基于结构拓扑优化的高速动力车转向架构架轻量化研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第3页上下都装有缓冲橡胶，内部设置了溢流阀，这就不会因轨道不平顺产生大的阻尼力。法国Il’5J：二战前，法国铁路客车运用的几乎全是美国的Pennsylvania型转向架。该转向架采用传统的铸钢构架，一系悬挂为轴箱导框加均衡梁结构，中央悬挂采用摇动台、板簧及摇枕的模式，承载方式为摩擦旁承加心盘的组合。在此基础上，法国国铁(SNCF)设计出了Y16、Y20、Y24、Y26型转向架。在总结上述转向架经验的基础上，SNCF于1967年研制出了Y30型转向架和最高试验速度为230km／h的Y28和Y207型转向架，随后又研制出新一代适合200km／h的Y32型转向架。Y3

2、2型转向架采用了H型焊接构架，自1973年批量生产以来，一直是SNCF的主型转向架。20世纪70年代以后，法国开始研制TGV高速列车，于1981年开始投入运营，至今已经开始了四代高速动车组。第一代高速列车TGV—PSE的动力转向架Y230是在法国燃气轮动车组转向架Y226型的基础上发展而来的，Y230型转向架自重7．263t，采取了如下的轻量化措施来减轻转向架的重量：采用无摇枕式转向架；构架由箱型的鱼腹形侧梁和横梁组成，采用H形焊接结构；齿轮箱体采用铝合金铸造。法国第一代高速动车组TGV—PSE的拖车采用Y231型铰接式转向架，它是从燃气轮动车组拖车铰接式转向架Y229型发展而来的，Y231

3、型转向架的自重为7．775t。由于Y231型转向架在实际运行中，存在车体振动较大的问题，故改进为第二代高速列车铰接式转向架一Y237型，其自重为7．Ot。Y237型转向架除在动力学性能上进行了改进以外，还对构架进行了缜密的优化设计，对其结构进行了改进。同时，Y237的构架采用A42FP钢板焊接，使其重量减轻了170kg，达到0．8t。另外，还采用退火、喷丸等工艺，提高其疲劳寿命，再经历严格的疲劳试验的考验，以保证其30年的使用寿命。Y237一A型转向架在Y237型转向架的基础上进行了局部的改进。其自重为6．Or。Y237．A型转向架构架经过强度优化后重量减轻了170kg，用铝合金贮风缸代替全

4、钢贮风缸，采用空心车轴，每根车轴减重170kg，其他一些零件也采用类似的措施，使每台转向架减重1t以上。西南交通大学硕士研究生学位论文第4页德副1’6l：德国的第1台客车标准型转向架于1890年研制成功。该转向架采用锻压铆接构架，一系悬挂为轴箱导框加板簧，中央悬挂由中央板簧、摇枕、摩擦旁承和心盘组成。在此基础上，于20世纪30年代，又开发出GSflitz系列转向架和Minderr．Deutz型转向架，后者采用了H型焊接构架，一系悬挂为双圆簧和双拉板式定位装置，中央悬挂由摇动台、钢圆簧、摇枕、摩擦旁承和心盘组成。德国ICE系列客车转向架的发展是一个不断尝试与创新的过程。从ICEl的ET401动

5、车转向架，到后来的SF600型转向架，通过采用无摇枕机构、H型焊接构架、车轮小型化和结构优化设计等轻量化技术，使转向架的性能逐步得到完善。其技术参数见表1—1。表1-1ICE系高速列车转向架技术参数注：(动)——动车；(拖)——哼题车·1995年，德国联邦铁路(DB)和东日本铁道株式会社达成协议，由德国TALBOT公司和日本住友(SUMIToM0)公司在B-5003型转向架的基础上联合研制新一代高速转向架，定型为JR21。该转向架采用内支承模式，其整体重量仅为4300kg，是目前世界上最轻的高速客车转向架，其最高试验速度为450km／h。我国铁路客车转向架经历了50多年的发展，不论从结构上、

6、技术参数上、材质上，还是从性能上、安全可靠性上、运用检修上都取得了巨大的技术进步。同时，在引进、吸收、消化国外客车转向架技术方面，也走过了很长的路，并在促进本国转向架技术发展方面起到了很大的作用。我国的准高速客车转向架209HS将构架、摇枕改铸钢为焊接结构；西南交通大学硕士研究生学位论文第5页206KP型取消了摇动台；CW系列转向架采用了H型焊接构架。时速200km／h及以上的高速客车转向架采用了无摇枕结构、空心车轴及自密封的圆锥轴承等措施等。这些措施在转向架轻量化方面发挥了重要的作用，有效的降低了转向架的自型‘刀。1．3本文的研究意义转向架是高速客车的关键部件，它的应用不仅提高了客车的运行

7、速度，同时还满足了车辆良好的曲线通过性能和舒适性的需要。转向架质量占车辆质量的20％～30％左右，随着客车运行速度的不断提高，为了更好地改善车辆的动力学性能，转向架的主要承载件采用轻量化设计是发展的必然趋势。构架作为转向架结构安装和载荷传递的最重要部件之一，要求其结构形式在满足强度和刚度的前提下，应尽可能实现轻量化设计。本文首先对构架筋板进行结构拓扑优化设计，定量定出筋板的基本位置，然后再对构架进行参数优化设