列车防脱轨摆动式车架设计

【摘 要】本文研究的列车防脱轨摆动式车架设计。现代高速列车的发展的进程推动了各项发展，随着列车的快速发展，列车在高速行驶过程中，车内的物件和乘客都会受到离心运动的影响。这是因为车内的物件以本来惯性向转弯路径切线方向前进，与转弯中车辆的前进方向不一致，于是需要额外的向心力使其沿轨道行进。通过设计优化高速列车摆动式机架方案，选择合理选材，合理设计摇摆试机架的整体结构及各项指标。

【关键词】摆动式；防脱轨；车架

前言

现在高速列车的发展迅速，要求时速要快之外，还需要安全性高，生命重于泰山，为了克服高速列车在转弯时减速以克服各力做功，防止列车转弯时速度过快而导致侧翻，造成事故，设计摆动式车架，在受自身重力和离心力的作用下，实现侧倾一定的角度，减小车轮对轨道的压力，改变仅仅依靠摩擦力和减速方法实现高速列车通过转弯而防止不会侧翻。

运用摇摆式车架，摆式列车能够透过讯号系统知道前面路轨的弧度，准确改变每一车辆的倾侧，使乘客感觉不到晕车和侧倾。而且还提高列车的行车速度，减少行车区间的时间，加数各地之间的联系，和产品的流通，贸易往来，提高人们工作效率。

1.设计方案制定

1.1工作原理

电机工作时，通过液压传动，和检测仪器配合，根据转弯半径和速度，驱动双摇杆机构，和弹簧，自动调节每节车厢的倾斜角度。从而达到高速，安全，舒适转弯。运用摇摆式车架，摆式列车能够透过讯号系统知道前面路轨的弧度，准确改变每一车辆的倾侧，使乘客感觉不到晕车和侧倾。而且还提高列车的行车速度，减少行车区间的时间，加数各地之间的联系，和产品的流通，贸易往来，提高人们工作效率。

1.2 设计要求

优化传动布置，合理分配个构件。

设备最重要的是安全，高速，舒适，选择材料制作。

主要针对原有老式列车存在的速度低，容易侧翻问题，通过实地调研、资料检索，进行实验研究，分析问题根源。

1.3 虚拟样机建模

以三维造型软件UG6.0为平台，建立车架零部件的三维实体模型，并通过虚拟装配，构建摆动式车架整机三维实体模型，完成虚拟样机建模。

1.4 虚拟样机仿真分析研究

由于老式列车的车身没有灵活性，速度低，转弯容易侧翻等问题，主要是由于车体的不合理，构件间受力不均匀造成。

整个过程的理解分析。都有液压缸的受载荷分析；液压动力：等比杠杆，弹簧等的各项分析。

2.摆动式支架强度分析

车架的有限元分析如图1所示。在车架进行运动仿真的时候，进行个受力分析的到受力图。

应用约束和负载的原理是将负载应用于框架的活动负载，并对被动力施加约束。负载的具体数值根据200km/h电动汽车动力转向架的设计要求确定。各种作用力的方向根据实际情况给定。

车架的静强度分析主要是对驱动过程的极限载荷进行模拟，并对车架是否有足够的强度进行了探讨。200km/h电动车组动力转向架在静强度下分析几种情况：

竖向静载条件：车身垂直静载；电机竖向静载；齿轮箱竖向静载。

弧线经过情况：车辆的车身、电机、齿轮箱的竖向静载及动载；齿轮箱持续反扭矩；纵向连续牵引；齿轮箱的连续抗扭。

主支架的各方面静强度和疲劳强度的计算分析如下，而且应力许用应力和疲劳极限图判别静强度和疲劳强度根据得到的结论如下：

200km/hg高列车速组动力转向架构架满足静强度要求。

200km/h电动车组动力转向架构架满足疲劳强度要求。

相比之下，最弱的部分动力转向架的200km/h电动车组出现在弹簧套的下盖板的内边缘。

3.转向架载荷分析

高速动车组转向架构架侧梁和横梁为主构成， 侧梁是位于轮对和车体之间的载荷传递结构；由齿轮箱吊座，电机吊座，定位臂座，制动吊座等，横梁由上下两部分组成。本文依据构架的运動特征，框架竖向荷载和横向荷载系统分解为四大基本荷载：荷载线的起伏和侧的滚动荷载和扭转荷载和荷载横向荷载，如图2所示。前3个荷载与桥箱弹簧的竖向荷载有关，后者与定位和旋转臂的侧向荷载有关。

高速动车组对车架的载荷比较复杂，具体体现在：一是车架的载荷包含多个基本的载荷系列，在实际使用条件下对系统的负载情况都有一定的相关性，是不同步的，当各自编制的加载谱（即，实验载荷谱）不能再现负载特性的关系，并从结构可靠性试验评价和设计的角度来看，载荷谱有一个静态的属性，因此，车架的载荷谱应转换为静载荷。

4.结论

通过设计优化高速列车摆动式机架方案，选择合理选材，合理设计摇摆试机架的整体结构及各项指标。运用三维造型软件UG6.0辅助画图，建立摆动式机架的三维模型。完成虚拟样机建模。通过UG与动力学仿真软件ADAMS之间的数据交互，对新摆动式机架虚拟样机进行参数化处理。

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作者简介：

尚玉坤（1986-），男 ，汉族，山东济宁人，本科，2012年毕业于山东大学获得学士学位，现任教于山东协和学院机电工程学院，从事教学工作。