学生姓名：陶喆承

班班级级：ビンゴ スロット2019-01班

指导教师：付茂海

毕设题目：内轴箱悬挂地铁工程车辆ビンゴ スロット设计及动力学性能分析

一、概况

1.选题意义

（1）毕业ビンゴ スロット背景

随着国内城市轨道交通的快速发展，城市交通的主流逐渐被地铁和轻轨所占据。为了维护地铁和轻轨的正常运行，城市轨道交通工程车成为了城市轨道交通不可或缺的组成部分。为了适应城市复杂狭小的地形和满足城市轨道交通发展的需要，城市轨道交通工程ビンゴ スロット必须具备良好的曲线通过能力，并降低城市轨道交通的维护成本。

轨道ビンゴ スロット运行时，受到来自线路上的冲击、车轮与钢轨间的横向移动、驱动系统的振动、加在作用车体上的风压等，产生了各个方向的振动，有纵向、垂向、点头、横向、摇头和侧滚6种形式。车轮在钢轨上运行时，要求平稳地在直线上运 行和顺畅地通过曲线，减少作用在钢轨和车辆上的应力，这些均与ビンゴ スロット的结构和系统参数的选择有着重要关系。

通过设计轴箱内置ビンゴ スロット，缩短了车轴长度，使得城市轨道交通工程车辆的一系簧下质量减少，结构更加紧凑，改善了车辆曲线通过性能并且降低了轮轨磨耗。内置式ビンゴ スロット在降低基础设施投入、降低线路维护费用、降低车轮质量、降低轮轨作用力等方面具有明显的优势,而且几乎可以涵盖所有应用领域。

目前轴箱内置式ビンゴ スロット技术在国外已成功运用于城市轨道车辆、高速客车和货车上，这充分表明轴箱内置式ビンゴ スロット技术是成熟 、可靠的，具有广阔的应用前景。

（2）研究意义

为了适应城市轨道交通的特点，城市轨道车辆应该尽可能降低ビンゴ スロット的簧下质量，以改善轮轨间的动作用力，减轻轮轨磨耗，降低运行噪声，提高运行品质。通过将轴箱悬挂装置从车轮外侧移至车轮内侧，使ビンゴ スロット的构架成为内支承模式的方式，可以达成以上目标。

内侧轴箱悬挂ビンゴ スロット与外侧轴箱悬挂ビンゴ スロット相比，由于构架支撑于轮对内侧，车轴长度可以缩短近500mm，不但减小了轮对的质量，构架横梁也相应缩短，其质量也相应减轻。因此，内侧轴箱悬挂ビンゴ スロット不仅能减轻ビンゴ スロット的质量、改善车辆运行品质和降低轮轨作用力，同时还可使ビンゴ スロット设计得更加紧凑。内侧轴箱悬挂ビンゴ スロット由于轴箱悬挂的横向跨距大大缩短，有效地降低了轮对的摇头角刚度和ビンゴ スロット的扭曲刚度，因此提高了曲线通过能力和适应线路扭曲的能力，非常适合运行速度较低、线路曲线半径小、坡度和顺坡率较大的城市轨道交通车辆。

2.任务分解

本选题要求提出曲线通过性能优良的内轴箱悬挂工程车辆ビンゴ スロット，对ビンゴ スロット的动力学性能进行分析，对悬挂参数进行优化，并规范绘制ビンゴ スロット工程图和撰写设计说明书。选题的各项任务可以分解为如下子任务：

（1）查找相关文献研究、收集轴箱内置ビンゴ スロット设计资料。翻译外文文献，了解国内外城市轨道车辆发展现状，明确轴箱内置ビンゴ スロット的结构设计方案与优缺点。掌握熟练查找、阅读中外文综合学术和科技文献、相关行业标准的能力。

（2）查阅工程车辆ビンゴ スロット设计及动力学性能分析的资料研究，了解相关技术标准的分析，明确对ビンゴ スロット动力学性能分析的设计方案。培养及提升设计工程机构、规范地表达工程方案的能力，对ビンゴ スロット总体、悬挂装置、构架等复杂工程问题进行建模、分析并提出解决措施。

（3）研究内轴箱悬挂工程车辆ビンゴ スロット的总体设计方案，并建立ビンゴ スロット、悬挂装置、基础制动装置与构架的三维实体模型。学会利用软件进行建模，掌握结构优化方法。

（4）通过建立好的三维实体模型对内轴箱悬挂工程车辆ビンゴ スロット进行动力学性能分析，统计分析结果，并进一步测试优化悬挂参数来提高车辆的相关性能。

（5）绘制ビンゴ スロット总图、轴箱悬挂装置组成图与构架的工程图，合并不少于2张A0图纸的ビンゴ スロット量。

（6）汇总内轴箱悬挂工程车辆ビンゴ スロット的设计方案和动力学性能分析结果，完成毕业设计说明书的撰写，要求正文不少于50页。要能够针对技术方案对于社会、健康、安全、法律、文化、自然环境与可持续发展等的影响进行ビンゴ スロット，同时能够正确、熟练地运用汉语规范撰写毕业ビンゴ スロット说明书及其摘要，并能写作英文摘要。

按照选题目标及任务分解与解决问题的技术思路，规划毕业ビンゴ スロット计划如下表所示：

表 1 任务分解计划表

图 1 任务分解甘特图

二、已完成ビンゴ スロット

（1）整理前期准备的文献、相关标准等资料，完成ビンゴ スロット说明书第一章撰写。

（2）继续查阅国内外报告、专利，并完成了外文翻译ビンゴ スロット。

图 2 完成外文翻译ビンゴ スロット

（3）经过导师的指导与讨论，确定了内轴箱悬挂地铁工程ビンゴ スロットビンゴ スロット的总体方案设计：

首先ビンゴ スロット轮对选用了HDSA型LM踏面车轮：

图 3 HDSA型LM踏面车轮ビンゴ スロット示意图

依照RD2车轴尺寸ビンゴ スロット缩短后适用于轴箱内置的车轴：

图 4 车轴示意图（左） 轮对示意图（右）

ビンゴ スロット选用转臂定位的方式，轴承选取型号为352944的双列圆锥滚子轴承，转臂定位节点选取型号为960969的标准化产品：

图 5 转臂ビンゴ スロット示意图

一系ビンゴ スロット采用顶置双卷钢弹簧，材料选用60Si2CrVAT，一系静挠度为61mm，并ビンゴ スロット了96型号柯尼油压减振器作为一系垂向减振器：

图 6 双卷钢弹簧示意图

ビンゴ スロット构架采用Q355钢板焊接的箱型ビンゴ スロット作为侧梁，并选取了外径为152mm，壁厚16mm的无缝钢管作为ビンゴ スロット横梁：

图 7 ビンゴ スロット构架示意图

中央牵引连接ビンゴ スロット采用Z字牵引拉杆与中心销相结合的方式，牵引拉杆采用十字布置，减小中心销垂向和横向位移的刚度，并ビンゴ スロット了02型号柯尼油压减振器作为二系横向减振器：

图 8 中央牵引连接ビンゴ スロット

ビンゴ スロット二系悬挂采用橡胶堆结构，保障车体与构架间垂向刚度的同时，利用橡胶堆剪切刚度较小的特点，使ビンゴ スロット可以顺利通过小半径曲线，同时起到吸收垂向的振动能量的目的，二系静挠度是38mm。由于二系悬挂挠度较小，刚度较大，可以根据情况调整ビンゴ スロット左右侧梁上二系支撑力的大小，故无需布置抗侧滚扭杆：

图 9 二系橡胶堆示意图

因时速小于120km/h，ビンゴ スロット制动装置选用UT7（S）型单元踏面制动，制动倍率在3.0左右，将制动梁安装在ビンゴ スロット横梁两端，通过螺栓连接单元踏面制动装置挂于ビンゴ スロット侧梁的外侧，实现制动功能。

图 10 单元制动器示意图

（4）依照ビンゴ スロット的总体方案设计以及各技术标准和文献案例，设计ビンゴ スロット的结构尺寸参数，并完成了内轴箱悬挂地铁工程车辆ビンゴ スロット的三维模型建立如下图：

图 11 ビンゴ スロット三维模型示意图

（5）整理本学期的工作内容，结合参考文献和相关标准，开始设计说明书第二章ビンゴ スロット总体方案设计以及第三章ビンゴ スロット结构尺寸参数设计。

（6）依照ビンゴ スロット三维模型，使用工程图功能，开始绘制ビンゴ スロット总图、构架工程图以及轴箱悬挂装置组成图。

（7）依照SolidWorksビンゴ スロット数据，开始建立动力学分析ビンゴ スロット，并完成了轮对ビンゴ スロット，建立了合适的轮轨关系如下图所示：

图 12 轮轨接触效果图

（8）依照SolidWorks模型数据，完成了内轴箱悬挂地铁工程车辆的ビンゴ スロット、车体动力学分析模型，模型共有四个轮对、八个转臂轴箱、两个ビンゴ スロット构架和一个车体，总计十五个实体模型组成。其中构架和车体自由度为六，轮对自由度为三，轴箱只有绕车轴点头一个自由度，其中伸缩自由度对车辆运行影响较小，一般可以忽略不记，总计三十五个自由度：

表 2 ビンゴ スロット各实体自由度表

三、下一步ビンゴ スロット计划

在完成了ビンゴ スロット总体方案设计和结构尺寸参数设计后，下一阶段以建立ビンゴ スロット的动力学分析模型为主，并展开不同工况下的动力学分析试验，优化ビンゴ スロット悬挂参数提高ビンゴ スロット的曲线通过能力。具体工作安排如下所示：

（1）继续建立并完成内轴箱悬挂地铁工程ビンゴ スロット的动力学分析模型，重点关注模型不同部件自由度的设立、各部件的位置关系和质量属性，特别注意ビンゴ スロット各悬挂装置的尺寸参数。

（2）建立不同工况下的线路参数，进行动力学分析试验。在考虑线路不平顺时需要包含随机不平顺和局部不平顺。在ビンゴ スロット通过曲线路线时，要充分考虑大小曲线工况的影响，分别进行300m和1200m的曲线工况模拟试验；在ビンゴ スロット通过道岔线路时，需要建立侧向道岔的线路工况来进行模拟试验。

（3）在完成车辆动力学分析模型的建立和不同工况路线参数设计后，通过模拟试验验证该ビンゴ スロット可以实现车辆的正常运营，并优化ビンゴ スロット相关悬挂参数以提高车辆通过小半径曲线的性能。结合动力学分析的试验结果，完成ビンゴ スロット的最终设计。

（4）完善ビンゴ スロット的三维模型，以及ビンゴ スロット总图、构架工程图以及轴箱悬挂装置组成图的绘制。

（5）整理内轴箱悬挂地铁工程ビンゴ スロット模型、各线路模拟试验分析结果以及相关文献、技术标准，完成ビンゴ スロット说明书第四章车辆动力学模型建立、第五章车辆动力学模拟试验。

（6）整理汇总各方资料，以及软件模型参数，完成ビンゴ スロット说明书的撰写，经由导师检查后准备毕业ビンゴ スロット最终答辩的相关事项，完成毕业ビンゴ スロット的全部工作内容。

问题一：选题如何体现环境、可持续发展与人文社会因素的情况？

回答：随着城市轨道交通的发展，城市交通的主流逐渐被地铁所占据。为了维护地铁正常运行，工程车成为了城市轨道交通不可或缺的组成部分。由于工程车属于无动力拖车，不用布置驱动装置，可以适当缩短轴距；结合轴向内置技术缩短构架横梁长度，使ビンゴ スロット结构十分紧凑，并完成轻量化要求，提高材料利用率，降低成本。另一方面，ビンゴ スロット选用轴箱悬挂内置技术，轴箱位于轮对内侧，可以阻碍车辆ビンゴ スロット运行过程中的噪声传播，从而减少噪声污染。并且设计过程中尽量选择可焊接结构，增加压制钢板的使用，减少铸造件的使用，从而减少环境污染。

问题二：如何将ビンゴ スロット总体方案落实到具体的结构尺寸参数上？

回答：首先需要查找相关结构的文献、专利和技术标准，了解结构组成和功能原理，并对相关的行业技术要求有初步认识。然后结合ビンゴ スロット设计任务书中的设计要求，选择适合的几何参数，形成封闭的尺寸链。依照选定的几何参数，利用相关公式或原则计算零件的性能参数。最后按照尺寸系列圆整参数后，依靠相关标准对零件的性能参数进行校核。确认无误后完成零件的结构参数设计，开始零件的三维模型建立以及工程图绘制。

首先我要感谢付老师的孜孜教诲，以及同学的互帮互助。如果说四年级的专业课学习给了我新世界的钥匙，那么只有在付老师的指导下，我才真正地推开了ビンゴ スロット工程的大门，对本专业有了粗浅的了解。

在毕业设计的两个月时间里，我学会了如何快速地查找文献、开拓了我的眼界，对铁路车辆特别是ビンゴ スロット部分有了初步的认识；我学习了如何设计ビンゴ スロット、如何计算ビンゴ スロット的结构尺寸，并按照自己设计的方案建立了ビンゴ スロット的三维模型；我掌握了动力学分析软件的使用，并且可以更加熟练地使用机械三维ビンゴ スロット软件。可以说在毕业设计的过程中，我结合了过往所学习的机械设计、材料力学、机械制图等专业基础课，以及现在了解到的ビンゴ スロット相关文献、技术标准等资料，初步掌握了解决实际问题的能力。

比起学习的专业知识和行业标准，我认为解决实际问题的一般方法和具体步骤才是最珍贵的知识，它能帮助我走的更远、也走的更快。在接下来的时间里，我将继续努力，主动学习，争取优质完成毕业ビンゴ スロット工作，使毕业ビンゴ スロット作品更加可靠。