铁道车辆设计一车辆总体部分Word格式文档下载.docx

1、 车钩缓冲装置的型号； 材质要求； 油漆要求； 环境保护及职业健康安全要求； 其他特殊要求。2.2 车辆方案设计2.2.1 调查研究，搜集资料搜集同类型车辆的有关图纸、资料（结构图纸、计算资料、照片和试验报告），调查其在运用、检修和制造中存在的问题，了解国内外新结构、新技术的发展情况，掌握材料的供应情况，以及工厂的生产设备、工艺条件等，以作为设计时的参考。2.2.2 拟定结构方案根据设计任务书的要求，拟定一个或几个结构方案，并从以下几个方面进行分析比较：结构的合理性和技术经济指标的先进性；运用、检修、制造的方便性和经济性；原材料的来源是否由保证。2.2.3 本阶段应完成的工作车辆主要规格和性能

2、说明文件；车辆总图、主要剖视图。特殊的或关键性的零部件图；必要的结构性能参数及强度计算、车辆纳入限界和车辆进入曲线计算。车辆主要技术经济指标，并于国内外同类产品的比较。新技术、新结构及关键性零部件的先期试验计划，试验结构的设计，试验大纲编制，并进行必要的性能试验；材料的主要规格，以及标准化的综合要求等。2.3 车辆技术设计技术设计阶段应完成的工作有： 车辆总图，必要的大部件组成图，主要的零件图； 各部件零件图的关系尺寸和运动位置图，以及尺寸链计算； 车辆总体及主要零部件的强度、刚度及性能参数计算或估算； 主要外购件的明细表和特殊材料估算等； 产品的包装、吊运技术要求以及所需的主要材料估算。2.

3、4 工作图设计工作图设计阶段应完成的工作有： 绘制车辆全部零部件图纸，制订其加工制造技术要求； 编制产品技术文件及使用维护说明书； 进行必要的性能、强度、刚度的校核计算，编写计算书，进行重量计算； 编写材料明细表、通用件、易损件明细表； 编制图样目录； 项目PDM数据建立 产品图样会同工艺、标准共同审查会签。2.5 设计评审设计评审分为方案评审、工作图评审及技术审查。方案审查、工作图评审由公司总工程师办公室组织，各技术部门、生产部门、采购部门的有关人员参加。技术审查由铁道部有关业务局或集团公司有关部门主持，聘请国内有关专家参加。2.5.1 方案设计评审的主要内容： 产品设计满足输入要求的能力；

4、 计算方法的正确性； 采用新技术、新工艺、新材料的可能性； 产品运用的安全性、结构的合理性和可维护性； 产品技术水平的先进性； 产品与国家有关法律、法规、条例及有关标准的符合性； 识别任何问题并提出必要的措施。2.5.2 工作图设计评审主要内容有： 零部件的工艺性、继承性； 标准化、通用化程度； 技术条件的合理性、试验方法的可行性； 使用维护说明书的正确性； 特殊原材料、外购件采购及加工的可行性； 质量特性及重要性分级的合理性； 关键零部件的产品标识及可追溯性是否合理； 识别任何问题并提出必要的措施。2.6 设计和开发验证为确保设计和开发输出满足输入要求，应对设计和开发进行验证。验证结果及任何

5、必要措施的记录应予保存。试验验证主要内容：样车试制；样车静强度、刚度试验；样车冲击试验；样车主要承载件动应力测试；样车线路动力学试验；限界试验；翻车机型式试验；样车过驼峰试验；样车过曲线大超高试验；运用考核试验。2.7 设计和开发确认为确保产品设计和开发能够满足规定的使用要求或已知的预期用途的要求，应依据所策划的安排对设计和开发进行确认。设计确认主要内容：总工程师办公室邀请有关专家、用户召开鉴定会，形成 “科技成果鉴定证书”；在产品交付之前或应用之前所做的型式试验，只要试验条件与产品的使用条件和要求相符，如线路动力学试验。上级主管部门组织召开的新产品技术审查会，形成的技术审查意见。技术中心技术

6、开发部会同工艺制造部、质量检验部、营销部等相关部门进行产品运用考核试验，形成的“运用考核试验报告”。市场合同项目，可依据合同要求进行“设计和开发确认”工作。上级主管部门组织的技术成果鉴定。3 车辆设计车辆设计包括车辆总体设计和车辆各零部件的设计两大工作内容，前者确定了车辆的结构型式、规格尺寸、主要参数和性能，并规定了后者的设计内容和设计的具体要求，总体设计是车辆的关键环节。3.1 车辆总体设计的工作内容 确定车辆主要结构参数和性能参数。例如在货车设计中首先应限定车体的比容积（或比面积），确定车辆的外廓尺寸和车辆定距等，然后再确定其他参数； 车辆静强度、刚度有限元计算分析、模态分析、车体结构稳定

7、性分析和焊接钢结构疲劳寿命分析。 车辆动力学性能计算分析研究。 转向架、车钩缓冲装置、制动装置等选型。 绘制三维实体图和车辆二维总图。确定各部件的尺寸和位置。 确定特殊零部件的结构型式、主要尺寸。 活动件的运动范围分析，部件间干涉检查；确定部件间连接形式或安装方式等。选型相关计算3.2 车辆部件设计车辆各部件设计详细要求分别见本手册各章节介绍。3.2.1 车体钢结构车体及各主要组成的结构型式和设计要求；关键性梁柱的断面形状和尺寸；钢结构的材质和要求；重量控制；内墙板、地板、车顶内顶板和间壁的材质、色调和特殊要求等。3.2.2 转向架如采用定型转向架，应指明型号，以便为车体和制动装置等部件设计时

8、提供资料。如新设计转向架，则应提出转向架的设计任务书。3.2.3 制动装置车辆制动率、控制阀（分配阀）、比例阀、空重车调整装置、制动缸、闸调器等主要配件的型号；手制动装置的结构型式；制动装置部件和制动管路的布置和设计要求等；3.2.4 车钩缓冲装置车钩、缓冲器型号选定，车钩是上作用式还是下作用式。3.2.5 车内设备棚车、保温车的车内设备的结构型式，安装位置； 3.2.6 各种有关的分析计算工作强度、刚度、动力学性能、振动模态等计算分析。4 车辆几个主要技术参数车辆主要技术参数包括：车辆载重、自重、轴数、车体容积，地板面积，车辆商业运营速度，车辆长度和其他尺寸等。为了能对各种车辆的性能进行比较

9、，可采用一些比值参数：如车体比容积、比面积、自重系数、轴重、每延米轨道载重等参数。由于车辆的使用期限较长，因此上述各参数不仅应适应当前的运输要求，还应考虑长远的运行条件。正确选定货车的主要参数，要考虑国民经济的发展水平，铁路货运量、货务的组成和运输距离，铁路装备的技术水平（线路和桥梁的结构状态、站台的长度、牵引类型、机车型式、装卸作业的机械化程度和机车车辆限界），以及车辆的运营方式和国防需要，同时要保证货物运输的安全可靠性和较低的运营费用。4.1 车辆载重提高车辆载重是世界各国货车发展的共同趋势，我国通用货车的载重已由解放初期的30t级发展到现在的60t、70t、80t 、100t级，从而大大

10、地提高了货运能力。我国的货车平均载重的还低于美国、澳大利亚等发达国家水平。大载重车的优点是运输效率高，运输费用低。载重增加能降低车辆自重系数，减小单位载重运行阻力，加大车辆每延米重量，使能够在不变站线长度的情况下增加列车重量，减少制造车辆的总投资和维修保养总费用以及减少调车作业量。货物流通数量及其组成情况和运输距离是决定车辆载重、车辆数量和所需车种的重要依据，这是铁路技术政策研究工作的一个重要组成部分。对于货运量大、货源较集中、运输距离较长的，以采用大载重车辆运输比较经济。正确地预计远景运量，能够做到有计划地发展车辆生产（车种、数量和载重量）。煤炭运量占运输总运量的40%左右，而且近年还有增长

11、的趋势，解决煤炭运输问题需有相当数量的敞车，在发展运煤专用敞车时，应与运煤专线一起考虑，合理确定其载重。车辆载重与车辆轴重、轴数和每延米载重等因素有关。4.1.1 线路允许轴重和车辆轴数车辆载重受钢轨的最大允许轴重和车辆轴数的限制如式： 式中：P车辆的最大载重（t）n车辆轴数k车辆自重系数qB钢轨允许轴重（t）根据铁路技术发展计划，目前，运煤专用线路允许车辆轴重为25t（采用货车E型轴），其他既有线路允许轴重为23t（采用货车E型轴）。这样，车辆的总重可以提高到100t和92t。增加车辆轴数能有效地提高车辆载重，我国通用货车是四轴车，今后要发展六轴车和八轴车，这些多轴车在前苏联、德国、波兰等国

12、生产过，而美国则宁愿使用大轴重的四轴车。4.1.2 线路允许的车辆每延米轨道载重车辆每延米轨道载重为车辆总重量与车辆全长之比。车辆载重受到线路钢轨桥梁承载能力的限制，按线路允许的车辆每延米轨道载重计算，车辆的最大载重由式求得： 式中：L车辆两自动车钩连结线之间的距离（m）；qn线路允许的车辆每延米重（t/m）；我国现有货车的每延米重，由于轴重因素影响，均未达到线路允许最大值（8 t/m）（专用车除外）。因此可以在车辆限界和车辆重心高许可的情况下适当加大车辆宽度和高度，缩短车辆的长度，提高车辆每延米重，在现有的站线长度下提高列车重量。，4.2 货车比容积、比面积最有利数值的确定车辆外廓尺寸设计的

13、是否合理，决定车体容积于车辆载重的比值（比容积）选取的是否合理。对于平车来说，则决定于地板面积与车辆载重之比值（比面积）。我国敞车的比容积一般取1.15m3/t，主要是以运煤为确定依据。平车的比面积一般为0.65m2/t。4.3 车辆自重系数最有利数值的确定车辆自重系数是车辆载重的比值，见式： 式中：T车辆自重（t）P车辆载重（t）车辆自重系数是车辆设计技术先进性和经济合理性的重要标志之一。若自重系数小，则说明在相同的载重下具有较轻的车辆自重。降低车辆自重不仅能减少运行阻力、节省机车牵引力，减轻轮轨作用力，节约原材料，而且能减小无效运输，增加车辆载重，降低运输成本。因此，在设计车辆时要保证车辆

14、具有足够强度、必要的刚度、不影响安全可靠性，不降低使用寿命、不增加检修工作量的条件下，尽可能降低车辆自重。通用车辆自重系数推荐：敞车：0.300.35棚车：0.310.40平车：0.300.35；罐车：0.300.40。降低车辆自重的途径有： 采用新结构，进行结构优化：合理设计车辆整体结构及其零部件的结构。如尽可能采用轻型中梁或无中梁的整体承载车体；采用焊接、模压薄壁构件；选择合理的截面形式；改进局部结点设计，减少承载元件连接点的偏心；减轻车辆走行部分、制动装置、车钩缓冲装置和车内设备各构件的重量。应用精确的计算方法，正确分析车辆及其零部件的应力状态，选择恰当的安全系数，减少过多的强度储备 采

15、用新材料：合理选择车辆结构各零部件的材料，用低合金结构钢，高强度耐候钢、不锈钢和铝合金材料，以及新型聚脂合成材料等。采用新工艺：改进车辆制造工艺。5 车辆限界及车辆几何曲线通过计算5.1 车辆限界设计车辆时，其外形轮廓尺寸应完全纳入设计技术任务书中所规定的车辆限界之内，这是保证车辆运行安全，避免车辆与线路周围建筑（或邻线上的车辆）发生相碰的基本要求。车辆限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓。车辆无论是空车和重车，无论是具有最大标准公差的新车，或是具有最大标准公差和磨耗限度的旧车，停放在水平直线上，无侧向倾斜和偏移，其任何部分都应容纳在限界轮廓之内，不得超越。线路周围的建筑物受到建筑限界的

16、限制。建筑限界是一个和线路中心线垂直的极限横断面轮廓，在此轮廓之内，除与机车车辆有相互作用的设备（车辆减速器，路签接受器，接触电线及其他）外，其他设备和建筑物均不得侵入。车辆限界和建筑限界之间留有一定的间隙，称为限界间隙。这是考虑车辆在运行中可能产生的正常偏移、超限货物运输和轨道受载后可能发生的歪斜或爬动而预留的安全空间。我国标准轨距铁路机车车辆限界之标准须符合GB146.1-83标准轨距 机车车辆限界。GB146.1-83标准轨距 机车车辆限界基本轮廓以距轨面高350mm处为分界点，分为上、下两部分，即机车车辆上部限界车限-1A和下部限界车限-1B（分别如图1、图2所示）。注：机车车辆限界基

17、本轮廓；电气化铁路干线上运用的电力机车图1 机车车辆上部限界车限-1A新造车辆上部在空载状态下其横断面的最大尺寸，可按车限-1A实际轮廓尺寸设计制造。在设计客车时如有需要利用虚线扩宽部分，应报部批准。对配属在专用线路上编入重载列车的专用货车。如有需要使用虚线扩宽部分，亦需要报部审批。新造车辆下部设计制造垂直尺寸，在计入静载下的弹簧下沉量以及最大磨耗量后，不得小于车限-B所规定的垂直尺寸。图2 机车车辆下部限界-1B通过自动化、机械化驼峰车辆减速器的货车，其下部设计制造垂直尺寸在计入静载下的弹簧下沉量和最大磨耗后，不得小于车辆减速器在制动或工作位置时的货车下部限界车限-2所规定的垂直尺寸（如图3

18、）。图3 通过驼峰的货车下部限界按车辆限界设计车辆时，限界的中心线为通过平直线路两钢轨中点的垂线。车辆中心线与限界中心线重合，车辆各部横向间隙和水平尺寸自中心线算起，以半宽与限界半宽进行比较。各垂直尺寸自轨面算起，在确定车辆下部设计制造垂直尺寸时，不必计入其动载荷下的弹簧振动下沉量（动挠度）。在确定车辆设计制造水平尺寸时，不考虑车辆各部横向间隙和水平方向的磨耗量。设计出口车辆时，应符合有关国家铁路组织规定的车辆限界。5.2 车辆在曲线上的静偏移量计算车辆停在曲线上时，其中部向曲线内侧偏移，端部向曲线外偏移，偏移量的大小与车辆长度、车辆定距、转向架固定轴距（多轴转向架为外侧两论对中心距）以及曲线

19、半径有关，可按式、式进行计算：对于有转向架的四轴车中部偏移量： 端部偏移量： 式、式是假定车轮与钢轨之间没有间隙，车体与轮对之间没有相对移动的情况下得到的。为了更充分合理地利用限界，应尽量使车辆中部的偏移量和端部的偏移量相等，即： Wm=We由得：。也就是说在设计车辆时，其车体长度与车辆定距之比等于1.4左右比较合适。根据GB 146.1-83标准轨距 机车车辆限界标准的规定，若新设计车辆长度不超过13.22m（26m），车辆定距不超过9.35m（18m），宽度不超过3.4m，可以不必进行偏移量计算。括号外数据适用于全国标准轨距的铁路上的车辆；括号内数据适用于符合GB 146.1-83所规定的

20、建筑限界（曲线加宽）线路上运行的车辆。5.3 车辆最大允许制造宽度的计算方法车辆最大允许制造宽度的计算方法如下： 按公式和公式计算“计算车辆”在“计算曲线”上的静偏移量Dm和De和，计算曲线半径R取为300m。 根据所设计车辆的车体长度、车辆定距和转向架固定轴距，按公式和公式计算所设计车辆在计算曲线上的静偏移量Wm和We。 按式、式确定车辆宽度的缩减量车体中部宽度缩减量Cm = WmDm 车体端部宽度缩减量Ce = WeDe 若Wm Dm和We De时，就不进行缩减。 按式确定车辆在距轨面某一高度处的最大容许制造宽度2B=2（BgC） 式中：车辆距轨面某一高度处的最大容许制造宽度（mm）Bg机

21、车车辆限界在同一高度处的半宽（mm）Cm、Ce中较大者5.4 车体与转向架的相对转动角度车辆运行在曲线上时，转向架相对于车体发生了转动，其最大转动角度产生在第一个转向架处于最大倾斜位置（即前轮对内轮轮缘碰内轨，后轮对外轮轮缘碰外轨），第二个转向架与内轨相切（即内侧两个车轮的轮缘均与内轨接触）的时候，如图所示如果不考虑转向架本身的各种游间，其最大转动角度由式求得： 式中：车轮轮缘与钢轨之间的总游间，包括新车轮的轮缘与钢轨之间的间隙和轮缘及钢轨侧面的最大磨耗量S转向架固定轴距l车辆定距R曲线半径，在计算时应取车辆可能缓行通过的最小曲线半径图4 二轴和四轴车在曲线上的偏移状况5.5 两相邻车辆端部间

22、的最小间隙图5 项邻两车辆在曲线上的位置如不计车钩钩体与钩托板之间以及车钩铰节点处的摩擦，则车钩中心线的位置必处在通过车钩钩铰节点O1、O2分别与两车体的纵向中心线之间形成了1及2的夹角，其值由图可知：1=180（1+2）2=180（3+4）若每节车辆两车钩钩铰节点之间的距离分别为及，同时OAR，则得：并由可求得： 式、式中：b1=OO1R； b2=OO2R，即为周长的一半；相邻两车钩铰节点中心间的距离；内接圆的半径。当b1、b2求得后，根据图中的几何关系，即可算出相邻两车的车端有关部件之间间隙，见式：式中：若两相邻两车辆为同一类型车辆，则上公式可以简化为式： 为了确保相邻两车在通过曲线时端部

23、不会相碰，间隙必须大于相邻两个缓冲器的行程及钩缓装置各部分最大纵向磨耗量之和，并应留下必要的安全裕量。图6 相邻两车辆的端部间隙5.6 车钩与冲击座口之间的间隙车钩相对于车体的摆角（此处忽略了两车钩轮廓间可能的转角），即上面求出的1及2角，对于货车而言钩身置于冲击座的钩身托梁上，钩身摆动会受到冲击座内壁的限制。设货车车钩在冲击座内最大容许摆动角度为max，D为冲击座口的角度，d为同一部位钩身的宽度，H为冲击座口至钩尾销孔处铰节点的长度，则从图8可知： 若1或2角max，则钩身不会与冲击座内壁相碰。一般来说短小车辆在小曲线上车钩摆角较大，但小半径曲线多在站场，此时车钩力较小，车钩轮廓可能转动。美

24、国AAR M1001在几何上校核车辆通过最小曲线半径的计算中考虑了车钩轮廓间的转角。图7 货车车钩在冲击座内的最大摆角5.7 车体枕梁与转向架侧架间的垂直间隙图8 枕梁下盖板与转向架侧架位置图H（fj-fk）+fd+h+fc+（1+2）+C 式中：fj转向架的弹簧总静挠度，mm；fk空车时转向架的弹簧挠度，mm；fd转向架的弹簧动挠度，mm；h最大旁承间隙（弹性旁承总压缩量减去工作压缩量）消除后车体一侧在侧架顶面中心处的下沉量，mm；fc侧向力引起的转向架弹簧挠度，mm；（1+2）上、下心盘的最大磨耗量，mm；侧架各部偏差累计可能引起的侧架顶面相对于弹簧承台面的最大上移量，mm；C考虑车体倾斜

25、时K处先接触而留有的间隙，C=3 mm。其中： 式中：L同一转向架两侧架中心间距离，mm（1981mm）；l同一转向架两旁承中心间距离，mm（1520mm）；上心盘直径，mm（375mm）；max最大旁承间隙，mm（61mm）。 式中：1、2、3、侧架各部有关尺寸偏差值，mm。6 车辆重心位置计算车辆垂直静载荷、垂直动载荷、车辆离心惯性力和制动惯性力的合力等均作用在车辆重心上，车辆的重心高度也直接影响其运行平稳性和稳定性，因此确定重心高度位置是必要的。对于一般货车，其结构是对称的，装载的货物也认为是对称的，故车辆重心是处在车体纵、横二垂直对称面的交线上，因此确定重心位置，只需要计算其距轨面的垂

26、直高度，即确定车辆的重心高。重心高的计算见式： 式中：h重载车辆重心距轨面高h1车辆各部件重心距轨面高h0所装货物重心距轨面高Tt车辆各部件的重量T车辆自重G所装货物的重量在计算车辆簧上各部件和货物重心距轨面高时应该考虑弹簧的静压缩量。根据铁运2006161号铁路货物装载加固规则规定： 装车后货物总重心的投影应位于货车纵、横中心线的交叉点上。必须偏离时，横向偏离量不得超过100mm；纵向偏离时，每个车辆转向架所承受的货物重量不得超过货车容许载重量的二分之一，且两转向架承受重量之差不得大于10t。 重车重心高度从钢轨面起，超过2000mm时应按表1的规定限速运行。表1 重车规定限速重车重心高度/mm区间限速/kmh-1通过侧向道岔限速/km2000H240050152400H2800402800H3000