基于产品平台的动车组设计方法研究

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1、第一章绪论1．1动车组及其平台的发展和研究现状1．1．1动车组发展状况和趋势随着经济的发展和社会的进步，铁路运输作为一种非常重要的交通运输工具，其发展越来越受到人们的重视。动车组由于其安全性、快速性、舒适性等原因被很多国家所重视。动车组发展水平和未来发展趋势具体表现以下几个方面。(1)数量庞大，种类繁多。随着铁路客运和货运的发展，个性化需求愈加明显，使得机车设计和开发要求多样化。现在世界上共有动车组32400余列，共有动车和拖车128600辆，其中电力动车组约有21800列，内燃动车组10600列。这些动车组被90多个国家所运用【lJ。(2)动车组制造趋于轻量

2、化，运营速度不断提高。这一点在国外客运动车组车辆上表现非常显著。文献[2]提到日本新干线高速列车中的700系采用铝合金车体、铝合金轴箱和铝合金齿轮箱，同时采用无摇枕转向架来减少车辆重量。文献[3】提到日本500系动车组运营速度为300km／h，Star21试验车曾创机车时速为425km／h的世界记录，法国AGV(TGV系列第四代)运营时速将达到360km／h。(3)动力源多样化。文献[1]指出，牵引动力方式有电力、内燃、电力+内燃，同时还考虑燃料电池。随着能源日益紧张，必然会有更多种动力源的出现。(4)竞争激烈化和快速市场响应。机车行业内部的竞争和外部替代品的

3、竞争，使得机车制造公司不得不采取一系列措施来提高本身的竞争力，同时也是为了满足个性化需求以及快速响应市场的能力14】。(5)技术更新迅速，发展前景明朗。如日本新干线动车组从最初的电阻制动方式到现在的再生制动，最初的功率晶闸管控制到门极关断晶闸管控制，到现在的绝缘栅双极晶体管控制，技术更迭非常迅速【3J。同时，许多国家都开始引进或者运营动车组作为主要交通工具。●1．1．2国内外动车及其平台的发展水平铁路车辆产品平台发展比汽车产品平台晚，但自上世纪90年代，有六家国外的重要的机车制造公司已经相继建成了自己的机车车辆平台【51。于此同时日本、法国、德国、意大利等国的

4、动车组也开始尝试利用平台模式进行设计【31。第一章绪论内燃动车组方面，文献【5，6]中介绍的EMD公司的SD9043MAC内燃机车产品平台，该平台利用所建立的通用总体构架，再根据用户的不同需求，可安装3种不同型号的柴油机(最初设计安装两种，2006年升级之后增加一种)，以此提供不同的牵引力和功率等级。文献[7]qh介绍时速为200km／h的四种快速内燃动车组，包括庞巴迪公司的SuperVoyager，西门子公司的ICETD，阿尔斯通公司的Adelante和AnsaldoBreda公司的IC4。文献[8]介绍了Talgo公司出产的TalgoXXI型带变轨转向架的

5、内燃动车组，该车型采用液力传动。文献[9】介绍了Vossloh公司开发的液力传动机车平台。文献【10】介绍了阿尔斯通公司的PRIMA机车平台。在电力动车组方面，文献[3]详细介绍了包括法国TGV系列动车组、日本新干线系列动车组、德国ICE系列动车组、意大利ETR系列动车组等世界高速电力动车组。同时，具体介绍了若干系列包括新干线700系、TGV_D等的技术参数和结构参数。国外主要大型机车制造公司所拥有的电力动车组和内燃动车组产品如表1．1所示。在电力动车组方面法国、日本等发展较为迅速，内燃动车组方面庞巴迪公司占了大量的市场份额。表卜1国外大型机车制造公司的动车组

6、产品2第一章绪论国外具有数十种机车产品平台，然而我国却没有一个自主的机车平台，更谈不上动车平台。近年来先后引进了多个动车平台作为开发原型，进行自主动车组产品的研究，表1．2列举了近年来引进的动车平台产品。这些平台产品的原型大都是来源于日本新干线、法国TGV、德国ICE等产品系列中的某一种或者是六大机车车辆公司的一些平台产品。表1—2我国引进的动车平台产品1．2产品平台的研究现状产品平台的概念有很多种不同的定义，最为广泛被引用的是著名学者Meyer将其定义为被一系列产品所共享的零部件、子系统、接口和制造过程，利用它可以高效派生出新产品【11】。产品平台的开发模式

7、不像单一产品设计那样仅仅考虑单个用户需求，而是针对不同用户的多种需求展开的，这种开发模式不但降低了成本，而且可以满足更多的需求。近十年来产品平台一直被很多行业广泛采用，国内外很多高校和科研机构进行了不同方面的研究。文献[121以大规模定制为背景，建立特征参数与具体结构之间的映射关系，来实现对煤矿刮板运输机的平台设计。文献[13】从技术平台的方向综述了平台式设计模式对整个制造业的重要性，同时提出一系列整合方案。文献[14]以灵敏度、相似度、聚类分析等参数化分析工具，提出了一种可适应性第一章绪论的参数化产品平台的构建方法，同时以旋压切割机为实例验证了该方法的可行性

8、。文献[15】运用了模块化产品平台的概