摘 要

随着我国高速铁路的快速发展，列车速度在不断增加，人们对列车运行的可靠性、安全性及平稳性有着更高的要求。转向架作为铁路列车的主要部件，对列车的性能有着很大影响，也是影响高速动车组发展的关键部件。所以更多地对转向架结构研究和分析对增加车辆运行的安全性有很大作用，是提高车辆各方面性能的关键。

本文首先对转向架的国内外发展进行了解，并对转向架的结构特点进行深入地研究，然后以CRH3动车组拖车转向架作为研究对象，对转向架的结构进行设计，并利用SolidWorks软件进行三维建模；在部件的强度分析方面，由于构架是转向架中的重要部件，对转向架的性能有着很大的影响，因此选取构架为研究对象，使用ANSYS Workbench对转向架构架进行静力学分析及模态分析，研究构架是否符合相关要求。本文通过相应的结构设计与分析将为以后对转向架性能的提升提供参考。

关键词：转向架；铁路车辆；转向架构架；静力学分析；模态分析

Abstract

With the rapid development of Chinese high speed railways and the train speeds are increasing, people have higher requirements for the reliability, safety and stability of train operation. As the main component of railway trains, bogies are also the key components affecting the development of high-speed EMUs. Therefore, more research and analysis of the bogie structure is the key to increase the safety of vehicle operation and improve the performance of all aspects of the vehicle.

In this paper, the development of bogies at domestic and foreign is analyzed, and the structural characteristics of the bogie are deeply studied. Then, the CRH3 EMU trailer bogie is taken as the research object, the bogie is designed the structure, and is modeled by using the SolidWorks software. In terms of strength analysis of components, the frame is an important component in the bogie, and it has a great influence on the performance of the bogie, so the bogie frame is selected as the research object. The ANSYS Workbench was used to perform static analysis and modal analysis of the bogie frame to study whether the frame meets the relevant requirements. Through the corresponding structural design and analysis, this paper will provide reference for the future improvement of bogie performance.

Key words: bogie; railway vehicle; bogie frame; static analysis; modal analysis

目录

摘要 I

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外现状 1

1.3主要研究内容 3

第二章列车车辆转向架结构设计 4

2.1转向架的概述 4

2.1.1转向架的基本作用及要求 4

2.1.2转向架的基本组成 4

2.1.3转向架的主要参数 5

2.2转向架的结构设计与建模 5

2.2.1轮对组成 5

2.2.2转向架构架结构设计 8

2.2.3轴箱及一系悬挂装置的结构设计 10

2.2.4二系悬挂装置结构设计 13

2.2.5基础制动装置 14

2.2.6转向架的总体装配 15

第三章 转向架构架的有限元分析 17

3.1有限元理论简介 17

3.1.1有限元法基本思想 17

3.1.2有限元软件分析步骤 17

3.2有限元分析软件ANSYS Workbench简介 17

3.3转向架构架的有限元模型的建立 18

3.3.1构架有限元模型的导入与简化 18

3.3.2有限元模型的前期处理 19

3.3.3模型网格的划分 20

3.4转向架构架静力学分析 22

3.4.1构架强度试验方法 22

3.4.2 载荷计算 23

3.4.3施加约束与载荷 25

3.4.4静力学分析结果 25

3.4.5静力学分析结果评定 30

3.5转向架构架的模态分析 31

3.5.1模态分析概述 31

3.5.2构架模态分析的评价原则 31

3.5.3构架的模态分析 31

第四章 总结与展望 36

4.1工作总结 36

4.2展望 36

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着我国高速铁路在不断地发展,列车运行速度也在不断增加，对列车的平稳性和安全性提出了更高的要求。作为列车之中非常重要承载部件的转向架，对于列车运行对轨道的冲击的缓和能力、安全性、平稳性及曲线通过等能力起到了非常重要的作用，同时也对当前高速动车组的发展有很大影响，更多地对转向架结构进行研究对增加车辆运行的安全性有着很大作用，也是提高车辆各方面性能的关键。

因此本文对转向架结构的相关研究与分析对今后研究出更高速更安全更舒适的铁路列车打下坚实的基础。

1.2国内外现状

通过查阅高速铁路技术的相关资料,可以知道当今世界各国列车转向架相关技术的发展状况。

法国TGV的转向架到现在经过了三代的发展，其中第一代是TGV-PSE，其转向架采用的主要有Y230型以及Y231型;而到了第二代TGV-A使用的转向架是Y237型，转向架性能有了进一步的提高，在1989年投入后的正常时速达到了300km/h,而其最高试验速度为515 km/h,空气弹簧的使用让以前高达10Hz的高频振动减少到0.7-0.75Hz，大大提高了列车运行时的稳定性；最新研制的第三代使用的是Y237-A型转向架，其作用是满足增多的客运量，用在TGV-2N型的双层列车，它的使用让载客量提升了45%。Y237-A型转向架其实就是在Y237 转向架的基础上进行了改进，为了使列车总重不发生明显变化，Y237-A型转向架使用的是轻量化设计，相比Y237型减重了近1t^[1]。

德国柏林工业大学在2002年研制成功的Leila快速货车转向架较之前相比是轻量化、低噪声的。该转向架轴重16t时，最高运行速度达到了160km/h，在轴重22.5t时，最高速度也能达到120km/h。该转向架自重轻而且轴距小，比Y25型转向架的自重减少了将近1.5t，而运行时的噪声也减小了18-23dB^[2]。