基于結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的高速動力車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架輕量化研究

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1、西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3頁上下都裝有緩沖橡膠，內(nèi)部設(shè)置了溢流閥，這就不會因軌道不平順產(chǎn)生大的阻尼力。法國Il’5J：二戰(zhàn)前，法國鐵路客車運用的幾乎全是美國的Pennsylvania型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架采用傳統(tǒng)的鑄鋼構(gòu)架，一系懸掛為軸箱導(dǎo)框加均衡梁結(jié)構(gòu)，中央懸掛采用搖動臺、板簧及搖枕的模式，承載方式為摩擦旁承加心盤的組合。在此基礎(chǔ)上，法國國鐵(SNCF)設(shè)計出了Y16、Y20、Y24、Y26型轉(zhuǎn)向架。在總結(jié)上述轉(zhuǎn)向架經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，SNCF于1967年研制出了Y30型轉(zhuǎn)向架和最高試驗速度為230km／h的Y28和Y207型轉(zhuǎn)向架，隨后又研制出新一代適合200km／h的Y32型轉(zhuǎn)向架。Y3

2、2型轉(zhuǎn)向架采用了H型焊接構(gòu)架，自1973年批量生產(chǎn)以來，一直是SNCF的主型轉(zhuǎn)向架。20世紀70年代以后，法國開始研制TGV高速列車，于1981年開始投入運營，至今已經(jīng)開始了四代高速動車組。第一代高速列車TGV—PSE的動力轉(zhuǎn)向架Y230是在法國燃氣輪動車組轉(zhuǎn)向架Y226型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，Y230型轉(zhuǎn)向架自重7．263t，采取了如下的輕量化措施來減輕轉(zhuǎn)向架的重量：采用無搖枕式轉(zhuǎn)向架；構(gòu)架由箱型的魚腹形側(cè)梁和橫梁組成，采用H形焊接結(jié)構(gòu)；齒輪箱體采用鋁合金鑄造。法國第一代高速動車組TGV—PSE的拖車采用Y231型鉸接式轉(zhuǎn)向架，它是從燃氣輪動車組拖車鉸接式轉(zhuǎn)向架Y229型發(fā)展而來的，Y231

3、型轉(zhuǎn)向架的自重為7．775t。由于Y231型轉(zhuǎn)向架在實際運行中，存在車體振動較大的問題，故改進為第二代高速列車鉸接式轉(zhuǎn)向架一Y237型，其自重為7．Ot。Y237型轉(zhuǎn)向架除在動力學(xué)性能上進行了改進以外，還對構(gòu)架進行了縝密的優(yōu)化設(shè)計，對其結(jié)構(gòu)進行了改進。同時，Y237的構(gòu)架采用A42FP鋼板焊接，使其重量減輕了170kg，達到0．8t。另外，還采用退火、噴丸等工藝，提高其疲勞壽命，再經(jīng)歷嚴格的疲勞試驗的考驗，以保證其30年的使用壽命。Y237一A型轉(zhuǎn)向架在Y237型轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上進行了局部的改進。其自重為6．Or。Y237．A型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架經(jīng)過強度優(yōu)化后重量減輕了170kg，用鋁合金貯風(fēng)缸代替全

4、鋼貯風(fēng)缸，采用空心車軸，每根車軸減重170kg，其他一些零件也采用類似的措施，使每臺轉(zhuǎn)向架減重1t以上。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4頁德副1’6l：德國的第1臺客車標準型轉(zhuǎn)向架于1890年研制成功。該轉(zhuǎn)向架采用鍛壓鉚接構(gòu)架，一系懸掛為軸箱導(dǎo)框加板簧，中央懸掛由中央板簧、搖枕、摩擦旁承和心盤組成。在此基礎(chǔ)上，于20世紀30年代，又開發(fā)出GSflitz系列轉(zhuǎn)向架和Minderr．Deutz型轉(zhuǎn)向架，后者采用了H型焊接構(gòu)架，一系懸掛為雙圓簧和雙拉板式定位裝置，中央懸掛由搖動臺、鋼圓簧、搖枕、摩擦旁承和心盤組成。德國ICE系列客車轉(zhuǎn)向架的發(fā)展是一個不斷嘗試與創(chuàng)新的過程。從ICEl的ET401動

5、車轉(zhuǎn)向架，到后來的SF600型轉(zhuǎn)向架，通過采用無搖枕機構(gòu)、H型焊接構(gòu)架、車輪小型化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等輕量化技術(shù)，使轉(zhuǎn)向架的性能逐步得到完善。其技術(shù)參數(shù)見表1—1。表1-1ICE系高速列車轉(zhuǎn)向架技術(shù)參數(shù)注：(動)——動車；(拖)——哼題車·1995年，德國聯(lián)邦鐵路(DB)和東日本鐵道株式會社達成協(xié)議，由德國TALBOT公司和日本住友(SUMIToM0)公司在B-5003型轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上聯(lián)合研制新一代高速轉(zhuǎn)向架，定型為JR21。該轉(zhuǎn)向架采用內(nèi)支承模式，其整體重量僅為4300kg，是目前世界上最輕的高速客車轉(zhuǎn)向架，其最高試驗速度為450km／h。我國鐵路客車轉(zhuǎn)向架經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，不論從結(jié)構(gòu)上、

6、技術(shù)參數(shù)上、材質(zhì)上，還是從性能上、安全可靠性上、運用檢修上都取得了巨大的技術(shù)進步。同時，在引進、吸收、消化國外客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)方面，也走過了很長的路，并在促進本國轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展方面起到了很大的作用。我國的準高速客車轉(zhuǎn)向架209HS將構(gòu)架、搖枕改鑄鋼為焊接結(jié)構(gòu)；西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5頁206KP型取消了搖動臺；CW系列轉(zhuǎn)向架采用了H型焊接構(gòu)架。時速200km／h及以上的高速客車轉(zhuǎn)向架采用了無搖枕結(jié)構(gòu)、空心車軸及自密封的圓錐軸承等措施等。這些措施在轉(zhuǎn)向架輕量化方面發(fā)揮了重要的作用，有效的降低了轉(zhuǎn)向架的自型‘刀。1．3本文的研究意義轉(zhuǎn)向架是高速客車的關(guān)鍵部件，它的應(yīng)用不僅提高了客車的運行

7、速度，同時還滿足了車輛良好的曲線通過性能和舒適性的需要。轉(zhuǎn)向架質(zhì)量占車輛質(zhì)量的20％～30％左右，隨著客車運行速度的不斷提高，為了更好地改善車輛的動力學(xué)性能，轉(zhuǎn)向架的主要承載件采用輕量化設(shè)計是發(fā)展的必然趨勢。構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)安裝和載荷傳遞的最重要部件之一，要求其結(jié)構(gòu)形式在滿足強度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能實現(xiàn)輕量化設(shè)計。本文首先對構(gòu)架筋板進行結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計，定量定出筋板的基本位置，然后再對構(gòu)架進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)