轉向架構架的案例
基于RADIOSS的地鐵車轉向架構架的靜強度分析
本文運用Altair公司的HyperMesh軟件建立了地鐵車轉向架構架的有限元模型，并參照UIC 615-4和JIS E 4208標準對構架施加載荷，采用RADIOSS求解器求解構架在各附
加工況下的應力，完成了構架的靜強度分析。
36_基于RADIOSS的地鐵車轉向架構架的靜強度分析_馮大建.pdf
基于RADIOSS的地鐵車轉向架構架的靜強度分析
本文運用Altair公司的HyperMesh軟件建立了地鐵車轉向架構架的有限元模型，并參照UIC 615-4和JIS E 4208標準對構架施加載荷，采用RADIOSS求解器求解構架在各附加工況下的應力，完成了構架的靜強度分析。
36_基于RADIOSS的地鐵車轉向架構架的靜強度分析_馮大建.pdf
自主CAE|基于PERA SIM的轉向架架構仿真分析
摘要：本文利用PERA SIM Mechanical通用結構仿真軟件完成了轉向架架構靜強度及模態分析仿真過程，從導入幾何模型開始，到網格劃分、材料指定、接觸創建、邊界及載荷施加，最終得到轉向架架構的位移、應力分布以及固有頻率、振型分布。
關鍵詞：轉向架架構；靜強度；固有頻率；振型
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引言
隨著鐵路運輸速度的不斷提高，作為列車重要組成部分的轉向架構架的運行條件也更加惡劣，其受到的振動頻率也不斷增大，人們對列車提速后安全性的關注度也越來越高。在列車的運行過程中，轉向架構架承受和傳遞來自各個方向的作用力，所以構架強度的好壞對列車的安全運行有著重要的影響。
本文基于PERA SIM Mechanical結構仿真軟件建立了轉向架架構靜強度和模態分析流程，獲得指定工況下的架構位移、應力分布以及固有頻率、振型分布。
問題描述
以某轉向架構架為研究對象，采用靜力學分析對構架強度進行校核，驗證其設計的合理性。為避免設計構架在列車運行時產生共振，導致結構失效，采用模態分析對構架計算其前六階固有頻率并獲得模態振型，以保證當前設計避開列車的共振頻率。
有限元模型的建立
1 模型建立
轉向架構架由兩個梯形結構和中間一根橫梁組成。為了加強結構強度，梯形結構上下梁之間有縱梁連接加固。橫梁與兩個梯形結構之間通過彈簧連接，梯形結構兩邊通過軸承與輪軸相連。
圖1 轉向架架構模型
2 網格劃分
為保證計算精度，整體模型單元大小設置為10mm，并使用一階單元（低階單元）進行計算來保證計算速度。網格劃分后，模型的單元數量為2632429。
展開 鐵路列車轉向架的主要構件及特性
本部分主要講述列車轉向架的主要構成零部件，包括它們的結構和它們的性能。根據轉向架的類型，零件變化范圍很廣。
圖1 輪對運行速度偏差
懸掛裝置在支撐列車車身方面扮演重要角色。它允許列車轉向架相對列車車身轉動，將列車車身與振動隔離開來，并且傳遞驅動力。
無搖枕轉向架有空氣彈簧，它允許較大的水平位移，同時也允許驅動轉移設備，在轉向架的轉動中心為車身傳遞驅動力。此外，無搖枕轉向架用于
圖2 DT50轉向架
無搖枕轉向架主要用于高速列車，有的高速列車有防偏航阻尼器，它在車身和轉向架邊梁的外側，它的作用是阻礙輪對的速度偏差，提高舒適性。
起初圓簧主要用于搖枕彈簧，用于支撐車身。然而，在20世紀60年代，空氣彈簧實現了商業化，并被用于高速列車。它們主要被用于短途列車，其優點是可以較大提高舒適性，因為它可以保持車身的高度。
轉向架框架，它主要是用來給各種轉向架裝置提供平臺，它是由邊梁和兩個十字交叉梁通過焊接而成，它的形狀是H形的。
上世紀50年代，采用壓力焊開發出了復合邊梁，這種結構在日本被制造大多數轉向架構架。邊梁和十字交叉梁的厚度由6mm增加到9mm。在一些高速列車轉向架框架發現缺陷后，在上世紀70年代又增加到了12mm。然而，在DT50上，由于結構簡單和焊接技術提升，轉向架框架采用8或9mm板材制造，主要目的是實現輕量化。最后，上世紀80年代，轉向架材料由SS400升級到SM400B，SM400B是一種用于制造焊接結構的軋制鋼。從DT50開始，一些轉向架十字交叉梁采用無縫鋼管制造，目的是降低重量和成本。
圖3 轉向架構件上的邊梁和十字交叉梁
軸箱懸掛，該種裝置通過轉向架構架的軸承支撐車軸。
展開 
CRH380B型動車組轉向架 附CRH380動車組轉向架模型總體設計3D數模 CREO設計 附STP
01 結構組成及特點
該轉向架分動力和非動力兩種，由輪對組成、彈性懸掛、構架枕梁、雙牽引拉桿裝置、基礎制動裝置及牽引傳動裝置組成。
輪對組成包括
動力輪對組成和
非動力輪對組成。動力輪對和非動力輪對的主要區別是：動力輪對在中部偏向一側安裝有齒輪箱，兩車輪兩側安裝輪盤制動盤；非動力輪對車軸上安裝有三個軸裝制動盤。
軸箱定位采用轉臂式。
一系懸掛由一組鋼彈簧（軸承正上方）、一系垂向油壓減振器、一系橡膠墊（隔振墊）以及相應的彈性節點組成。
轉向架軸距2.5m，構架為鋼板焊接結構，枕梁為鑄造鋁合金結構，構架橫梁和側梁連接處用鍛造過渡件代替板材焊接結構，提高局部結構可靠性。
二系懸掛由空氣彈簧、抗蛇形減振器（每架四個）、抗側滾扭桿（枕梁僅一側設一個）、二系垂向減振器（每架兩個，構架側梁外側）、二系橫向減振器、二系橫向緩沖器（或稱二系橫向橡膠止擋）組成。
牽引裝置采用
Z字形雙牽引拉桿，能適應車體與轉向架間較大的安裝角度差，落車工藝相對容易。
基礎制動裝置中采用
盤形制動方式，動力輪對為輪盤制動（兩處），非動力輪對采用軸盤制動（三處）。
牽引傳動（驅動）裝置因采用
架懸式牽引電機，所以動力轉向架構架下懸吊安裝電機吊架，電機吊架可相對構架橫向移動（板簧可變形，并設有電機吊架橫向減振器），其上的電機通過聯軸節與動力輪對一側設置的齒輪箱連接。
下載地址：CRH380動車組轉向架模型總體設計3D數模 CREO設計 附STP
展開 復合材料在高鐵中的應用
車體3D
（4）復合材料轉向架。機車車輛的轉向架是支承車體、保證列車平穩運行的重要部件，其構架是對強度和耐疲勞性能要求特別高的大型承載構件，德國AEG和MBB公司就在聯邦研究技術部的支持下，研制出世界上第一臺復合材料構架的轉向架，型號為HLD-E，設計速度200Km/h。繼德國之后，日本也試制成功CFRP轉向架構架，構架自重為0.3t，比普通鋼制構架減輕了70%，該構架測梁為CFRP層壓材料疊層結構，板厚16.4mm，橫梁采用纏繞成型，最高設計速度160Km/h。
高速列車轉向架
展開 CAE技術在高速動車組研發中的應用
根據計算結果，對設計參數優化改進，具體包括改進一系彈簧的剛度，車輪踏面形狀，空氣彈簧的性能，軸距等，同時根據優化改進后的參數對轉向架再次進行動力學仿真，直到得出滿足設計要求的最優設計參數。
在完成轉向架的系統設計后，開始轉向架零部件的設計，轉向架作為車輛的重要承載部件，其零部件的強度直接影響到車輛的運行安全性，在完成轉向架零部件設計后，需要應用CAE強度分析軟件對轉向架的各個零部件進行靜強度和疲勞強度分析，首先根據三維設計模型建立有限元模型，進行網格剖分，然后根據設計載荷和運行環境對有限元模型施加邊界條件，評估結果和結構改進建議提交給設計師，完成最終的設計。
典型例子就是CAE技術在轉向架構架設計中的應用，轉向架構架相當于轉向架的地基，是轉向架的各個零部件的載體，200公里轉向架構架是全鋼焊接構架，主要由側梁、橫梁、縱向輔助梁組成，在側梁、橫梁上焊接有各種零部件的安裝座，首先根據系統設計的要求，建立構架的主體框架尺寸，根據軸重要求，應用力學的相關知識計算得出側梁、橫梁、縱向輔助梁的初步截面尺寸，各個安裝座根據接口關系進行設計，在完成方案設計的三維模型后，首先應用有限元前處理軟件對構架進行網格剖分，然后應用強度分析軟件對構架進行強度分析，驗證構架的強度，調整安裝座的形狀，根據仿真結果對方案設計進行完善，得到最終設計方案。
通過CAE技術的應用，轉向架設計的周期大大縮短，為后期的試驗提供了時間，通過后期的試驗，驗證了仿真分析的準確性。
2.
展開 我國新一代碳纖維地鐵車輛全球發布
碳纖維車體
碳纖維轉向架
據中國中車科學家、中車四方股份公司副總工程師丁叁叁介紹，新一代地鐵車輛采用先進的碳纖維技術，車體、轉向架構架、司機室、設備艙及設備機體等均使用碳纖維復合材料制造，是大規模應用碳纖維復合材料的地鐵車輛。特別是成功突破碳纖維大型復雜件結構設計、制造成型等關鍵技術，實現了碳纖維復合材料在車體、轉向架構架、司機室等車輛主承載結構上的全面應用。
碳纖維使車輛實現大幅“瘦身”。
與采用鋼、鋁合金等傳統金屬材料相比，新一代碳纖維地鐵車輛的車體、司機室、設備艙分別減重30%以上，轉向架構架減重40%，整車減重13%。
“雖然在制造成本上要高于傳統金屬材料，但碳纖維復合材料更加輕量化，節能優勢明顯，并且具有優異的耐疲勞、耐候、耐腐蝕性能，可有效保證列車在30年服役期內不發生疲勞、腐蝕等失效，減少了維護量，因此能夠降低全壽命周期成本。”丁叁叁說，車身變輕后，也減少了對線路的損害。
為降低能耗，除了碳纖維輕量化技術，新一代地鐵車輛還配備新型高效節能的牽引系統。由傳統地鐵的異步電機升級到永磁同步電機直驅技術，并采用碳化硅變流裝置，大幅提升車輛的牽引效率。
據測算，新一代地鐵車輛可綜合節能15%以上。
展開 我國新一代碳纖維地鐵車輛全球發布
碳纖維車體
碳纖維轉向架
據中國中車科學家、中車四方股份公司副總工程師丁叁叁介紹，新一代地鐵車輛采用先進的碳纖維技術，車體、轉向架構架、司機室、設備艙及設備機體等均使用碳纖維復合材料制造，是大規模應用碳纖維復合材料的地鐵車輛。特別是成功突破碳纖維大型復雜件結構設計、制造成型等關鍵技術，實現了碳纖維復合材料在車體、轉向架構架、司機室等車輛主承載結構上的全面應用。
碳纖維使車輛實現大幅“瘦身”。
與采用鋼、鋁合金等傳統金屬材料相比，新一代碳纖維地鐵車輛的車體、司機室、設備艙分別減重30%以上，轉向架構架減重40%，整車減重13%。
“雖然在制造成本上要高于傳統金屬材料，但碳纖維復合材料更加輕量化，節能優勢明顯，并且具有優異的耐疲勞、耐候、耐腐蝕性能，可有效保證列車在30年服役期內不發生疲勞、腐蝕等失效，減少了維護量，因此能夠降低全壽命周期成本?！倍∪f，車身變輕后，也減少了對線路的損害。
為降低能耗，除了碳纖維輕量化技術，新一代地鐵車輛還配備新型高效節能的牽引系統。由傳統地鐵的異步電機升級到永磁同步電機直驅技術，并采用碳化硅變流裝置，大幅提升車輛的牽引效率。
據測算，新一代地鐵車輛可綜合節能15%以上。
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走行部：其介于車體和軌道之間，引導車輛沿著鋼軌行駛和承受來自車體以及線路的各種載荷并緩和動作用力，是保證車輛運行品質的關鍵部件，也稱為轉向架。
制動裝置：是保證列車準確停車及安全運行所必不可少的裝置。由于整個列車的慣性很大，不僅要在機車上設置制動裝置，還必須在每輛車上設置制動裝置。
連接緩沖裝置：車輛要成列運行，一定要接觸連接裝置，同時還應在每列車之間設置緩沖裝置以緩和列車的沖動。
車輛內部設備：是可以為運輸對象服務而設置于車體內的固定附屬裝置。如客車上的臥鋪，行李架等等。
行走部分析中的應用
行走部是機車運行中的主要部件，在行走部的設計中必須考慮以下內容：
1.強度和剛度：行走部必須保證足夠的剛度和強度，特別是轉向架構架對剛度的要求比較高，因為它是轉向架的基礎，若剛度部足，回影響各部分之間的相對位置。
2.運行穩定性：機車在直道上運行時，應具有良好的橫向穩定性，即機車達到最大速度時，決不允許發生蛇行失穩。
3.運行平穩性：機車的運行平穩性表示人所感覺到的機車運行的品質，在平穩性的考核中包括振動加速度，頻率，方向和持續時間。
4.曲線通過性：機車的曲線通過性差可以引起機車的脫軌，造成輪緣與曲線軌側磨增加。
5.對線路的動力作用：輪軌之間的正載荷一般不會造成危害，重要的是機車運行時產生的動載荷回微機安全。輪對作用于線路的動作用力隨著車速的增高而增加。
6.結構簡單、安全可靠、維修量小。
轉向架構架結構動力響應仿真與疲勞壽命預測
近年來的鐵路提速實踐中暴露出的問題表明，提速客車轉向架的主要安全隱患就是疲勞腐蝕引起的結構失效，而結構早期疲勞的發生主要原因是由于軌道車輛運行速度的提高引起結構的動應力劇增。結構加速疲勞失效故障既對旅客出行造成很大的安全隱患，也會使鐵路的經濟乃至聲譽蒙受損失。
展開 
淺析動車組柔性構架的動態特性及簡單設計
當速度相同,柔性多體動力學模型的動車組與剛體模型構成的扭轉剛度構架, 計算得出的平穩性指標基本上沒有什么差距,也就是說,構架剛度在影響動車組的平穩性上是很小的。因為動車組的平穩性主要與中央懸掛系統有關, 而動車組的中央懸掛系統大多數使用的是空氣彈簧, 在削弱彈簧之間的質量振動上能夠起到很好的作用。
2 . 3 對動車組安全性能的影響
動車組的安全性主要與四項指標相關, 即脫軌系數、輪軌導向力之和、輪重減載率及輪軌垂向力。動車組使用構架剛度的差異,以及運行路況的差異,都影響動車組的運行安全性。而經過實測表明,動車組的構建剛度在影響其安全性上, 只有部分安全指標系數會受到構架剛度的影響。在轉向架系統中,扭轉剛度屬于串聯剛度,而構架扭轉剛度引用到剛體動力學模型之后,扭轉剛度也隨之降低,動車組在經過一些起伏性的線路, 輪軌的垂向力也被重新分配, 動車組采用相同的轉向架后輪軌的垂向力之間的差值會有所縮小, 而且當構架扭轉剛度不斷降低之后這種情況將變得更為明顯。故而,影響動車組安全性的指標中的輪軌垂向力以及輪重減載率會隨著構架剛度的減小將不斷降低。因此, 就兩項指標而言, 扭轉剛度的影響作用是非常顯著的。但是,在影響輪軌間的橫向作用上,構架的扭轉剛度并不會產生明顯的作用, 也就是說,動車在經過非直線線路的時候,其脫軌系數以及輪軌導向之和兩項指標的系數差距是非常小的, 即使通過減小動車組的構架扭轉剛度也無法改進上述指標。
3 柔性構架設計方法
3 . 1 動車轉向架焊接構架的結構特點
目前國內C R H 2型動車組的轉向架主要采用的焊接構架為管截面的橫梁構架,這種結構的轉向架橫梁是無縫鋼管結構,焊接在側梁和外腹板上, 將堵板與橫梁首端位置進行焊接,并將牽引拉桿座、制動吊梁以及中心框架安裝座三個穩定裝置焊接于橫梁之上。
展開 基于ADAMS的懸架側傾與轉向仿真
基于ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）進行麥弗遜前懸架的側傾與轉向仿真，通常需要以下步驟和關鍵點。以下內容將分步驟說明建模、參數設置和仿真分析過程：
1. 麥弗遜懸架建模
根據實際懸架硬點坐標（Hard Points）定義部件的位置和尺寸，確保懸架運動學特性準確。各部件之間按照設計要求，通過建立連接副和襯套進行懸架系統裝配。
本文介紹麥弗遜前懸架的側傾與轉向仿真，對模型的建立作如下假設: 懸架中所有零部件都認為是剛體; 減振器簡化為線性彈簧和阻尼; 各運動副內的摩擦力忽略不計; 輪胎簡化為剛性體。創建的模型如圖 1。運用 ADAMS /CAR 模塊建立與表1相對應的汽車前懸架的運動學模型，具體的模型如圖 1 所示。
圖1 麥弗遜懸架多體動力學模型
2. 參數設置
2.1 彈性元件參數
彈簧剛度：輸入懸架彈簧的線剛度。需要考慮非線性彈簧剛度，因此曲線采用變剛度數據；
阻尼系數：根據減震器性能試驗，繪制減震器示功圖，在ADAMS軟件里面設置減震器的壓縮/回彈阻尼。
展開 汽車轉向及懸架系統運動仿真
Adams建立整車底盤剛體動力學仿真模型，對轉向系統和懸架系統進行建模，根據硬點坐標設置相應的運動副。整車質心位置，設置整車質量和轉動慣量。
底盤部件
運動副
轉向管柱
轉動副
十字軸萬向節
虎克鉸
轉向器齒輪齒條
轉動副+滑動副（設置傳動比）
拉桿兩端球頭
球鉸
轉向節及擺臂球頭
球鉸
減震器
帶阻尼的彈簧
原地轉向仿真
車速為零，左右轉動方向盤至極限位置，然后回正，模擬原地轉向過程，輸出轉向器齒條力變化曲線。（齒條力等于左右拉桿力之和）
車速10km/h動態轉向仿真
車速10km/h，左右轉動方向盤至極限位置，然后回正，模擬行駛過程中的動態轉向過程。
顛簸路面剛柔耦合仿真
顛簸路面行駛仿真模擬時，將懸架系統下擺臂替換為柔性件，可以分析路面沖擊對零件產生的應力。
展開 低磨耗高速客車轉向架動力學性能
低磨耗高速客車轉向架動力學性能.caj
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