1、現代鐵道車輛設計概論現代鐵道車輛設計概論及及轉向架懸掛系統設計轉向架懸掛系統設計西南交通大學機械工程學院傅 茂 海2011-5-20現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系主要內容主要內容現代車輛設計概論現代車輛設計概論 一、現代車輛設計的基本過程一、現代車輛設計的基本過程 二、不同設計階段的主要工作內容二、不同設計階段的主要工作內容實例：車輛轉向架懸掛系統設計實例：車輛轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論現代車輛設計概論現代車輛設計概論

2、及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 一、現代鐵路車輛設計的基本過程一、現代鐵路車輛設計的基本過程鐵路車輛鐵路車輛 是一種運載工具，包括： 客車(動車和拖車）、貨車和城軌車輛； 服務對象： 旅客、貨物 基本要求： 安全，舒適，可靠現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系1. 1. 現代車輛設計與傳統設計的主要區別現代車輛設計與傳統設計的主要區別 傳統設計方法傳統設計方法( (經驗設計經驗設計) ) 設計（根據經驗）設計（根據經驗） 試制試制 試驗試驗 改進改進 試驗試驗 改改進進 產品產

3、品 周期長周期長, ,成本高成本高, ,成功率低成功率低 現代設計方法現代設計方法( (科學設計科學設計, , 仿真設計或虛擬樣機設計仿真設計或虛擬樣機設計) ) 設計設計 計算機仿真計算機仿真 試制試制 試驗試驗 改進改進 試試驗驗 產品產品 周期短周期短, ,成本低成本低, ,成功率高成功率高一、現代車輛設計的基本過程一、現代車輛設計的基本過程現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 2. 2. 現代車輛設計基本過程現代車輛設計基本過程現代車輛設計的四個階段現代車輛設計的四個階段: 階段1：概念設計（項目策劃） 階段2：詳細方案設

4、計 階段3：技術設計及施工設計階段 階段4：產品試制、測試、試驗和改進完善階段 成熟的產品成熟的產品 商品商品現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系1 1. . 概念設計（項目策劃）概念設計（項目策劃） 1 1）. .了解項目的性質了解項目的性質, ,采取不同的策略采取不同的策略 研究型研究型( (試驗型試驗型) )項目項目: : 可以采用許多新的技術,甚至可以做一些開創性的研究工作,成功和失敗共存, 作為技術跟蹤和技術儲備； 工程化工程化(商品化商品化) )項目項目: : 主要應采用成熟、可靠的技術，進行集成，確保項目的成功率和產

5、品的商品化。二、不同設計階段的主要工作內容二、不同設計階段的主要工作內容現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系A. 了解項目的詳細信息了解項目的詳細信息 產品的規模（批量） 行車里程/每年 最大運行速度 內部設備、設施及其要求 定員（客車、城軌車）或載重（貨車） 用戶指定的裝置和系統 使用環境（溫度，濕度，海拔） 對美工、人機工程等等工業設計的要求 維護要求 2 2）概念設計的主要工作內容）概念設計的主要工作內容現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系A. 了解項目的詳細信

6、息了解項目的詳細信息可利用的技術、配件和裝備 預見可能出現的問題和困難能承擔的風險（包括財政和技術上） 所要遵守和滿足的標準 與相關結構的接口及參數工藝設備和制造能力B. 技術查新技術查新 了解國內外類似項目的進展情況和技術水平,知識產權的保護(專利)。 現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系C. 基本方案構建基本方案構建 獲得產品的基本信息和要求后,制定項目設計規劃書，提出項目的技術路線和總體方案設想，對其可行性、經濟性、工藝性和技術合理性進行詳細分析，提出基本模式。D. 任務的執行者任務的執行者 外委設計咨詢公司、項目經理或總體

7、組承擔，貫穿項目的全過程。 概念設計階段應周全、詳盡，為產品的進一步設計奠定基礎。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 1 1）. .主要結構的選擇和確定主要結構的選擇和確定 根據概念設計確定的方針、路線和模式，設計詳細的技術方案，選擇和確定主要結構。 2 2）、主要尺寸和參數的確定，虛擬樣機設計）、主要尺寸和參數的確定，虛擬樣機設計 利用現有的計算和分析手段，對基本方案的可行性進行分析，對結構和參數進行優化研究，提出主要技術參數、性能參數和基本尺寸。 虛擬樣機設計的主要包括運行性能（動力學性能）、安全可靠性（靜強度、動強度和動應

8、力分析等）的仿真分析。 3 3）、完善方案設計）、完善方案設計 根據理論分析結果，完善設計方案。提出方案設計審查文件。2 2、詳細方案設計的主要工作內容、詳細方案設計的主要工作內容現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系車輛動力學計算機仿真車輛動力學計算機仿真 一、車輛和線路的一些動力學性能特點一、車輛和線路的一些動力學性能特點(一)實際車輛是一個多體多自由度系統(二)車輛零部件的非線性1.彈性元件的非線性2.阻尼非線性3.游間和止檔（三）輪軌關系1.輪軌接觸幾何關系2.輪軌間的蠕滑（四）車輛蛇行運動及其臨界速度（五）輪對的運動現代車

9、輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系一、車輛和線路的一些動力學性能特點一、車輛和線路的一些動力學性能特點（六）線路實際情況1.線路隨機不平順2.曲線地段和道岔3軌道的彈性（七）車體、轉向架、輪對、軌道是一個完整的大系統現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系美國線路功率譜現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法（一）車輛動力學仿真的內容車輛動力學仿

10、真的主要內容有以下幾個方面：1）預測車輛在線路上運行時，在各種激擾情況下的響應。如零部件之間的相對位移和速度，相互作用力和加速度，輪軌之間的作用力以及車輛垂向和橫向的運行品質和平穩性指數。2）預測車輛在通過曲線和道岔時的相互作用力、車輪沖角、脫軌系數、磨耗功率和磨耗指數等各項與安全、阻力、壽命有關的指數。3）研究車輛蛇行運動，確定車輛蛇行運動失穩的臨界速度，采取措施使車輛蛇行運動臨界速度超過其最高運行速度。4）研究車輛所采用的零部件對車輛各項運行性能的影響和優化車輛性能。5）研究車輛運行時對所運人員及特殊設備的影響。6）研究車輛運行時車輛外形的包絡線與車輛限界的關系等。現代車輛設計概論及轉向架

11、懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法(二)車輛動力學仿真的原理和方法1)建立實際車輛的力學模型。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法(二)車輛動力學仿真的原理和方法2)建立車輛運行時的數學模型，即建立車輛在線路上運行時的動力學方程 pxKxCxM 3)選用合理的數學方法解線性或非線性運動方程。4)編制計算機仿真軟件或利用成熟的軟件。5)計算機根據軟件

12、的各項指令進行各種處理和運算，輸出仿真所需要的各項結果。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法二、車輛動力學仿真的目的、原理和方法(三)仿真軟件通用軟件有很多，如SIMPACK、NUCARS等。(四)車輛動力學仿真實例車 體 橫 向 平 穩 性 指 標 W y1.752.002.252.502.753.003.253.503.754.00406080100120130運 行 速 度 V（ km/h）Wy空 車 ， 較 好 線 路空 車 ， 一 般 線 路重 車 ， 較 好 線 路重 車 ， 一 般

13、 線 路車 體 垂 向 平 穩 性 指 標 W z1.752.002.252.502.753.003.253.503.754.00406080100120130運 行 速 度 V（ km/h）Wz空 車 ， 較 好 線 路空 車 ， 一 般 線 路重 車 ， 較 好 線 路重 車 ， 一 般 線 路現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系

14、有限元分析有限元分析分析軟件： 在我國工程界比較流行被廣泛使用的大型有限元分析軟件有MSC.NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、I-deal、MARC、COSMOS、ADINA和ALGOR等。相關標準： TB/T1335-1996鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范 UIC 標準 AAR標準 現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系離散圖現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系有限元分析有限元分析模型建立（離散）： 單元選擇（板殼、實體、梁等）約束條件： 剛性約束 彈性約束載

15、荷施加： 垂向 橫向 縱向（拉伸、沖擊） 扭轉 頂車 結果處理： 變形 應力（主應力、當量應力） 現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系中中梁梁變變形形圖圖現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 4 4）、大部件結構設計）、大部件結構設計 根據理論分析結果，完善設計方案。提出方案設計審查文件。 5 5）、方案設計審查）、方案設計審查 廣泛聽取不同意見和建議，取得有關專家和用

16、戶的認同。 6 6）、修改和完善設計方案）、修改和完善設計方案 7 7）、任務的執行者）、任務的執行者 項目經理或總體組成員，主要技術設計師，工藝師（設計工藝并行）。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 1 1）. .性能預測和評估性能預測和評估 進一步對其運行品質、安全可靠性、壽命進行預測和評估。 2 2）、細部結構設計）、細部結構設計 3 3）、施工圖設計）、施工圖設計 4 4）、工藝技術設計）、工藝技術設計 5 5）、工藝文件制定和工裝設計）、工藝文件制定和工裝設計 6 6）、生產和試制準備）、生產和試制準備 7 7）、任務

17、的執行者）、任務的執行者 項目經理、總體組成員，技術設計師、工藝設計師。 3 3、技術及施工設計的主要工作內容、技術及施工設計的主要工作內容現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 1 1）、產品試制）、產品試制 2 2）、尺寸、主要參數測試）、尺寸、主要參數測試 目的在于驗證設計觀念和具體細節。 3 3）、出廠前調試）、出廠前調試 4 4）、試驗）、試驗 臺架試驗：靜強度試驗、疲勞強度試驗、結構的動態特性試驗、滾動振動臺試驗等； 線路試驗：動力學性能試驗，牽引和制動性能試驗，電器系統、網絡、控制、通訊等相關試驗。 確定所設計的產品是

18、否具備之前預想的性能。4 4、試制、測試、試驗和改進完善階段、試制、測試、試驗和改進完善階段現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系車輛動力學性能試驗車輛動力學性能試驗 正線試驗環形線試驗臺架模擬試驗整車試驗零部件性能試驗試驗現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系轉向架性能參數測試一、零部件性能試驗一、零部件性能試驗現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 一、零部件性能試驗一、零部件性能試驗 車輛上有些零部件的性

19、能直接影響車輛的運行品質，在整車試驗前或檢修之后要通過試驗考核實際性能是否符合該零部件規定的性能，例如高速車輛輪對的動平衡試驗、懸掛中的彈簧要通過特性試驗、空氣彈簧、節流孔和液壓減振器要進行試驗測試其性能等。 為了保證組裝后的部件的技術參數滿足設計要求，其各零部件需要經過選配安裝，組裝后還要進行整體試驗。例如高速車輛的轉向架在組裝后要求進行參數測試。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系二、車輛整車試驗二、車輛整車試驗車輛整車試驗有臺架模擬試驗、環形道試驗和正線線路試驗三種。（一）臺架模擬試驗1. 滾動試驗臺：用滾輪模擬鋼軌，車輛的

20、輪對架設在滾輪上。滾動試驗臺主要用來測試車輛蛇行運動的臨界速度。2. 振動試驗臺：把車輛放在試驗臺上，用液壓作動器給車輪各種激擾，模擬線路不平順給車輪的作用。 在試驗以前先要在線路上采集某一特定區段車輛運行時的各種輪軌激擾信號，存儲在數據庫中，在試驗時把信號變成各種指令使作動器在輪對上實現，重現輪對在線路上的激擾，從而模擬車輛在線路上運行情況。根據安裝在車輛上的傳感器發出的信號從而測得車輛的各種響應。3. 整車滾動、振動試驗臺滾動、振動試驗臺是把滾動和振動試驗臺合成一個試驗臺。臺架試驗的優點是試驗方便，各種方案比較時，更換零部件方便，試驗成本低，在一定條件下能夠優化性能。現代車輛設計概論及轉向

21、架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系（一）臺架模擬試驗現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系（二）環形線試驗 為了能有充分的時間對車輛進行試驗而不影響營業線上列車的運行，我國在鐵道科學院的試驗基地內專門建筑了環形試驗線。環形線有一個大環和一個小環，大環全長9km，曲線半徑為1432m，超高hse=105mm；小環全長為8.5km，曲線半徑為1000m，超高hse=120mm，另外在小環中還設有R=800m，R=350m的小曲線段和直線段。由于環形試驗線是專門的試驗線路，因此試驗條件和設備比較

22、完整，試驗不受任何干擾。環形線比較接近實際線路，但環形線終究不是實際正線。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系（三）線路試驗（三）線路試驗1. 試驗線路區段的選擇試驗線路區段的選擇 試驗線路應有典型性，能代表車輛運行區域的基本情況。試驗區段確定之后，要詳細了解該區段線路的基本特點，以便確定試驗時在何處采集數據。2. 試驗車輛的準備工作試驗車輛的準備工作 試驗前先確定測試部位，安裝傳感器和能表示車輛在線路上位置的信號。 線路試驗時，在

23、試驗列車中，除牽引的機車和被試車輛外，還要加掛一輛試驗設備車（簡稱試驗車）和隔離車。 試驗車中安裝各種測試儀表和記錄儀表，被試車輛中測到的各種數據信號，通過有線和無線的方式輸送到試驗車的儀表中，經過數據處理后送入存儲數據的儀表中。 隔離車是把被試車輛和機車隔開，減少機車對測試的影響。3. 數據處理數據處理 試驗結束后，對所測得的數據進行整理。最后整理成試驗報告供有關部門審查，經鐵道部批準后才能批量生產和投入使用。 在相關試驗標準中對車輛動力學試驗有各項具體規定。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系鐵路正線試驗是在營業線路上進行的，

24、一次試驗要影響很多列車正常運行，試驗的代價很高，一般只有在對車輛最終考核時，才在正線上進行試驗。 總之，只有實車實線試驗最能反映車輛在線路上的真實情況，因此國內外的機車車輛的鑒定標準仍基于線路動力學試驗結果，線路試驗線路試驗結果是評定車輛運行性能的唯一依據結果是評定車輛運行性能的唯一依據。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 5 5）、技術審查）、技術審查 6 6）、運行考核）、運行考核 7 7）、完善和改進設計）、完善和改進設計 根據測試、運行考核的進行，也許需要對設計作出修改和完善，確定最終的設計方案。現代車輛設計概論及轉向架

25、懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 可靠性：靜強度和疲勞強度應滿足有關標準的可靠性：靜強度和疲勞強度應滿足有關標準的要求（要求（TB/T1335-1996TB/T1335-1996及相關標準）及相關標準） 穩定性、舒適性、安全性：動力學性能滿足有穩定性、舒適性、安全性：動力學性能滿足有關標準的要求（關標準的要求（GB/T5599-1985GB/T5599-1985）。動力學性能）。動力學性能與轉向架懸掛參數息息相關。與轉向架懸掛參數息息相關。一、轉向架的運行性能一、轉向架的運行性能現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計

26、機車車輛工程系機車車輛工程系 我國評定車輛動力學性能的標準是我國評定車輛動力學性能的標準是GB/T5599-1985GB/T5599-1985鐵道車輛鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范，軌行機械、特種車輛和長動力學性能評定和試驗鑒定規范，軌行機械、特種車輛和長大平車采用大平車采用GB/T17426-1998GB/T17426-1998鐵道特種車輛和軌行機械動力學鐵道特種車輛和軌行機械動力學性能評定及試驗方法，包括以下幾個方面：性能評定及試驗方法，包括以下幾個方面： 安全性及曲線通過性能安全性及曲線通過性能 穩定性穩定性 平穩性（舒適性）平穩性（舒適性）1. 1. 鐵道車輛動力學性能鐵道車輛動

27、力學性能現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 評定指標評定指標： 輪軌橫向力輪軌橫向力QQ 輪軸橫向力輪軸橫向力HH 脫軌系數脫軌系數Q/PQ/P 輪重減載率輪重減載率P/PP/P 傾覆系數傾覆系數D D 磨耗功率和磨耗指數磨耗功率和磨耗指數 1.1 安全性及曲線通過性能現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系輪軌橫向力Q是指車輪和鋼軌之間橫向作用力，包括輪軌間接觸點的法向力的橫向分量和橫向蠕滑力。 GB/T5599-1985規定，Q允許限度采用以下標準。a.道釘撥起，道

28、釘應力為彈性極限時的橫向力標準: 這里Pst為車輪靜輪重。b.道釘撥起，道釘應力為屈服極限時的橫向力標準:主要影響參數：Kpx、Kpy、Kpz、Ksy、 stSPQ3 . 029stbPQ3 . 019現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 輪軸橫向力H是指輪對和鋼軌之間橫向作用力。 GB/T5599-1985規定，輪軸橫向力H允許限度采用以下標準。 對于木枕： (最大值) (平均值) 對于鋼筋混凝土枕： (最大值) (平均值) 這里Pst為車輪靜輪重。 主要影響參數：Kpx、Kpy、Kpz、Ksy、 )310(85. 02!sts

29、tPPH)210(85. 02!ststPPH)251 (85. 02!ststPPH)351 (85. 02!ststPPH現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 脫軌系數Q/P是指車輪同一側輪軌橫向力Q和垂向力P的比值，它綜合反映了輪軌橫向力和垂向力的變化情況，是評定車輛脫軌安全性的重要指標。 GB/T5599-1985規定，當橫向作用力Q的作用時間大于0.05s時，脫軌系數Q/P（輪對爬軌）采用以下標準。 第一限度（容許限度）: 第二限度（安全限度）: 式中:為爬軌側車輪作用于鋼軌上的橫向力，kN; 為爬軌側車輪作用于鋼軌上的

30、垂向力，kN。 主要影響參數：Kpx、Kpy、Kpz、Ksy、Cpz、Csz、 2 . 1PQ0 . 1PQ現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 當輪軌間橫向作用力的作用時間小于0.05s時，容許的脫軌系數（輪對跳軌）：t:輪軌橫向作用力Q的作用時間tPQ04. 011現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 輪重減載率P/PP/P是指車輪減載量與平均輪重的比值。 GB/T5599-1985規定，輪重減載率 P/PP/P采用以下標準(準靜態工況）。 第一限度（容許限度）:

31、 第二限度（安全限度）: 式中: P P為車輪減載量為車輪減載量，kN; 為平均輪重，kN。 動態工況（直線高速運行）：可采用動態輪重減載率 主要影響參數：Kpx、Kpy、Kpz、Cpz、Csz、Kphx、 65. 0PP6 . 0PP85. 0PP現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 傾覆系數D是指車輛在橫向力的作用下，一側車輪增載，一側車輪減載，車輛一側垂向力的變化量與靜止是的垂向載荷的比值，稱為傾覆系數。 GB5599-85規定，傾覆系數D采用以下標準。主要影響參數：Kpy、Kpz、Ksz、Cpz、Csz、Kphx8 . 0

32、D現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系這兩個指標都表示輪軌之間的磨耗程度。磨耗功率：是指輪軌間蠕滑率和蠕滑力的乘積，也表示車輪在鋼軌上的滑動程度，它主要表示踏面磨耗的程度。磨耗指數：是指輪軌橫向力和輪對沖角的乘積，它主要表示輪緣的磨耗程度。目前 GB5599-85還沒有磨耗指標的限度。主要影響參數：Kpx、Kpy、Csx、Mcp、 磨耗功率和磨耗指數磨耗功率和磨耗指數現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 主要指車輛蛇行運動穩定性，一般情況下采用以下方法判定：UICUI

33、C標準規定，軸箱上部構架上的橫向加速度連續標準規定，軸箱上部構架上的橫向加速度連續6 6個波的幅值超過個波的幅值超過0.8g0.8g，即視為，即視為轉向架蛇行失穩。轉向架蛇行失穩。AARAAR法：法： 車體最大橫向加速度車體最大橫向加速度AyAy1.5g1.5g， 車體最大橫向加速度的標準偏差車體最大橫向加速度的標準偏差0.26g0.26g， 二者取其一二者取其一主要影響參數：Kpx、Kpy、Csx、Csy、Mcp、1.2 蛇行運動穩定性現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 根源線路不平順 線路不平順：線路名義尺寸與實際尺寸之差。

34、分為局部不平順和隨機不平順。 局部不平順：如鋼軌接頭、三角坑、道岔等。 隨機不平順：線路不平順不是一個確定量，它因時因地而有不同值，它的變化規律是隨機的，具有統計規律，因而稱為隨機不平順，分為高低不平順、水平不平順、軌距不平順、方向不平順四種。 1.3 平穩性（舒適性）現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 我國車輛平穩性采用Sperling平穩性指數法進行評定。 GB/T5599-1985規定，運行平穩性用車體心盤偏離橫向1m處地板面的橫向及垂向平穩性指標和車體振動最大加速度來表示。新造客車、貨車的橫向及垂向平穩性指標應滿足GB/

35、T5599-1985的良好標準。 此外，GB5599-85規定貨車車體橫向最大振動加速度應小于0.5g，垂向最大振動加速度應小于0.7g。 主要影響參數：Ksy、Ksz、Csy、Csz、Kphx平穩性（舒適性）評定標準現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系GB5599-85（GB/T5599-1985)標準現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系GB/T17426-1998標準現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程

36、系AAR動力學性能標準現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 垂向懸掛設計輸出其它減振裝置橫向懸掛二、懸掛系統設計要求二、懸掛系統設計要求現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系懸掛裝置分類、組成 按位置分類： 軸箱懸掛（第一系懸掛） 中央懸掛（第二系懸掛） 按方向分類： 垂向

37、懸掛 橫向懸掛二、懸掛系統設計要求二、懸掛系統設計要求現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 垂向懸掛設計輸出其它減振裝置橫向懸掛懸掛系統設計內容懸掛系統設計內容現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系導向安全性要求輪重車體側滾運動(包括風力）平穩性頻率分離垂向懸掛垂向懸掛現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 穩定性曲線通過性能橫向平穩性安全性軌距及限界制動系統齒輪箱橫向懸掛橫向懸掛現代車輛設計概論及轉向架懸掛

38、系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 平穩性穩定性減振裝置減振裝置現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 電機和齒輪箱懸掛縱向動力學標準裝載對象（旅客或貨物）的特殊要求其他需要考慮的因素其他需要考慮的因素現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 線路扭曲及順坡曲線參數(半徑、超高、緩和曲線、允許欠超高)軌道不平順軌頭形狀、軌底坡豎曲線環境參數(溫度、風力等)設計輸入（已知條件）設計輸入（已知條件） 線路線路現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統

39、設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 最大運行速度軸距車輪踏面形狀載重車體質量、轉動慣量車體模態簧上及簧下質量容許的軸重、輪重差設計輸入（已知條件）設計輸入（已知條件）車輛車輛現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 軸箱彈簧輪對徑向（導向）及定位裝置空氣彈簧抗側滾扭桿牽引裝置減振裝置止擋電機吊掛和齒輪箱安裝懸懸 掛掛 系系 統統 組組 成成現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 功能限制因素其他設計輸出類型軸箱懸掛現代車輛設計概論及轉向架懸

40、掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系功能支承車體及轉向架構架重量聯系簧上和簧下質量吸收和緩解振動滿足蛇行穩定性要求適應曲線通過軸箱懸掛現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系軸箱彈簧 鋼簧 橡膠（人字形，錐形等） 鋼簧+橡膠定位裝置： 轉臂、拉桿、導筒、導柱、橡膠定位器、導框、干摩擦、徑向裝置等軸箱懸掛類型現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系轉臂定位裝置現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工

41、程系機車車輛工程系轉臂定位裝置1-系轉臂；2-軸箱；3-底部壓板；4-一系垂向減振器；5-止擋管；6-凸臺；7-彈簧套；8-螺旋彈簧； 9-錐形套；10-拄形橡膠套；11-錐形銷。現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系彈性節點+雙拉桿定位裝置現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系拉板定位裝置現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系錐形橡膠堆定位橡膠定位裝置現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向

42、架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系人字形橡膠堆定位現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系錐形橡膠堆復合彈簧定位現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系錐形橡膠堆復合彈簧定位現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系雙橡膠圓簧定位現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 利諾爾減振器定位現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系

43、統設計機車車輛工程系機車車輛工程系雙斜契減振器定位現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系軸箱彈簧類型鋼簧優點:靜、動態剛度變化小，垂向特性呈線形，壽命長，成本低，受溫度變化小 缺點:無阻尼，高度大，縱橫向剛度線形、不易控制橡膠彈簧優點:有阻尼，高度小，縱橫向剛度易控制，三向剛度具有非線形缺點:壽命短，動態剛度變化大，受溫度的影響大現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 約束條件限制因素垂向:載重,變形,動態性能，空間大小橫向:空間大小、制動系統性能垂向輪重減載,脫軌,輪軌

44、力,吸振橫向穩定性/曲線通過性能:由彎曲剛度和剪切剛度確定現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 其它結構壽命,重量其它維護、保養環境:溫度,污染防火美觀制造數量,表面質量,合適的高度,安裝現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 設計輸出三向靜態剛度三向動態剛度阻尼值的大小位置空間尺寸安裝方法現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系結構轉臂關節定位裝置現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸

45、掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 功能 提供縱向定位剛度，而不增加橫向剛度 提供輪對搖頭剛度，滿足穩定性要求導向，便于通過曲線現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系結構功能 優缺點特性 類型 設計輸入 設計輸出空氣彈簧現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 結構：氣囊氣室緊急彈簧管路節流閥附加氣室空氣彈簧現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系空氣彈簧組成空氣彈簧組成現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代

46、車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 功能垂向支撐車體重量控制車體側滾吸收車體振動能量滿足軌道扭曲不平順 橫向適應車體相對構架的縱、橫向運動滿足車輛通過曲線時的縱向及橫向變形吸收振動提供轉向架抗蛇行運動的剛度和阻尼空氣彈簧現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系優點： 垂向非線形，剛度小 能滿足橫大縱向大變形的要求代替搖枕 能滿足橫向大變形的要求代替搖動臺 重量輕 成本低空氣彈簧現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計現代車輛設計概論及轉向架懸掛系統設計機車車輛工程系機車車輛工程系 缺點： 需要較大的空間 抗側滾剛度低 壽命較短（相對于鋼簧）