫梁組成基本結(jié)構(gòu)。兩橫梁之間設(shè)置兩縱向連接梁，用來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和設(shè)置增壓缸及橫向減震器、橫向止擋安裝座。在側(cè)梁的外部設(shè)置空氣彈簧支撐梁用來安裝空氣彈簧，它與橫梁相連組成附加空氣室，再和空氣彈簧一并組成二系懸掛。在橫梁上，兩縱向連接梁和側(cè)梁之間設(shè)置有四個一樣的輪盤制動吊座，用來安裝輪盤制動裝置。 無論我們設(shè)計任何東西都是有設(shè)計使用壽命的，而我們本次設(shè)計的構(gòu)架應(yīng)該和轉(zhuǎn)向架的設(shè)計壽命一致為 20 年。因此，只要在滿足強度剛度設(shè)計要求，我們要盡可能地減輕自重，這樣可以減少零部件間的磨損，以及車輪的磨耗從而提高使用壽命。 構(gòu)架在材料的選擇上也有相應(yīng)的要求，主要承載部件包括側(cè)梁和橫梁等采用的是 符合 JIS G 3114 標準的耐候鋼材料， 其他不是承受重力的零部件采用合金結(jié)構(gòu)鋼。 構(gòu)架是焊接件是由不同的板型結(jié)構(gòu)件焊接而成的，為了滿足強度要求，我們在焊接完成后還要對構(gòu)架進行退火熱處理，提高材料的強度。當然為了滿足粗糙度的要求以及整體結(jié)構(gòu)的完美，我們還要對構(gòu)架進行整體機加工。 一切設(shè)計完成之后我們就要對構(gòu)架進行強度設(shè)計和剛度設(shè)計。這得按照構(gòu)架設(shè)計的國家標準來進行。我們設(shè)計的時候要按照 JIS E 4207（鐵路車輛 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計通則） 這個標準來進行設(shè)計。我們檢驗的時候則要按照 JIS E 4208（鐵路車輛 轉(zhuǎn)向架 靜 載荷試驗方法）標準實施靜載荷試驗 來 進行強度確認。 構(gòu)架側(cè)梁的設(shè)計 側(cè)梁結(jié)構(gòu)比較簡單，基本上都是由薄板焊接組合而成。它不僅是轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的不可缺少的組成部分之一，還是構(gòu)架的主要承受車體施加載荷的部件。一般來 說，為了加強側(cè)梁的強度剛度，我們在他的內(nèi)側(cè)設(shè)置加強筋板。 側(cè)梁的組裝如圖42。 圖 42 側(cè)梁組成 通過圖 42， 我們可以明顯的看出，側(cè)梁的兩端運用的是類似于圓筒的筒體結(jié)構(gòu)。為了方便與橫梁間的連接，在側(cè)梁的中央采用機加工生成兩個圓孔。圓筒筒壁上蓋板與側(cè)梁梁體腹板采用焊接而成，焊縫是對接焊縫。 還有一個零件在圖中未顯示出來，它就是安裝在側(cè)梁圓筒結(jié)構(gòu)外側(cè)的軸箱減震器座。它是一個看上去比較不起眼但是作用豐富的零件。首先，它可以作為垂向減震器的安裝座，其次，在它的內(nèi)側(cè)設(shè)置吊裝口，可以用于安裝吊鉤。最后，它還可以用來安裝輪對提吊，可以使輪對與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架作為一個整體當轉(zhuǎn)向架在起吊的時候。 構(gòu)架橫梁的設(shè)計 構(gòu)架橫梁是構(gòu)架設(shè)計 中重要的組成部分，它是構(gòu)架跟其它轉(zhuǎn)向架上的零件相互連接的支撐部件。構(gòu)架橫梁是最簡單的零件之一，它就是兩根無縫鋼管組合設(shè)計而成。橫梁支架上面有驅(qū)動裝置安裝座、輪盤制動安裝座、齒輪箱安裝座、縱筒體結(jié)構(gòu) 側(cè)梁上蓋板 筒壁上蓋板 向連接梁、限位止擋等零件，它們?nèi)渴呛附咏M成，為轉(zhuǎn)向架的正常功能實現(xiàn)起了重要的作用。構(gòu)架橫梁設(shè)計如圖 43。 圖 43 橫梁組 裝 從圖中我們可以看到，驅(qū)動裝置安裝座上設(shè)有圓形孔，這么做的目的是為了方便安裝的驅(qū)動電機和橫梁之間的焊接過程。還有就是可以通過這樣設(shè)計降低轉(zhuǎn)向架自重。任何機器都不會完美無暇 的運行，隨著使用時間的增加，難免會出現(xiàn)故障。我們在 安全擋座間安裝擋銷 就是為了在出現(xiàn)故障的時候可以對齒輪箱的安全托起到一定程度的保護。 我們已經(jīng)知道橫梁其實就是兩根無縫鋼管組合成的零件，看是很簡單。但是它的材料選擇也很重要，因為橫梁也是構(gòu)架上主要承受載荷的部件之一。根據(jù)資料，我們可以知道橫梁材料采用的是耐候鋼。 從圖 43我們可以知道，限位止擋設(shè)置在橫梁中央的內(nèi)側(cè)。它的功能是當空氣彈簧過充風時，它會阻止其繼續(xù)。從而使空氣彈簧始終保持在合適的狀態(tài)下。因此它也被稱為防過充止擋。 構(gòu)架設(shè)計總結(jié) 通過對構(gòu)架的 設(shè)計以及三維建模，我們可以得出的是構(gòu)架的結(jié)構(gòu)是 H 型。制造工藝采用的是鋼板、鑄件焊接組合而成。鋼板焊接構(gòu)架的優(yōu)缺點是： 生產(chǎn)的周期縮短，效率提高，需要加工的部件也減少； 自重相對鑄鋼構(gòu)架來說較輕；焊接變形較難控制，但容易產(chǎn)生焊接熱應(yīng)力及焊縫缺陷等。 縱向連接梁 牽引中心銷安裝部件 輪盤制動安裝座 驅(qū)動裝置安裝座 限位止擋 第五章 輪對組裝 車輪設(shè)計 輪對是轉(zhuǎn)向架的重要部件之一，它關(guān)系到車輛運行的兩大重要因素 —— 安全性和平穩(wěn)性。不僅如此，輪對也是車輛跟鋼軌直接接觸的部件，它對鋼軌的靜動力作用直接影響到鋼軌的應(yīng)力大小、使用壽命及磨損狀況。 從我們查閱的資料來看， 2 型車的轉(zhuǎn)向架 車輪的設(shè)計和生產(chǎn)是按照碳素鋼整體碾壓車輪的標準來進行的。車輪采用的是整體軋制，踏面形狀采用的是 LMA型。 新造車輪滾動圓直徑為 216。860mm（ 1:1） ， 因此我們采用的 1:5 車輪滾動圓直徑為 172mm。 最大磨耗直徑為 216。790mm（ 1:1）， 因此我們采用的 1:5 車輪最大磨耗直徑為 216。158mm。在靠輪輞輪緣側(cè)面 216。158mm 圓周上，設(shè)有磨耗到限標記。 車輪三維 形狀 如 圖 51所示。 圖 51 車輪 三維造型圖 由前面的設(shè)計，我們可以知道。 2型車轉(zhuǎn)向架采用的基礎(chǔ)制動方式為輪盤制動裝置 。因為我們的制動方式為輪盤制動，為了是制動時產(chǎn)生更大的制動力，我們設(shè)計師要盡量擴大閘瓦與車輪夾緊的接觸面，這樣在制動時就會產(chǎn)生較大的制動力。所以我們在設(shè)計車輪時在車輪的兩邊安裝制動盤，來達到上面說的效果，這樣的車輪也可以叫做 直輻板車輪 。通常，當車輛軸重增加時，意味著車輛的載客或者載貨能力強，車輛在運行時就會產(chǎn)生更大的牽引力，我們在制動時就會需要更大的制動力。這個時候我們就需要增加增加直輻板根部厚度，來增加制動力。轉(zhuǎn)向架分為動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架，同樣，輪對也可以分動力和非動力。它們的主要區(qū)別就在于輪座的尺 寸和輪 轂 的厚度。 輪軸設(shè)計 同車輪的生產(chǎn)和設(shè)計一樣， CRH2 型車車軸的生產(chǎn)和設(shè)計也是有著相應(yīng)的標準。它是按照 JIS E 4501（鐵道車輛－車軸強度設(shè)計）進行設(shè)計，按 JIS E 4502標準進行生產(chǎn)。 因為車軸也是轉(zhuǎn)向架主要的承載部件，所以我們在設(shè)計時必須要提高車軸的疲勞極限，來確保運行時的車輛安全，所以，車軸生產(chǎn)時采用高頻淬火熱處理工藝和滾壓工藝。 因為輪對屬于轉(zhuǎn)向架的簧下質(zhì)量，減小輪對的質(zhì)量不但可以減小車輛自重，而且還可以改善車輛的振動性能，減小對軌道的沖擊力，進而可以延長軌道使用壽命。設(shè)計車軸時 我們除了要考慮強度外，還要考慮如何減輕車軸的自重，以及如何設(shè)計才可以為經(jīng)后的檢修到來方便。當然這一切的前提就是要確保車軸具有足夠的強度和剛度。所以我們采用空心車軸，可以方便探傷，維檢修帶來方便。車軸如圖 52所示。 圖 52 車軸 翻閱輪對設(shè)計相關(guān)的文獻，我找到了 2型車動車車輪的尺寸，并以此計算出我們設(shè)計時所需的模型尺寸。如表 51。 表 51 設(shè)計 車軸尺寸 （單位： mm） 序號 名稱 動車 車輪（（ 1： 1） 動車車輪（（ 1:5） 1 車軸總長 2298 2 軸頸直徑 216。1