转向架设计的思考方法及新的尝试

1、嫱拘设计文章编号：（）一一转向架设计的思考方法及新的尝试城取岳夫，等（日）摘要：介绍了转向架设计中所考虑的主要问题，以及如何处理系统中的平衡关系，同时阐述了利用计算机进行转向架辅助设计的种新方法。关键词：转向架；设计；日本中图分类号：文献标识码：城取岳夫，（）他：，：；概述本文首先说明铁道车辆转向架设计中应考虑的主要问题。然后，以运动特性为例，介绍在转向架设计中所进行的新尝试，即利用计算机选择设计方案的新方法。设计转向架时，除了考虑强度特性外，还应考虑车辆的运动特性。转向架设计中考虑的主要问题转向架设计中应考虑的主要问题包括：（）脱轨安全性要求铁道车辆在小半径曲线上低速运行时不至于脱轨，应计算

2、出脱轨系数的临界值，以确定轴箱垂向定位刚度等参数。所谓脱轨系数，就是利用车轮横向作用力求出的相对于脱轨的安全裕度值。其中，车轮横向力是根据轮缘角等车辆技术参数计算得出的口。（）抗倾覆安全性要求采用对抗倾覆来说具有足够安全性的倾覆临界值计算公式，以确定轴箱垂向定位刚度及车体的垂向支承刚度。收稿日期：一（）蛇行运动稳定性蛇行运动是由于铁道车辆的车轮踏面带有斜度而产生的现象。要合理确定轴箱纵向、横向定位刚度以及空气弹簧横向刚度，以保证车辆在正常运营速度范围内不至于发生蛇行失稳现象。（）横向力所谓横向力是指车轮沿横向挤压钢轨所产生的力，一旦横向力增大，有时会引起钢轨扣件脱落（失效）。另外，还会降低车辆

3、的曲线通过性能，并加剧车轮与钢轨的磨损。因此，为保证轮轨间具有较小的横向作用力，应慎重选取轴箱的纵向、横向定位刚度，以及空气弹簧纵向刚度、抗蛇行减振器的阻尼系数等参数值。（）车辆限界一旦车辆位移超过车辆限界尺寸，将引起车辆与建筑物的干涉，因此，既应考虑横向止挡的间隙，还要保证空气弹簧的横向刚度及横向橡胶止挡的刚度值不能太小。（）零部件之间的干涉，零部件的容许位移不仅应该注意车辆与建筑物的干涉，而且还应该注意车辆各零部件之间的干涉。此外，要使电动机与佐藤芳彦赭外国力振子式卓雨概祝铁道夕，儿。（其他参考文献略）。（）：一。：。，彭惠民译自铁道卓丙艺技街邑，（）：，陈海校转向架设计的思考方法及新的尝

4、试城取岳夫，等（日）齿轮装置之间的弹性连接（弹性联轴节）等不超过零部件的容许位移，应该使轴箱的垂向定位刚度取较大的值。（）车站站台阶梯差从无障碍要求来看，也必须满足站台阶梯差容许值要求（方便旅客上下）。特别是通勤电动车，由于空车与满员时的质量差别较大，所以，如果轴箱垂向刚度过低，当车辆满员时，车体便会下沉，致使车门与车站站台的阶梯差加大。（）乘坐舒适度乘坐舒适度必须良好。因此，除了满足上述（）（）项的要求外，还应选定满足乘坐舒适度良好要求的弹簧刚度以及减振器阻尼系数。有待协调处理的关系满足上述（）（）项要求的技术参数往往是矛盾的，这就需要协调处理彼此之间的关系。转向架设计的难处就在于处理好这些

5、互相协调的关系。因为如果满足一方面的要求时，另一方面的要求就可能不能满足。例如，如果使空气弹簧横向刚度及横向橡胶止挡的刚度取的较低，则乘坐舒适度较好，但当车辆通过曲线时，抑制车体由于离心力导致车辆朝曲线外侧移动的力就变小，所以，车辆就会超出车辆限界。另外，为了提高抗蛇行运动稳定性，就应当增大轴箱的纵向、横向定位刚度，但这会导致轮轨横向力增大。设计人员应该一方面站台阶梯差方面的问题抗倾覆安全性问题零部件的容许位移问题舒适度问题（车体垂向振动）舒适度问题（通过圆曲线时，由丁车体倾摆引起的横向振动）舒适度问题（车体的垂向振动）摇摆时零部件之间的干涉问题舒适度问题（车体的摇摆）转向架抗蛇行运动稳定性问

6、题由于横向相对位移导致超过车辆限界问题舒适度问题（车体的横向振动）车体抗蛇行运动稳定性问题协调处理好必须考虑的关系，同时应综合确定各方面评价为最优的技术参数值。将上述问题大致归纳为垂向系统以及横向系统的协调关系问题（图、图）。而且，由于运行区间等的限制，还必须附加考虑问题的优先顺序以及容许限度。转向架设计的新尝试在转向架设计中，为满足应考虑的多种要求，就需要确定很多技术参数。以往，确定这些技术参数时往往根据经验，反复计算，直至找出完全达到应该考虑指标的技术参数。事实上，可以考虑能否用计算机完成这类复杂的设计计算。到目前为止，已经尝试了几种方法，比较了其优、缺点，下面作一简单介绍。型筻煮皇低速脱

7、轨安全性问题定位刚度卜”一。一轴箱垂向阻尼系数空气弹簧垂向刚度空气弹簧垂向阻尼系数图垂向系统的协调关系轴箱横向定位刚度轴箱纵向定位刚度抗蛇行减振器阻尼系数空气弹簧横向、纵向刚度横向减振器阻尼系数图横向系统的协调关系对轨道的影响问题舒适度问题（车体高频振动）舒适度问题（车体垂向振动）横向力问题舒适度问题（车体的横向振动）舒适度同题（由丁车辆运行在不平顺轨道，引起车体振动）基于线性加权和评价函数的协调处理之所以称为线性，是指参数能够形成比例关系。通过构造与横向力成比例、评价为很差的函数，以及与横向振动舒适度成比例、评价为很差的函数，并进行加权处理，根据加权之和来评价计算机设计方案，将最优解作为最终

8、选定方案。加权过程中，通过比较横向力与横向振动舒适度，决定对哪一方面加权多少，并予以调整。公式（）为评价函数，该式用于测定设计方案的低劣程度，所以，该值小表明是良好的设计。评价叫×横向力的计算结果（一叫）×横向振动舒适度的计算结果（）式（）中：谢一加权值。最初，为确定加权值，研究了改变加权值时，稳态横向力及横向振动舒适度随加权值的变化情况（图、国外铁道车辆第卷第期年月图），由此进行加权。对于评价极端低劣的情况，就可以确定相应的裕度，左右可判定为良好。使用大型计算机，上述工作只需几十分钟时间。童墓憎辩，加权值围加权值，与稳态横向力的关系，加权值图加权值，与横向振动舒适度水平的

9、关系根据希求水平进行协调处理上述基于线性函数的评价简单明了。但有时候，为使函数线性化，如果稍微改变加权值，则选定结果可能会发生很大的变化。为了改正这种情况，可以采用比线性函数复杂的其他函数的方法。此外，不是根据对选定结果进行尝试处理而确定加权，而是提出一种方案，即根据对要求达到何种程度（称为希求水平）来确定加权值口。该方法已成功应用于确定空气弹簧的横向刚度及横向减振器的阻尼系数等。采用的评价函数见式（）。该评价函数测定“未完成率”，所以，要寻找使该值最小所对应的设计方案。具体来讲，不是研究全部转向架零件，而是针对空气弹簧横向刚度、横向止挡及横向减振器，确定无论车辆速度快慢，均可满足要求的一些技

10、术参数值。图、图为部分计算结果。该评价函数较容易确定，很适合于转向架的设计问题。评价一（对于速度的横向振动舒适度计算结果要求的未完成率，对于速度的横向振动舒适度计算结果要求的未完成率）（）式（）中：（，）中取最大值。若只用转向架个参数来评估转向架的性能，即使使用大型计算机，也只需要几十分钟的时间。料埋崔厦澄遥匣颦蛙料最优化设计方案试验值一乡莎一。、，一图车辆运行速度为时的车体横向位移频率响应一最优化设计方案试验值；频率用圈车辆运行速度为时的车体横向位移频率响应利用功用图进行协调处理以前所进行的研究存在一个问题，即虽然作为最佳方案而选出了个方案，但该方案以外的设计方案是怎样的？其评价到底如何呢？

11、也就是说，很有必要说明该方案的确是最佳设计方案。此外，如果采用不属于最佳方案的其他设计方案，则由于牵强于某些运动特性，仍很有可能用于现行产品上，所以，也需要了解最佳方案以外的车辆运动特性。为了观察最优化方案本身，将轴、轴设定为评价值，可以绘出各设计方案的评价值所形成的图形（下文称为功用图）。具体来讲，在功用图中，通过改变全部要素中的各种技术参数值，计算种运动特性，将第种运动特性的计算结果描绘成曲线的坐标；将第种运动特性的计算结果描绘成曲线的坐标。这种方法，预计需要大量的计算时间，所以，必须在计算方法方面下功夫，以缩短计算时闻。在开展研究工作的第一阶段，对计算全部供选择设计用运动特性到底需要多长

12、时间进行了研究。以图给出的功用图为例，将转向架蛇行失稳临界速度的计算结果作为坐标；将曲线通过性能的目标值，即稳态横向力的计算结果作为了坐标。转向架蛇罟宝¨跎转向架设计的思考方法及新的尝试城取岳夫，等（日）蛇行失稳临界速度高的评价结果为好，而稳态横向力低的评价结果为好，所以，图中右下方的曲线称为好的设计方案。处于曲线（描点）群右下方边界的曲线称为了缩短计算时间，应该提高的运算速度，也可以利用多个通过并行处理等方式，大幅度提高计算速度。表列出了种方法的比较结果。为良好评价的组合。这在最优化理论上称为帕雷托（，。）最优兰！竺竺竺兰兰兰！兰兰竺竺竺空兰竺兰竺解。如果比较该曲线的邻近曲线，则曲

13、线上个计算结果比邻近曲线上点的计算结果好，而另一计算结果比邻近曲线上点的计算结果差，其优劣程度非常容易观察出来，也容易进行协调处理。另外，在目前考虑的技术参数值范围内，到底是不是获得良好评价也能一目了然。图对应于个技术参数的组合，分别计算蛇行失稳临界速度及稳态横向力，使用大型计算机需耗时。结束语本文介绍了利用计算机进行转向架方案设计的种方法。关于转向架设计的新尝试，在计算时间及可获取技术信息方面，各有优、缺点。将来，设计人员可以根据需要进行选择。参考文献： 事故翻查梭言寸会帝都高速度交通凿囤日此谷糠中目黑焉樽内列卓脱稼衢突事故二阴寸舀鞠查赧告害，国枝正春铁道卓而。耘客：阴寸为力学的理输解析铁道

14、技衍研究鞭告，（）中山隆弘多目的针画法：对中为满足化才法力提案种测自勤制御学会输文集，（）：刘阳春译自，圈转向架蛇行失稳临界速度与稳态横向力的功用图刘宏友校法国国营铁路展示其双制式列车由香槟一阿登大区、交通管理局及车辆制造商共同举办的一个特别活动上，法国国营铁路（）展示了由庞巴迪公司生产的内燃电动双制式列车。这种列车可以同时在内燃动力以及直流和交流制式下运行。这就意味着该类型列车实际上可以在法国任何地方运行，且能在运行过程中变换动力模式。将把这些混合动力列车投放到巴黎一特鲁瓦一之间的香槟一阿登大区线，以及另一条一圣迪迪耶一维特里线上运行。运输公司向庞巴迪追加订购轻轨车德国交通运营商运输公司（）

15、向庞巴迪订购辆总价值万欧元的低地板轻轨车。这是继年签订的辆有轨电车原始订单后的可选订单。车辆的设计与前一批类似，并配有高带有可折叠坡道的入口，以方便使用轮椅的粱洁提供李莉校乘客进入。这些轻轨车预计将于年月一年月问交付使用。粱洁提供李莉校 转向架设计的思考方法及新的尝试作者：城取 岳夫， 李阳春作者单位：刊名：国外铁道车辆英文刊名：FOREIGN ROLLING STOCK年，卷(期：2008，45(4被引用次数：0次参考文献(3条1. 事故調查檢討会 帝都高速度交通営団 日比谷線中目黒駅構内列車脱線衝突事故關調查报告書 20002. 国枝正春 鉄道車両转關力学的理論解析 19723. 中山隆弘

16、 多目的計画法对満足化一法提案 1984相似文献(10条1.会议论文 张辉. 赵洪伦 试验型铰接式高速客车转向架构架的设计研制 2000构架的轻量化设计是研制我国高速客车转向架的重点和难点之一.在厂、校、所紧密合作下,经过反复的计算分析,以及对关键设计制造技术进行了探索研究和重要零部件的一系列探索性试验,研制出我国达到了轻量化目标的铰接式高速客车转向架构架.2.学位论文 安海亮 TY05型作业车转向架设计及验证 2005随着我国国民经济的快速发展，我国铁路运输将在高速、重载、客运专线等方面实现大跨越。在新建或改造的铁路线中，电气化铁路已经成为了首选。近年来，我国每年都竣工近千公里电气化铁路线。

17、电气化铁路的迅猛发展，促使与之配套的用于电气化铁路路、网施工及维护的工程作业机械也向高速、高性能方向转变，使新技术在工程作业机械上的应用成为必然。中国北车集团太原机车车辆厂根据集团公司相关技术政策，经过精心的组织、周密的调研、严谨的设计、认真的试制、严格的试验，成功地完成了我国第一台交流传动接触网作业车。本文结合作业车转向架的具体要求，研究了国内外工程作业车转向架的现状及发展趋势，分析选择了参考转向架进行设计，对整个设计过程进行了论述。从调研确定作业车转向架方案开始，阐述了各主要部件的结构、特点以及设计、验算过程，并根据试制、试验中出现的相关问题，进行了认真的分析，制定出了切实可行的改造方案，

18、经过各种试验确定，最终满足了机车最高运行速度120公里/小时的设计要求。TY05型作业车转向架的设计填补了工厂的空白，特别是在转向架设计和验证方面有许多独到之处，为工厂同类产品的开发奠定了基础，提供了可借鉴的经验。3.期刊论文 周新胜. ZHOU Xin-sheng CKD4C型机车转向架设计 -内燃机车2007(4介绍了出口委内瑞拉的货运交-直流电传动CKD4C型机车转向架总体布置、主要技术参数,详细阐述了如何按照标书中规定的和转向架设计相关的UIC(国际铁路联盟标准、NF F(法国标准、NF EN(法国等效采用欧盟标准标准设计转向架.4.期刊论文 程平. CHENG Ping 120km/

19、h快运轨道平车转向架设计及有限元分析 -机械2005,32(8提出了120 km/h快运轨道平车转向架方案,进行了转向架构架的有限元分析,结果表明其强度和刚度能够满足转向架快速运行的要求.5.学位论文 程平 120km/h快运轨道平车转向架设计及悬挂参数优选 2005目前我国的主型货车转向架为转8A三大件转向架，这种转向架虽然结构简单、检修方便，但簧下质量大，抗菱刚度小，因此，蛇行临界速度低，动力学性能较差，满足不了货车快速运行的要求。为了适应货车的提速，采用构架式转向架是一种较好的途径。本文重点研究了构架式转向架，并以载重30t快运轨道平车为应用实例，对转向架结构进行了设计。采用了具有两级刚

20、度的轴箱悬挂和利诺尔摩擦减振器，使空重车均能获得较好的动力学性能；并采用轴箱纵向橡胶垫，适当释放轴箱纵向定位刚度，以改善转向架的曲线通过性能；采用常接触式弹性旁承，提高转向架的摩擦回转力矩，以提高系统的蛇行运动临界速度。论文重点对构架和轴箱的强度和刚度问题进行了有限元分析；对快运轨道平车的蛇行稳定性、曲线通过性能和运行平稳性进行了研究，分析了转向架参数、利诺尔减振器吊环角度、轴箱纵向橡胶垫刚度、轴箱磨耗板摩擦系数、旁承摩擦系数等对动力学性能的影响，并进行了转向架动力学性能预测。通过本文的研究，使所设计的转向架能够满足轨道平车快速运行的要求。6.期刊论文 曲天威. QU Tian-wei 新型大功率内燃机车转向架设计 -铁道机车车辆2007,27(z17.期刊论文 颜志军. 李涛. 廖志伟. 朱向阳. 伍玉刚. YAN Zhi-jun. LI Tao. LIAO Zhi-wei. ZHU Xiang-yang. WU Yu-gang TM2和TM3型机车转向架设计 -电力机车与城轨车辆2010,33(1文章介绍了TM2和TM3型机车转向架的主要技术参数和主要零部件的结构特点与设计过程.TM2型机车转向架的成功