【文章內(nèi)容簡介】 計(jì)的轉(zhuǎn)向架模型如果要達(dá)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(gè)零部件的過程中都應(yīng)該做到高度專注和嚴(yán)格要求。 從能源節(jié)省和工藝上面來說，我們必須使設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品安裝就可以直接使用。這就要求我們在設(shè)計(jì)時(shí)盡量保證結(jié)構(gòu) 和材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化。 第三章 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路 在自己對轉(zhuǎn)向架的有關(guān)資料進(jìn)行閱讀，大量了解轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)任務(wù)，以及轉(zhuǎn)向架的組成和他每個(gè)部分的作用之后，我產(chǎn)生自己簡單的設(shè)計(jì)思路，如下： 到東坡軌道車輛實(shí)驗(yàn)室查看轉(zhuǎn)向架模型，初步確定自己的設(shè)計(jì)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(jì)按照尺寸設(shè)計(jì) 強(qiáng)度設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行。 通過翻閱書籍和找老師咨詢了解后 ，在東坡實(shí)驗(yàn)室 2 型車的基礎(chǔ)上開始自己的設(shè)計(jì)，首先設(shè)計(jì)構(gòu)架。 構(gòu)架設(shè)計(jì)完成后，開始輪對軸箱的設(shè)計(jì)，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(gè)零部件的簡單工程圖，再用 AutoCAD 嚴(yán)格按照國標(biāo)做出工程圖。 對構(gòu)架及車軸進(jìn)行受力分析，看是否符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。 第四章 構(gòu)架的設(shè)計(jì) 構(gòu)架的設(shè)計(jì)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(shí)際轉(zhuǎn)向架應(yīng)用可知，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是由兩個(gè)側(cè)梁和兩個(gè)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(gè)橫梁的中間設(shè)置兩個(gè)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(jì)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(dá)到縮短構(gòu)架長度的目的，同時(shí)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(jì)必須要滿足剛度強(qiáng)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(qiáng)度要求，焊接完成后需進(jìn)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(gè)側(cè)梁加兩個(gè)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(shí)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(qiáng)度以支撐車體上絕大部分的重力。因此，我們在設(shè)計(jì)構(gòu)架的時(shí)候，想方設(shè)法的就是要提高構(gòu)架的強(qiáng)度和剛度，提高強(qiáng)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(qiáng)筋板來達(dá)到這個(gè)目的。 通過圖 41我們可以看出這次設(shè)計(jì)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(gè)一樣的輪盤制動(dòng)吊座，用來安裝輪盤制動(dòng)裝置。 無論我們設(shè)計(jì)任何東西都是有設(shè)計(jì)使用壽命的，而我們本次設(shè)計(jì)的構(gòu)架應(yīng)該和轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)壽命一致為 20 年。因此，只要在滿足強(qiáng)度剛度設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度要求，我們在焊接完成后還要對構(gòu)架進(jìn)行退火熱處理，提高材料的強(qiáng)度。當(dāng)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(jìn)行整體機(jī)加工。 一切設(shè)計(jì)完成之后我們就要對構(gòu)架進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)。這得按照構(gòu)架設(shè)計(jì)的國家標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。我們設(shè)計(jì)的時(shí)候要按照 JIS E 4207（鐵路車輛 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)通則） 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們檢驗(yàn)的時(shí)候則要按照 JIS E 4208（鐵路車輛 轉(zhuǎn)向架 靜 載荷試驗(yàn)方法）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施靜載荷試驗(yàn) 來 進(jìn)行強(qiáng)度確認(rèn)。 構(gòu)架側(cè)梁的設(shè)計(jì) 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(qiáng)側(cè)梁的強(qiáng)度剛度，我們在他的內(nèi)側(cè)設(shè)置加強(qiáng)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(yùn)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(jī)加工生成兩個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)整體當(dāng)轉(zhuǎn)向架在起吊的時(shí)候。 構(gòu)架橫梁的設(shè)計(jì) 構(gòu)架橫梁是構(gòu)架設(shè)計(jì) 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(jì)而成。橫梁支架上面有驅(qū)動(dòng)裝置安裝座、輪盤制動(dòng)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(shí)現(xiàn)起了重要的作用。構(gòu)架橫梁設(shè)計(jì)如圖 43。 圖 43 橫梁組 裝 從圖中我們可以看到，驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)和橫梁之間的焊接過程。還有就是可以通過這樣設(shè)計(jì)降低轉(zhuǎn)向架自重。任何機(jī)器都不會完美無暇 的運(yùn)行，隨著使用時(shí)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(shí)候可以對齒輪箱的安全托起到一定程度的保護(hù)。 我們已經(jīng)知道橫梁其實(shí)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?yàn)闄M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(dāng)空氣彈簧過充風(fēng)時(shí)，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(jì)總結(jié) 通過對構(gòu)架的 設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dòng)安裝座 驅(qū)動(dòng)裝置安裝座 限位止擋 第五章 輪對組裝 車輪設(shè)計(jì) 輪對是轉(zhuǎn)向架的重要部件之一，它關(guān)系到車輛運(yùn)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(dòng)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(jì)和生產(chǎn)是按照碳素鋼整體碾壓車輪的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)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(dòng)圓直徑為 216。860mm（ 1:1） ， 因此我們采用的 1:5 車輪滾動(dòng)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(biāo)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(jì)，我們可以知道。 2型車轉(zhuǎn)向架采用的基礎(chǔ)制動(dòng)方式為輪盤制動(dòng)裝置 。因?yàn)槲覀兊闹苿?dòng)方式為輪盤制動(dòng)，為了是制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生更大的制動(dòng)力，我們設(shè)計(jì)師要盡量擴(kuò)大閘瓦與車輪夾緊的接觸面，這樣在制動(dòng)時(shí)就會產(chǎn)生較大的制動(dòng)力。所以我們在設(shè)計(jì)車輪時(shí)在車輪的兩邊安裝制動(dòng)盤，來達(dá)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(dāng)車輛軸重增加時(shí)，意味著車輛的載客或者載貨能力強(qiáng)，車輛在運(yùn)行時(shí)就會產(chǎn)生更大的牽引力，我們在制動(dòng)時(shí)就會需要更大的制動(dòng)力。這個(gè)時(shí)候我們就需要增加增加直輻板根部厚度，來增加制動(dòng)力。轉(zhuǎn)向架分為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，同樣，輪對也可以分動(dòng)力和非動(dòng)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(jì) 同車輪的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)一樣， CRH2 型車車軸的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)也是有著相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。它是按照 JIS E 4501（鐵道車輛－車軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)）進(jìn)行設(shè)計(jì)，按 JIS E 4502標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。 因?yàn)檐囕S也是轉(zhuǎn)向架主要的承載部件，所以我們在設(shè)計(jì)時(shí)必須要提高車軸的疲勞極限，來確保運(yùn)行時(shí)的車輛安全，所以，車軸生產(chǎn)時(shí)采用高頻淬火熱處理工藝和滾壓工藝。 因?yàn)檩唽儆谵D(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(dòng)性能，減小對軌道的沖擊力，進(jìn)而可以延長軌道使用壽命。設(shè)計(jì)車軸時(shí) 我們除了要考慮強(qiáng)度外，還要考慮如何減輕車軸的自重，以及如何設(shè)計(jì)才可以為經(jīng)后的檢修到來方便。當(dāng)然這一切的前提就是要確保車軸具有足夠的強(qiáng)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(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)，我找到了 2型車動(dòng)車車輪的尺寸，并以此計(jì)算出我們設(shè)計(jì)時(shí)所需的模型尺寸。如表 51。 表 51 設(shè)計(jì) 車軸尺寸 （單位： mm） 序號 名稱 動(dòng)車 車輪（（ 1： 1） 動(dòng)車車輪（（ 1:5） 1 車軸總長 2298 2 軸頸直徑 216。1