第二章-轨道车辆产品设计的方法(新20090810).ppt

1、第二章轨道车辆产品设计的方法和理论，第一节现代工业产品设计的概念，现代工业产品的设计，国外也称工业设计。 以客观科学的方法从事工业新产品的开发。 工业设计定义：工业设计是一种创造性的行为，其目的是决定产品的正式质量。 正式的品质除了产品的外形和表面特征外，为了得到生产者和消费者满意的整体，决定产品的结构和功能的关系更重要。 一、关于设计的基本论说，是创造性的活动，核心是创造性的，没有创新，就不需要设计。 优化过程是在特征条件下，对目标谋求最大解决的过程。 把先进技术变成生产性的手段。 技术、经济、社会和艺术的综合产物。 在满足需求方面进行的创造性思考活动的实践过程。 通过分析、创造和综合，创造

2、性地建立满足特定功能要求的技术系统的活动过程。 设计文字记述：设计是为了满足人和社会的功能要求，通过人们的创造性思考，经过一系列的计划、分析和决定，生成搭载相应文字数据、图形等信息的技术文件，获得最满意的社会和经济效果。 二、设计特点，(1)需求特征：设计满足需求；(2)创造性特征：设计是一个创新过程(3)程序特征：例如车辆设计的程序：产品规划车辆原理方案设计、技术设计、施工设计。 (4)时代特征：物质条件、技术水平的表现。 三、传统设计方法和现代设计方法，一传统设计：在经验总结的基础上，以使用力学和数学形成的经验公式、图表、设计指南等为依据，用经验公式、近似系数和模拟方法设计，现在仍有很多车

3、辆工厂采用。 利用设计者的直接或间接经验，用模拟或经验式确定提案，特别是对于重要的设计和计算工作量少的设计，可以计算对照制作的几个提案，按一定的标准选择，最后制作、整理设计说明书。 传统设计方法的特征：偏重于经验的总结和总结，忽略非主要和难解的要素，可能导致设计结果的近似、不确定或错误。 信息处理，参数的设计和选择，经验和状态的记忆和调用，利用了手动计算和绘图的制作。 技术与经济、技术与美称的良好统一方面有一定差异，目前设计工作有车辆设计师、经济师和车辆艺术家等单一类型的设计师。 有限制：设计者的经验决定方案的优势。 分析计算时，主要受计算工具、技术水平的限制，简化(动态静态)，增加校正系数，

4、降低计算精度。 设计工作时间长，效率低，成本高。 传统的设计过程、设计任务书、任务书的分析、设计参数的确定、条件协调、同类产品的调查和资料分析、总体结构方案的制作、方案论证、调整、设计变更、结构设计、图纸的制作、结束、产品计划(明确设计任务) 原理方案设计、技术设计、施工设计、2现代设计方法、现代设计在传统设计的基础上发展，继承了传统设计的精华。 与以往的设计相比，是以动态分析、正确计算、设计和CAD优化为特征的设计。 现代设计的内容主要有优化设计、可靠性设计方法、计算机辅助设计、动态设计、有限元法、工业艺术造型设计、人类工程、并行工程、价值工程、逆向工程设计、模块设计、相似性设计、虚拟设计、

5、疲劳设计、三次设计、人工神经元计算方法。 现代设计表现有以下几个方面的特征：(1)设计对象单独走各系统。 (2)设计要求从单一目标走向多个目标。(3)与设计有关的区域从一个区域走向多个区域。 (4)产品更新速度快，设计速度快；(5)设计的发展要求适应科学技术的发展，特别是计算机技术的发展和先进技术水平。 主要特征：动态分析精确计算设计的优化CAD。 现代设计工作的过程、设计任务书、任务书的分析、条件协议、用户的要求和市场信息、设计任务的确定、系统工程和创新的方法进行整体方案的设计，用价值分析、优选法等进行方案的论证最合适吗？ 基本几何图形标准零件图，零件设计程序，包括技术设计和分析，整体，零件

6、图的制作，技术文件的制作，数控加工代码的制作，结束，系统工程分析程序优化程序，可靠性分析程序，综合分析库，各种技术标准，产品目录用户记录等边界要素分析程序，设计库，设计资料数据库，画廊，设计方案的修正，不， 传统的设计方法(经验设计)设计(经验设计)试验改进试验改进产品周期长，成本高，成功率低的现代设计方法(科学设计、计算机模拟设计或虚拟样机设计)设计计算机模拟试验改进试验产品周期短，成本低，成功率高，3，现代车辆设计的基本过程，第三节现代车辆产品的特征及其开发，一，车辆设计发展的基本阶段，158年大跃进时代，铁路车辆产品的大规模设计(模仿设计)。 成果：客车侧：设计了22型客车车身、202型

7、台车、l型制动、直流独立供电、燃煤独立温水供暖装置。 卡车方面：敞篷车C50、敞篷车P50、平车N50、旋转8型台车、21吨轴重、GK型制动地铁车辆：北京地铁车辆，2设计阶段的完善：强调自力更生，采用工厂、科学研究院、高中结合方式。 成果：客车侧：设计了23型客车车身，206，209型台车，104型制动，交流的独立供电。 卡车侧：使用60吨通用卡车和专用卡车、8A台车、13号钩、GK和103型制动器、MX-1型橡胶缓冲器等新技术。 强调了31979-1991年改革开放时期，采用国外先进的技术标准、车辆设计、试验和制造手段，是车辆的高度发展。 客车方面：双层客车的开发，168日元贷款高级车的制造

8、，25型车的设计，大量的新型车技术被用于车的设计。 卡车侧：载重60吨卡车，动力学性能好的控制型台车，120型分配阀，高强度合金钢13号挂钩。 16号旋转和17号固定钩，FSW型手制动器，用于在不卸下钩的情况下卸货。 41992年在公共汽车提速、卡车重载发展时期利用了许多先进技术，设计了25K型提速总线、电控空气制动器、盘式制动器、集中供电系统、空调装置的使用等。 大量卡车的新技术被用于卡车车辆设计。 开发了70吨卡车、各种高速卡车台车、25吨重载台车。 5高速公共汽车、城市轨道车辆、轻轨车辆、磁悬浮、电车设计阶段。 二、现代车辆产品的特征；(1)以高速、重负载、专用为目标；(2)广泛采用现代

9、车辆新技术、技术，对车辆功能、可靠性、利益要求更严格；(3)新型结构材料的应用，计算机和车载网络的使用，电机和信息一体化技术和产品，新型电三、车辆产品设计的类型，(1)对开发性设计200km/h以上的高速公共汽车、160km/h卡车和台车、电车、磁悬浮、轻轨车辆、新任务、可应用的新技术，进行创新思路，提出新的功能方案，从产品的规划中完成施工设计、创新设计。 (2)适应性设计对产品进行局部变更，增加零件，适应更广泛的需要。 现有的25型车辆、高速车辆的设计和改良、车辆缓冲器的改造等。(3)变形设计在工作原理和功能结构不变的情况下，改变现有产品的结构配置和尺寸，以满足不同的工作要求。 美国轨道车的

10、速度、地铁、城市轻轨等。 现代车辆设计的四个阶段：阶段1 :概念设计(项目规划)阶段2 :详细方案设计阶段3 :技术设计和施工设计阶段4 :产品试制、测试、试验和改进的完善阶段，四个，了解现代车辆设计的基本过程，项目的性质，不同的战略研究型(试验型) 工程化(商品化)项目：可以采用许多新技术，还可以同时存在几项独创的研究工作、成功和失败，作为技术跟踪和技术储备，工程化(商品化)项目3360主要采用成熟、可靠的技术，整合项目的成功率和产品1 .概念设计(项目规划)、a .项目详细信息了解产品规模(批量) /年最大运行速度的内部设备、设施及其要求人员对用户指定的装置和系统使用环境(温度、湿度、海拔

11、)的美术、人类工程等工业设计的要求维护预见了概念设计的主要工作内容可以利用的技术、零件和装备可能发生的问题和困难所承担的风险(包括财政和技术)应遵守的标准和相关结构的接口和参数技术设备和制造能力，b .技术重新调查了国内外类似项目的进展情况和技术水平、知识产权的保护(专利)。 c、在基本方案的建立获得产品的基本信息和要求后，制定项目设计计划书，提出项目技术路线和总体方案的构想，详细分析其可行性、经济性、技术性和技术合理性，并提出基本模式。 d .这部分任务的执行者由设计咨询公司、项目经理或整体集团负责，贯穿项目的全过程。 概念设计阶段应周密细致，为产品进一步设计奠定基础。 主要结构的选择和确定

12、由概念设计决定的方针、路线和模型、详细的技术方案，选择和确定主要结构。 2、详细方案设计的主要工作内容、主要尺寸和参数的确定、虚拟样机设计利用现有的计算和分析手段，分析基本方案的可行性，优化研究结构和参数，提出主要技术参数、性能参数和基本尺寸。 虚拟样机设计主要包括运行性能(动力学性能)、安全可靠性(静强度、动强度和动应力分析等)的仿真分析。 完善方案设计根据理论分析结果，完善设计方案。 提交提案设计审查文件。 大部件结构设计根据理论分析结果，完善设计方案。 提交提案设计审查文件。 方案设计审查听取了广泛不同的意见和建议，得到了相关专家和用户的同意。 设计方案的修改和完善根据有关专家和用户的意

13、见和建议，进行设计方案的修改和完善。 执行此部分任务的执行者项目经理和组成员、主要技术设计者等。 性能的预测和评价进一步预测和评价其运行质量、安全可靠性、寿命。 细节结构设计设计设计图设计，3，技术和施工设计的主要工作内容，技术设计技术设计流程文件的制定和设计设计生产和试制准备这部分任务的执行者项目经理，整体小组成员，技术设计者，技术设计者。 产品试制尺寸、主要参数测试的目的是验证设计观念和具体细节满足设计要求。 出厂前的调整，4，试制，测试，试验和改善的完善阶段，试验台架试验：静强度试验，疲劳强度试验，结构动态特性试验，滚动振动台试验等线路试验：动力学性能试验，牵引和制动性能试验，电气系统，

14、网络，控制，通信等相关试验。 确认设计的产品是否具备以前预想的性能。 技术审查运行审查的完善和改进设计可能需要根据测试、运行审查的进行，修改、完善设计，确定最终的设计方案。这个部分任务的执行者项目经理，全体小组成员，技术设计者，技术设计者，试验者。 第二章，第三章车辆技术方案的设计，第一，技术方案的概要，车辆技术方案的设计是有计划的性质的设计，目的是为了满足设计车辆向设计技术任务书提出的各种功能要求，用什么措施和方法来协调设计中发生的各种矛盾和问题。 方案设计的特点是，为了便于说明存在参加者相对少、设计工作比较粗糙的多个方案，提供车辆的总图，并添加必要的说明。 二、车辆整体设计考虑的问题是：

15、1保证运输安全避免火灾，使用阻燃材料，各种机构动作可靠，结构强度和寿命充分，连接件结合可靠，车辆运行稳定安全。 2易用的设计原则：用户至上，运用第一，检查第二，制造第三。 3具有合理的技术经济指标和性能。 4 .减少维修费用。 车辆各部分结构必须具有良好的制造技术性，应重点考虑如何减少这辆车的保养和维护工作量。 使用可靠性等寿命设计方法，明确车辆零件的寿命，更换新品。 5结构技术性好，制造容易，尽量利用工厂现有的技术装备、模具和轮胎。 6尽量标准化，采用适用的零件。 7材料的来源必须充分。 三、在车辆整体设计中，主要技术经济指标的确定、技术经济指标是受很多因素影响的综合指标，因此必须综合考虑其

16、影响的各因素。 1主要技术经济指标、自重系数、比容积系数、每米轨道负荷容许值、轨道重量、轴数、运输成本、运输速度等。 2指标的确定和考虑因素(技术经济指标的合理确定方法)、自重系数：自重系数=自重/标识负荷的要求越小越好，主要是自重部分对机车牵引来说是无效的重量，不利，影响最大的是钢结构(或潜力变化的是车身的钢结构)。 轿车采用了另一个类似系数：每定员的自重，每米车长占自重。 比容系数：比容系数=印容/印载荷与货车装载的货物有关：专用车、通用车(容积和载荷的合理利用)。 棚车(P)=2m3/t，海外棚车=2.32m3/t，每条延米轨道的载重与线路的承载能力有关，由桥梁的强度决定：确定车辆的长度

17、，要求8T/m。 车辆的轴重，轴数北美铁路联盟和美国的g轴发展了35.8吨，e轴发展了29.5T，我国发展了25吨的轴重。 很多是四轴车。 可以考虑用多轴车提高每延米的负荷。 降低运输成本合理的车型和车型构成、通用性、专业性、空闲率，装卸方便、节省时间，车辆设计耐用，设计减少。 为了提高车辆的运行速度，车辆方面应考虑的对策：车体的强度、刚性、形状和阻力问题台车的形状、动力学性能挂钩缓容量； 制动方法车辆设备的使用、安装位置等。 四、车辆轻量化设计和防腐、耐腐蚀性设计、防腐、耐腐蚀性设计的目的：延长车辆寿命降低车辆自重提高车辆系统的经济效果。 轻量化设计的主要对象和方法，对象：车身钢结构台车设备

18、的重量钩缓和装置。 其中影响最大的是车辆的钢结构和转向架。 方法：采用新材料、新结构、新技术，1采用新材料减轻车辆自重，台车材料：高强度低合金铸钢材料车身材料：采用耐候钢：性能是普通碳钢的3倍，目前有两个系列。 铜磷钛系低合金钢用于卡车，铜链铬镍系低合金钢总线。 铝合金材料的采用。 不锈钢不需要考虑金属腐蚀的因素，可以大幅度减少车辆的重量，同时寿命长。 复合材料。 2采用新的车辆结构，采用耐腐蚀或防腐的钢结构。 例如，双总线钢结构的设计缺陷。屋顶纵焊道车辆和侧壁的结合部分的雨屋顶，窗户下两侧的拐角，特别是焊接了圆角的窗户结构大皮带金属地板的两侧。 厕所、盥洗室、茶炉附近的侧壁、侧立柱的根部。 卡车：金属地板、地板横梁、侧支柱根部、下壁面板下部、棚车车门下角、门板下部、窗下缘的导向框架等。 改进的方法、结构尽量不要采用小的拐角和凹槽。 将点焊或分段焊接的位置更改为全焊接。 尽量不用