摘要70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析是本論文的研究主體。該論文通過(guò)前期對(duì)資料的收集中期使用SOLIDWORKS對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架模型的建立以及后期通過(guò)ANSYS有限元分析軟件的模擬仿真，對(duì)70%低地板非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。論文首先介紹了有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的構(gòu)成說(shuō)明了構(gòu)架的組成隨后引入了ANSYS有限元分析軟件，再通過(guò)SOLIDWORKS對(duì)構(gòu)架建立模型，進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真研究通過(guò)將構(gòu)建好的模型分析其處在超常載荷工況下應(yīng)力的變化，論文得到了構(gòu)架在垂向、橫向和扭曲載荷共同作用下以及車輛在受到3g沖擊載荷作用時(shí)兩種工況下構(gòu)架的應(yīng)力變化情況。結(jié)果表明在超常載荷工況下該構(gòu)架的強(qiáng)度和剛度均符合UIC標(biāo)準(zhǔn)，滿足了設(shè)計(jì)要求。本論文的研究?jī)?nèi)容涉及SOLIDWORKSANSYS有限元分析和75%低地板有軌電車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)構(gòu)架在不同工況下的強(qiáng)度分析，本論文對(duì)于提高有軌電車的工作效率和可靠性具有重要意義。關(guān)鍵詞：70%低地板有軌電車；轉(zhuǎn)向架；構(gòu)架；靜強(qiáng)度

AbstractThedesignandstrengthanalysisofthenon-powerbogieframeof70%low-floortramisthemainresearchsubjectofthisthesis.Thedesignandresearchofthe70%low-floornon-poweredbogieframeiscarriedoutthroughthecollectionofdataintheearlystage,theestablishmentofthebogieframemodelusingSOLIDWORKSinthemiddlestage,andthesimulationofANSYSfiniteelementanalysissoftwareinthelaterstage.Thepaperfirstlyintroducesthecompositionofthenon-powerbogieframeofthetramandexplainsthecompositionoftheframe,andthenintroducestheANSYSfiniteelementanalysissoftware,andthenestablishesthemodeloftheframethroughSOLIDWORKS,andcarriesoutasystematicsimulationstudy.Byanalyzingthechangeofthestressundertheabnormalloadconditionoftheconstructedmodel,thepaperobtainstheresultsofthedesignandstudyofthebogieframeunderthejointactionofthependant,transverse,andtorsionload,aswellasthevehicleunderthe3gimpactload,andthevehicleissubjectedtothe3gimpactload.Byanalyzingthestresschangesoftheconstructedmodelunderextraordinaryloadingconditions,thepaperobtainedthestresschangesoftheframeunderthecombinedeffectofvertical,lateralandtorsionalloads,aswellaswhenthevehiclewassubjectedto3gimpactload.TheresultsshowthatthestrengthandstiffnessoftheframemeettheUICstandardundertheextraordinaryloadingcondition,andsatisfythedesignrequirements.TheresearchcontentofthisthesisinvolvesSOLIDWORKSANSYSfiniteelementanalysisand70%low-floortrambogieframeinseveraldisciplines.Byanalyzingthestrengthoftheframeunderdifferentworkingconditions,thisthesisisofgreatsignificancetoimprovetheefficiencyandreliabilityofthetram.Keywords:70%low-floortram;bogie;frame;staticstrength

目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 51.1選題背景 51.2選題意義 61.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 71.4主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 81.4.1主要研究?jī)?nèi)容 81.4.2主要技術(shù)路線 81.5本文安排 9第二章70%低地板有軌電車的組成 102.1低地板有軌電車的特點(diǎn) 102.1.1載客量 102.1.2制動(dòng)性能 102.1.3轉(zhuǎn)向架彈性輪對(duì) 102.270%低地板非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu) 102.370%低地板有軌電車的基本參數(shù) 112.4構(gòu)架材料選擇 112.5構(gòu)架的國(guó)外分析方法 122.7使用軟件介紹 122.7.1SOLIDWORKS建模軟件 122.7.2ANSYS有限元分析軟件 132.8本章小結(jié) 14第三章70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì) 153.1構(gòu)建構(gòu)架有限元分析模型 153.2結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 163.3基本計(jì)算參數(shù) 173.4本章小結(jié) 17第四章構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果與評(píng)定 194.1主要超常工況載荷 194.2超常載荷工況組合及計(jì)算結(jié)果評(píng)定方法 194.3超常載荷工況的計(jì)算結(jié)果與評(píng)定 204.3.1垂向、橫向和扭曲載荷共同作用 204.4計(jì)算結(jié)論 234.5本章小結(jié) 23結(jié)論與展望 24參考文獻(xiàn) 25

第一章緒論1.1選題背景1879年，德國(guó)工程師西門子在柏林的博覽會(huì)上首次嘗試使用電力來(lái)驅(qū)動(dòng)軌道車輛。1881年，由西門子公司設(shè)計(jì)制造的世界上第一輛有軌電車開(kāi)始在柏林投入運(yùn)營(yíng)。這臺(tái)車的長(zhǎng)度5米、寬度2米、重量4.8噸。最高時(shí)速為40公里/小時(shí)，每次可載客20人，動(dòng)力電流通過(guò)鐵軌供應(yīng)。在后來(lái)的發(fā)展中，俄羅斯的圣彼得堡和加拿大的多倫多都進(jìn)行了開(kāi)通有軌電車的商業(yè)嘗試。匈牙利的布達(dá)佩斯在1887年建立了第一個(gè)電動(dòng)電車系統(tǒng)，隨后在1888年，美國(guó)弗吉尼亞州的里士滿也開(kāi)始運(yùn)營(yíng)有軌電車。隨著歐洲國(guó)家在19世紀(jì)末擴(kuò)張殖民地，他們將有軌電車系統(tǒng)引入到殖民地或租界的主要城市中，例如加爾各答、香港、新加坡、西貢、上海和天津的有軌電車系統(tǒng)都是在這一時(shí)期由歐洲殖民者建立的。這些有軌電車系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)為城市的發(fā)展和交通運(yùn)輸提供了重要支持，并在一定程度上影響了城市的格局和發(fā)展方向。當(dāng)時(shí)努力學(xué)習(xí)西方科技的\o"日本"日本也在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市擴(kuò)展電車系統(tǒng)，包括\o"東京"東京、\o"大阪府"大阪、\o"橫濱"橫濱、\o"仙臺(tái)"仙臺(tái)和\o"函館"函館等城市，并將電車引進(jìn)到當(dāng)時(shí)成為日本勢(shì)力范圍的朝鮮半島、\o"大連"大連和\o"長(zhǎng)春"長(zhǎng)春。在20世紀(jì)初遍布\o"東亞"東亞、\o"東南亞"東南亞及\o"南亞"南亞的主要城市，有軌電車在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是現(xiàn)代化城市的代表，此時(shí)亦成為有軌電車的全盛時(shí)期，但是隨著汽車工業(yè)在1920年的快速發(fā)展，新興的\o"無(wú)軌電車"無(wú)軌電車又因?yàn)闊o(wú)需鋪設(shè)路軌可節(jié)省投資成本，有軌電車的漸漸擴(kuò)展步入停滯。\o"二戰(zhàn)"二戰(zhàn)期間，受戰(zhàn)爭(zhēng)波及的很多國(guó)家的城市包括有軌電車在內(nèi)的基建遭到破壞。戰(zhàn)后雖然部分電車系統(tǒng)得以重建，但\o"公共汽車"公共汽車在1950年起在各大城市的普及，有軌電車被認(rèn)為速度緩慢，甚至阻礙道路交通流量，不少有軌電車系統(tǒng)于20世紀(jì)中葉陸續(xù)被拆卸。從1950年后期起，有軌電車網(wǎng)絡(luò)在\o"北美"北美地區(qū)、\o"英國(guó)"英國(guó)和\o"西班牙"西班牙等地幾乎完全消失，東亞和東南亞部分殖民地在建國(guó)后因缺乏電車系統(tǒng)原產(chǎn)國(guó)的技術(shù)支持，于是將電車系統(tǒng)廢棄，有軌電車在1960年漸遭淘汰。盡管那些最早開(kāi)發(fā)有軌電車運(yùn)營(yíng)的城市依然保留著有軌電車運(yùn)營(yíng)服務(wù)，但是其他交通工具特別是城市地下鐵的迅速發(fā)展，使有軌電車這個(gè)最早的現(xiàn)代化公共交通工具顯得落后于時(shí)代，有些城市的有軌電車規(guī)模比起全盛時(shí)期也有所收縮。但是1970年以來(lái)，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到城市內(nèi)因大量使用私家汽車而引起的空氣污染、交通擁擠、泊車?yán)щy等益發(fā)嚴(yán)重的城市交通問(wèn)題，公共汽車雖然能承擔(dān)一部分的城市載客量，但是與其它路面交通工具共用道路也會(huì)導(dǎo)致交通擁擠。\o"地鐵"地鐵固然成為當(dāng)今緩解城市交通壓力的重要公交運(yùn)輸工具，但是其建設(shè)成本高昂，在某些城市因地質(zhì)因素和城市規(guī)劃部局亦不太適用地鐵。舊式的有軌電車雖然確存在著缺點(diǎn)，不過(guò)隨著新型態(tài)的有軌電車出現(xiàn)，相較于舊式的有軌電車新型態(tài)的有軌電車通常不只一節(jié)車廂，這讓它們可以載運(yùn)更多旅客，同時(shí)乘降門也更多讓乘客上下更有效率，部分甚至全部路段高架、地下化已獲得獨(dú)立路權(quán)，因而有軌電車這個(gè)傳統(tǒng)的公交工具重新受到了青睞，這些新式有軌電車又被稱為\o"輕軌運(yùn)輸系統(tǒng)"輕軌運(yùn)輸系統(tǒng)。在這之后，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，那些有軌電車服務(wù)原本處于空白狀態(tài)的城市也紛紛開(kāi)通了有軌電車的服務(wù)運(yùn)營(yíng)。截至2022年12月31日，中國(guó)內(nèi)地共開(kāi)通運(yùn)營(yíng)低運(yùn)能系統(tǒng)708.2km，其中24個(gè)城市、39條有軌電車線路投入運(yùn)營(yíng)，各城市有軌電車平均客運(yùn)強(qiáng)度為0.0892萬(wàn)人次/（km*d），其中，深圳龍華有限電車示范線平均客運(yùn)強(qiáng)度為0.26萬(wàn)人次/(km*d)，居全國(guó)首位。我國(guó)低地板有軌電車發(fā)展前景廣闊，國(guó)內(nèi)各車輛廠相繼研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的100%低地板車輛，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，并加入國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。100%低地板現(xiàn)代有軌電車發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，深受大眾青睞，大有完全取代70%低地板的趨勢(shì)，但100%低地板有軌電車技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)可靠性要求高。70%低地板則以其技術(shù)成熟、高可靠性、高安全性等優(yōu)勢(shì)得以繼續(xù)使用，新一代70%低地板車輛的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用需求逐年增長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域，車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析基本采用大型通用軟件ANSYS進(jìn)行，本課題針對(duì)低地板有軌電車構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算就是采用該軟件平臺(tái)中的結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行有限元素法分析。這也是軌道交通行業(yè)的通用做法。1.2選題意義低地板車輛在城市軌道交通車輛的發(fā)展中扮演著重要角色。相較于傳統(tǒng)的高地板或中地板車輛，低地板車輛有著諸多優(yōu)勢(shì)。首先，其地板面距離軌面較近，方便乘客上下車，尤其是老年人和殘疾人；其次，低地板車輛能更好地適應(yīng)既有線路和站臺(tái)設(shè)施，充分利用現(xiàn)有資源；最后，這種車輛噪聲小、污染少，符合低碳環(huán)保理念。轉(zhuǎn)向架在車輛中起著至關(guān)重要的作用，它不僅要承載整車重量，而且是連接車體和地面的關(guān)鍵部件，確保車輛安全運(yùn)行。構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架中的重要組成部分，支撐著整個(gè)結(jié)構(gòu)，承受著橫向、垂向、縱向牽引和制動(dòng)等力。然而，構(gòu)架的焊接接頭往往存在靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度相對(duì)較弱的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，一些城市軌道車輛的焊接構(gòu)架出現(xiàn)了疲勞破壞，存在著嚴(yán)重的安全隱患。因此，對(duì)構(gòu)架進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)和可靠性分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可以有效提升車輛的安全性和可靠性。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在1986年，法國(guó)的一個(gè)車輛制造廠率先嘗試了低地板技術(shù)，他們將列車的中間非動(dòng)力車廂的地板降低。然而，由于這種設(shè)計(jì)并不連貫，乘客需要跨過(guò)三個(gè)臺(tái)階從低地板區(qū)域進(jìn)入高地板區(qū)域，給乘客帶來(lái)了不便。為了解決這個(gè)問(wèn)題，法國(guó)的阿爾斯通公司提出了一種新的輕軌車輛設(shè)計(jì)，采用了三節(jié)車體組成一個(gè)單元組的設(shè)計(jì)，其中車廂之間相互連接，車組的中間部分是拖車，兩端是動(dòng)力車。這種設(shè)計(jì)使得車輛的低地板部分占到了整個(gè)車輛長(zhǎng)度的75%。這一創(chuàng)新為低地板技術(shù)在歐美地區(qū)的迅速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨后，隨著高速列車和城市軌道交通的快速發(fā)展，獨(dú)立車輪技術(shù)再次受到了關(guān)注。這種技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如無(wú)蛇行運(yùn)動(dòng)和較高的臨界速度，得到了歐洲和日本等國(guó)家的重視。到了20世紀(jì)80年代末，德國(guó)的Frederich教授率先開(kāi)發(fā)出了基于重力復(fù)原力的兩種高速列車獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架，分別是EDFI和EEFI型轉(zhuǎn)向架。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這兩種轉(zhuǎn)向架在最高速度達(dá)到505km/h時(shí)，具有出色的導(dǎo)向性能、低噪聲和磨損小、運(yùn)行舒適等特點(diǎn)。此后，許多國(guó)家都開(kāi)始進(jìn)行獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架的研究，并進(jìn)行了線路實(shí)驗(yàn)。全球主要的低地板有軌電車制造商包括法國(guó)的阿爾斯通(Alstom)、德國(guó)的西門子(Siemens)和加拿大的龐巴迪(Bombardier)。這些公司在低地板技術(shù)和獨(dú)立車輪技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用上都取得了顯著的成就。截至2003年，有低地板車運(yùn)行的城市德國(guó)有56個(gè)，美國(guó)有16個(gè)，法國(guó)有8個(gè)，瑞士、意大利、奧地利等有5個(gè)。歐洲的一些國(guó)家由于人口較少，客運(yùn)量較低，這種樣式多、貫通式的低地板車輛倍受人們歡迎，，而國(guó)內(nèi)開(kāi)通低地板有軌電車的城市包括長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、天津、上海、廣州、珠海等一線城市，也有淮安、紅河州等三四線城市。近20年以來(lái)，低地板有軌電車從開(kāi)始時(shí)的爆發(fā)式增長(zhǎng)到目前進(jìn)入平穩(wěn)階段。低地板有軌電車主要分為70%低地板有軌電車和100%低地板有軌電車，開(kāi)始發(fā)展階段也有過(guò)30%低地板有軌電車?，F(xiàn)在我們說(shuō)的有軌電車主要是采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的交流傳動(dòng)的現(xiàn)代型有軌電車。有軌電車與其他形式的城市軌道交通軌道車輛一樣，具有節(jié)能、環(huán)保和免維護(hù)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在城市旅游觀光、市郊低運(yùn)量客運(yùn)等方面更具優(yōu)勢(shì)。就使用方便和便利出行方面看，無(wú)論是70%低地板有軌電車還是100%低地板有軌電車都能很好的完成客運(yùn)輸送任務(wù)，在國(guó)外這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有給予特別關(guān)注。在國(guó)內(nèi)由于轉(zhuǎn)向架技術(shù)的復(fù)雜程度和加工制造困難等原因，業(yè)界似乎認(rèn)為100%低地板有軌電車更先進(jìn)。其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)，從技術(shù)的角度來(lái)看，100%低地板有軌電車的設(shè)計(jì)難度在于轉(zhuǎn)向架，而70%低地板有軌電車的設(shè)計(jì)難度主要在車體結(jié)構(gòu)。由于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架和車輪直徑尺寸等無(wú)法回避，所謂100%低地板實(shí)際也是采用座椅來(lái)掩蓋其轉(zhuǎn)向架部分的高地板問(wèn)題。經(jīng)過(guò)10多年的運(yùn)行來(lái)看，70%低地板有軌電車更接近地鐵車輛結(jié)構(gòu)，運(yùn)行更可靠、更易于維修，配件更易于獲得，從而減少了客戶的全生命周期費(fèi)用。因此，在當(dāng)前面臨經(jīng)濟(jì)下行壓力的同時(shí)，發(fā)展低地板有軌電車甚至于城市軌道交通，70%低地板有軌電車更有其獨(dú)特作用。就目前低地板有軌電車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式而言，都是焊接式鋼板箱型梁結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核和驗(yàn)證方法主要是基于有限元的靜強(qiáng)度分析方法。在這方面國(guó)內(nèi)專家學(xué)者做了大量研究，也取得了豐碩成果，如西南交通大學(xué)的李芾教授、羅世輝教授，北京交通大學(xué)的李強(qiáng)、王文靜教授等。國(guó)內(nèi)目前的通行做法是采用UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)和TB/T2368標(biāo)準(zhǔn)，采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大型通用軟件ANSYS平臺(tái)，進(jìn)行構(gòu)架的有限元計(jì)算，計(jì)算單元主要采用板單元等方法。1.4主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線

1.4.1主要研究?jī)?nèi)容本文以70%低地板有軌電車動(dòng)力轉(zhuǎn)向架為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，進(jìn)行非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的構(gòu)架進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析，檢驗(yàn)分析結(jié)果是否符合國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)核驗(yàn)是否符合非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的基本工作要求。

1.4.2主要技術(shù)路線

本文需要解決的主要問(wèn)題為兩個(gè)：明確70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的組成和作用，根據(jù)實(shí)際和改善方案，設(shè)計(jì)構(gòu)架結(jié)構(gòu)，建立三維模型；根據(jù)國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)，在有限元分析軟件中，對(duì)構(gòu)架進(jìn)行載荷施加以及強(qiáng)度計(jì)算。本文通過(guò)使用建模軟件完成構(gòu)架三維模型建立，然后通過(guò)有限元分析軟件對(duì)構(gòu)架離散模型進(jìn)行載荷加載并完成計(jì)算。

1.5本文安排第一章節(jié)：根據(jù)現(xiàn)階段的城市軌道交通發(fā)展方向，以低地板有軌電車的研究?jī)r(jià)值作為研究背景，詳細(xì)說(shuō)明研究?jī)?nèi)容對(duì)改善低地板有軌電車可靠性和安全性的意義。列舉低地板有軌電車在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展過(guò)程以及研究現(xiàn)狀，明確本論文的研究方向，完善研究過(guò)程中所需要的所有內(nèi)容，并制定技術(shù)路線。第二章節(jié)：在符合實(shí)際與滿足預(yù)定目標(biāo)的條件下，進(jìn)行構(gòu)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分考慮構(gòu)架材料選擇以及各個(gè)基礎(chǔ)部件的安裝，生成三維模型，在機(jī)械設(shè)計(jì)軟件上完成構(gòu)架的總體組裝，查漏補(bǔ)缺，完善結(jié)構(gòu)。明確70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架各部件的組成和作用，根據(jù)實(shí)際和改善方案，設(shè)計(jì)符合實(shí)際應(yīng)用需求的70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)。第三章節(jié)：對(duì)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，充分考慮車輛運(yùn)用環(huán)境，即超常工況的多種載荷組合，在制定載荷工況時(shí)，按照國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC615-4:2003Motivepowerunits-Bogiesandrunninggear-BogieframeStructurestrengthtests和歐洲標(biāo)準(zhǔn)BSEN13749:2011Railwayapplication-Methodsofspecifyingstructuralrequirementsofbogieframes進(jìn)行設(shè)置，在有限元分析軟件中完成分析計(jì)算。第四章節(jié)：詳細(xì)的梳理計(jì)算過(guò)程，完善計(jì)算結(jié)果，同時(shí)列舉計(jì)算結(jié)果的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，得出所設(shè)計(jì)構(gòu)架的強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)需求。

參考文獻(xiàn)：詳細(xì)列出本文中所借鑒的論文題目，明確論文出處以及作者、版號(hào)致謝：表達(dá)對(duì)大學(xué)四年來(lái)老師及同學(xué)的幫助，感恩父母的支持，提及具體的幫助者，包括你的導(dǎo)師、同學(xué)、家人、朋友或其他人。感謝他們的具體貢獻(xiàn)，簡(jiǎn)要說(shuō)明他們?cè)谡撐膶懽鬟^(guò)程中的具體貢獻(xiàn)。表達(dá)對(duì)未來(lái)的期望，在致謝部分的結(jié)尾，表達(dá)對(duì)未來(lái)的期望和對(duì)幫助者的祝福。同時(shí)明確未來(lái)的奮斗方向。第二章70%低地板有軌電車的組成2.1低地板有軌電車的特點(diǎn)2.1.1載客量載客量是項(xiàng)目核心指標(biāo)之一，因此，在車輛寬度受限的情況下，載客量的增加意味著車輛長(zhǎng)度的增加，排除了“短小精悍”車型的選擇，必須考慮使用長(zhǎng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)載客目標(biāo)。盡管可以通過(guò)增加短模塊數(shù)量來(lái)提升載客量，但隨著模塊的增加，將對(duì)車輛軸重、高速運(yùn)行穩(wěn)定性以及碰撞達(dá)標(biāo)等提出更高的要求。2.1.2制動(dòng)性能列車制動(dòng)性能的要求十分苛刻，平均制動(dòng)減速度需達(dá)到2.8m/s2。因此，在既有電制動(dòng)與摩擦制動(dòng)的基礎(chǔ)上，需要增配磁軌制動(dòng)。基于車輛動(dòng)態(tài)質(zhì)量，兩臺(tái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上配置的制動(dòng)系統(tǒng)所能提供的制動(dòng)力無(wú)法滿足要求，由此增加非動(dòng)力2.1.3轉(zhuǎn)向架彈性輪對(duì)轉(zhuǎn)向架是有軌電車設(shè)計(jì)的核心，也是確保安全、性能與舒適的主要承載部件。合同要求不得使用獨(dú)立輪式轉(zhuǎn)向架，且對(duì)低地板高度做了嚴(yán)格限制。經(jīng)過(guò)分析，最終選擇傳統(tǒng)彈性輪對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架與非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架相結(jié)合的方式滿足要求。對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，選擇傳統(tǒng)彈性輪對(duì)轉(zhuǎn)向架主要考慮了牽引與制動(dòng)的要求。對(duì)于非動(dòng)力動(dòng)轉(zhuǎn)向架，選擇彈性輪對(duì)轉(zhuǎn)向架主要考慮車輪使用壽命。2.270%低地板非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架采用無(wú)搖枕軸箱外置結(jié)構(gòu)，車體和構(gòu)架之間通過(guò)牽引拉桿來(lái)連接。其輪對(duì)采用橡膠彈性車輪，整體式軸箱，驅(qū)動(dòng)單元采用雙空心軸雙聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)以減小簧下質(zhì)量，牽引電機(jī)為480kW三相交流異步電機(jī)。一系采用對(duì)稱式錐形橡膠堆定位，二系采用雙列沙漏型橡膠堆定位，車體直接支承在雙列沙漏型橡膠堆上，其橫向和搖頭相對(duì)位移由橡膠堆提供，并提供一定的回轉(zhuǎn)阻尼?；A(chǔ)制動(dòng)方式為盤形制動(dòng)，每軸設(shè)2盤，采用外置模式；另外設(shè)有主動(dòng)式磁軌制動(dòng)裝置，用于緊急制動(dòng)，安裝在構(gòu)架和軸箱之間。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為焊接結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)由箱型側(cè)梁、橫梁和端梁等部件組成，橫梁、側(cè)梁和端梁內(nèi)腔多處區(qū)域設(shè)置了隔板。制動(dòng)單元安裝座、磁軌制動(dòng)器限位座、橫向及垂向減振器安裝座、起吊座和牽引座等附屬件焊接在構(gòu)架主結(jié)構(gòu)上。2.370%低地板有軌電車的基本參數(shù)根據(jù)車輛的使用環(huán)境及性能要求，車輛的基本參數(shù)如表1所示表170%低地板有軌電車的基本參數(shù)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值最大設(shè)計(jì)速度/（km/h）80最大試驗(yàn)速度/（km/h90軸重/t11軌距/mm1435車輪直徑/mm660制動(dòng)方式液壓軸盤+磁軌+再生制動(dòng)最大載客量/人225供電方式DC750V/接觸網(wǎng)2.4構(gòu)架材料選擇首先，需要考慮的因素是構(gòu)架材料的強(qiáng)度。由于非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架需要承受車體的重量和運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力負(fù)荷，材料的強(qiáng)度必須能夠滿足這些要求。其次，還要考慮構(gòu)架的剛度。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到不同的載荷作用，因此材料的剛度也是一個(gè)重要的考慮因素。過(guò)高或過(guò)低的剛度都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的性能產(chǎn)生不良影響。在選擇材料時(shí)，需要綜合考慮構(gòu)架的強(qiáng)度和剛度要求，以保證車體的穩(wěn)定性和舒適性。另外，還要考慮材料的成本和可獲得性。不同材料的價(jià)格和可供應(yīng)性可能會(huì)有所不同，因此需要在滿足強(qiáng)度和剛度要求的前提下，選擇具有合理成本和易獲取的材料。最后，還需要考慮材料的耐腐蝕性和耐久性。由于有軌電車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，構(gòu)架材料需要能夠抵抗腐蝕和長(zhǎng)期使用而不產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞損傷。故構(gòu)架板材選用符合GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》要求的Q345E材料。2.5構(gòu)架的國(guó)外分析方法國(guó)外對(duì)構(gòu)架從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到強(qiáng)度的分析及驗(yàn)證已經(jīng)有了比較成熟的流程,可以分為以下幾個(gè)階段:第一階段,根據(jù)技術(shù)的要求和生產(chǎn)實(shí)際的需求,初步設(shè)計(jì)構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式和幾何尺寸；根據(jù)有限元仿真計(jì)算,由許用應(yīng)力和疲勞極限限制,分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,并對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化確定原始方案;第二階段,由動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真,根據(jù)仿真結(jié)果計(jì)算構(gòu)架的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)及疲勞損傷量,同時(shí)驗(yàn)證構(gòu)架設(shè)計(jì)裕量;第三階段,根據(jù)以上兩個(gè)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行物理樣機(jī)試制,由線路實(shí)測(cè)載荷譜確定臺(tái)架試驗(yàn)加載譜,最后由臺(tái)架試驗(yàn)以確定結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)。第一、二階段稱為虛擬耐久性試驗(yàn),第三階段稱為物理耐久性試驗(yàn)。虛擬耐久性試驗(yàn)是強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要工具,用以減少設(shè)計(jì)迭代縮短設(shè)計(jì)周期,物理耐久性試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)定型的核心驗(yàn)證工具,是質(zhì)量保證最核心的環(huán)節(jié)。2.7使用軟件介紹2.7.1SOLIDWORKS建模軟件SolidworkS軟件是美國(guó)SolidworkS公司開(kāi)發(fā)的一款基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD制圖軟件，有著功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，能夠?qū)⒐こ虉D的零件或部件的數(shù)字化特征參數(shù)進(jìn)行整理，以此來(lái)構(gòu)建三維模型，將特征參數(shù)以及加工要求，進(jìn)行數(shù)字化構(gòu)圖，通過(guò)對(duì)加工流程和工藝的解析來(lái)制定數(shù)字化的模式編程。參數(shù)是指約束，其值決定模型或組件的形狀。參數(shù)可以是數(shù)值參數(shù)，例如線長(zhǎng)或圓直徑，也可以是幾何參數(shù)，例如切線、平行線、同心線、水平線或垂直線等。數(shù)值參數(shù)可以通過(guò)使用關(guān)系相互關(guān)聯(lián)，從而使它們能夠理解設(shè)計(jì)意圖。設(shè)計(jì)意圖是零件的創(chuàng)建者希望它如何響應(yīng)更改和更新。例如，無(wú)論罐的高度或大小如何，您都希望飲料罐頂部的孔保持在頂部表面。SolidWorks允許用戶指定孔是頂面上的一個(gè)特征，然后無(wú)論他們后來(lái)為罐子分配什么高度，都會(huì)尊重他們的設(shè)計(jì)意圖。特征是指零件的構(gòu)建塊，它們是構(gòu)建零件形狀的基本操作。基于形狀的特征通常從形狀（如凸臺(tái)、孔、槽等）的2D或3D草圖開(kāi)始。然后擠壓或切割此形狀，以在零件上添加或去除材料。。在SolidWorks中構(gòu)建模型通常從2D草圖開(kāi)始（盡管\o"Poweruser"高級(jí)用戶可以使用3D草圖）。草圖由幾何圖形組成，例如點(diǎn)、線、弧、圓錐（雙曲線除外）和樣條曲線。尺寸將添加到草圖中，以定義幾何體的大小和位置。關(guān)系用于定義相切、平行度、垂直度和同心度等屬性。SolidWorks的參數(shù)化特性意味著尺寸和關(guān)系驅(qū)動(dòng)幾何形狀，而不是相反。草圖中的尺寸可以獨(dú)立控制，也可以通過(guò)與草圖內(nèi)部或外部其他參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行控制。在裝配體中，模擬與草圖關(guān)系是伴侶關(guān)系。正如草圖關(guān)系定義相對(duì)于草圖幾何的切線、平行度和同心度等條件一樣，裝配體配合定義了相對(duì)于各個(gè)零件或元件的等效關(guān)系，從而可以輕松構(gòu)造裝配體。SolidWorks還包括其他高級(jí)配合功能，例如齒輪和凸輪從動(dòng)件配合，這些功能允許建模的齒輪裝配準(zhǔn)確再現(xiàn)實(shí)際齒輪系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最后，可以從零件或裝配體創(chuàng)建圖紙。從實(shí)體模型自動(dòng)生成視圖，然后可以根據(jù)需要輕松地將注釋、尺寸和公差添加到繪圖中。繪圖模塊包括大多數(shù)紙張尺寸和標(biāo)準(zhǔn)（\o"ANSI"ANSI、\o"InternationalOrganizationforStandardization"ISO、\o"DIN"DIN、\o"GOST"GOST、\o"JapaneseIndustrialStandards"JIS、\o"BSIGroup"BSI和\o"StandardizationAdministrationofChina"SAC）。2.7.2ANSYS有限元分析軟件ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN,ALOGOR，IDEAS，AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一.在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部)等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì)CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來(lái)的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。點(diǎn)擊快捷工具區(qū)的SAVE_DB將前處理模塊生成的模型存盤，退出Preprocessor，點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的Solution，進(jìn)入分析求解模塊。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項(xiàng)，然后開(kāi)始有限元求解。后處理模塊POST1和POST26ANSYS軟件的后處理過(guò)程包括兩個(gè)部分：通用后處理模塊POST1和時(shí)間歷程后處理模塊POST26。通過(guò)友好的用戶界面，可以很容易獲得求解過(guò)程的計(jì)算結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行顯示。這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種2.8本章小結(jié)本章主要介紹了低地板有軌電車的組成。首先，通過(guò)對(duì)低地板有軌電車的特點(diǎn)進(jìn)行介紹，例如有軌電車的載客量、制動(dòng)性能以及轉(zhuǎn)向架。然后對(duì)于70%低地板非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹詳細(xì)說(shuō)明了轉(zhuǎn)向架中各個(gè)部件的位置以及作用，同時(shí)也對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行說(shuō)明。接著介紹了70%低地板有軌電車的基本參數(shù)以及通過(guò)對(duì)構(gòu)架材料選擇的討論確認(rèn)了后續(xù)計(jì)算所使用的材料。最后，介紹了在本次實(shí)驗(yàn)中所使用的兩個(gè)軟件SOLIDWORKS和ANSYS的基礎(chǔ)功能。本章通過(guò)對(duì)70%低地板有軌電車的組成及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹，以便對(duì)該設(shè)備有更深入的了解。在了解構(gòu)架的主要結(jié)構(gòu)后才能更好的明確構(gòu)架在不同工況下的載荷的分布。通過(guò)介紹70%有軌電車的基本參數(shù)，可以了解到構(gòu)架在不同工況下的具體技術(shù)要求，同時(shí)明確了該實(shí)驗(yàn)所需要使用的軟件，對(duì)兩個(gè)工程軟件的功能以及基礎(chǔ)操作有了初步的了解，為后續(xù)章節(jié)非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的三維模型建立以及對(duì)構(gòu)架在超常工況下的應(yīng)力分布計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。第三章70%低地板有軌電車非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)3.1構(gòu)建構(gòu)架有限元分析模型首先，對(duì)70%低地板有軌電車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的平面圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)SOLIDWORKS結(jié)合分析的數(shù)據(jù)畫出構(gòu)架本體以及制動(dòng)單元、磁軌制動(dòng)器、橫向及垂向減振器、起吊座和牽引座等零件，再使用SOLIDWORKS對(duì)零件進(jìn)行裝配，裝配圖如圖1-1所示。然后將繪制好的模型導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件，對(duì)構(gòu)架模型進(jìn)行強(qiáng)度分析。圖1-1構(gòu)架SOLIDWORKS模型構(gòu)架有限元分析模型采用空間笛卡爾坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系中，x軸指向車輛運(yùn)行前方，y軸與線路方向相垂直，z軸垂直于軌道平面，其正方向?yàn)樨Q直向上。坐標(biāo)系xOy平面位于中間橫梁上蓋板平面，原點(diǎn)位于中間橫梁上蓋板上平面的幾何中心。構(gòu)架采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元Solid45進(jìn)行離散，共離散為234149個(gè)節(jié)點(diǎn)，形成Solid45實(shí)體單元844193個(gè)，構(gòu)架有限元模型如圖1-1所示。構(gòu)架板材選用符合GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》要求的Q345E材料，材料力學(xué)性能如表2所示。最終計(jì)算得到的構(gòu)架質(zhì)量為953.12Kg。圖1-2構(gòu)架有限元模型表2材料力學(xué)參數(shù)厚度/mm屈服強(qiáng)度σ抗拉強(qiáng)度σ≤16≥345470~630＞16~403353.2結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)在充分考慮車輛運(yùn)用環(huán)境的基礎(chǔ)上，構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算參照國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC615-4:2003Motivepowerunits-Bogiesandrunninggear-BogieframeStructurestrengthtests進(jìn)行。此外，在制定載荷工況時(shí)亦參照了歐洲標(biāo)準(zhǔn)BSEN13749:2011Railwayapplication-Methodsofspecifyingstructuralrequirementsofbogieframes。根據(jù)DVS1612標(biāo)準(zhǔn)要求所規(guī)定的應(yīng)力轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行。正常情況下，按照以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，需要考慮模擬運(yùn)營(yíng)工況和超常載荷工況兩種工況，分別計(jì)算構(gòu)架的強(qiáng)度。但是，考慮到超常載荷工況更偏向于使結(jié)構(gòu)安全，且除了計(jì)算載荷外，計(jì)算的方法基本相同。本文只選取構(gòu)架的超常載荷工況進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。3.3基本計(jì)算參數(shù)表3基本計(jì)算參數(shù)表參數(shù)數(shù)值單位軸重11000Kg轉(zhuǎn)向架質(zhì)量3800Kg構(gòu)架質(zhì)量950Kg單個(gè)制動(dòng)器質(zhì)量38Kg單個(gè)構(gòu)架簧下質(zhì)量1077*2Kg緊急制動(dòng)時(shí)閘瓦/閘片壓力（單側(cè)）13830N常用制動(dòng)時(shí)閘瓦/閘片壓力（單側(cè)）1662.5N車輛緊急制動(dòng)減速度2.5m/s車輛常用制動(dòng)減速度1.1m/s固定軸距1800mm橫向減振器最大載荷1412N垂向減振器最大載荷1348N一系橡膠堆垂向剛度（每簧）1341N/mm一系橡膠堆橫向剛度（每簧）3700N/mm一系橡膠堆縱向剛度（每簧）3700N/mm二系橫向止擋自由間隙10mm二系橫向止擋彈性間隙10mm二系橡膠堆橫向總剛度260*4N/mm3.4本章小結(jié)本章通過(guò)建模軟件完成了構(gòu)架三維模型的建立，建模主要過(guò)程為先畫出構(gòu)架各個(gè)部件的零件模型如構(gòu)架主體、制動(dòng)單元、起吊座和牽引座等，然后進(jìn)行組裝，裝配，按照總成的裝配圖紙進(jìn)行裝配。在模型繪制過(guò)程中也遇到了許多問(wèn)題。由于這是第一次設(shè)計(jì)實(shí)體的工程圖紙，我對(duì)部分零部件的學(xué)術(shù)名稱以及安裝部位并不是十分清楚，所以在繪制過(guò)程中，有的圖紙細(xì)節(jié)在不影響計(jì)算結(jié)果的情況下做了簡(jiǎn)化處理，所以細(xì)節(jié)處的尺寸與實(shí)際會(huì)存在些許偏差。因?yàn)楸菊麓_定了構(gòu)架模型最后的樣式并且在此基礎(chǔ)上探討了ANSYS有限元分析的前期準(zhǔn)備。在通過(guò)查找資料后整理出了構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算時(shí)所需要參照的標(biāo)準(zhǔn)以及制定載荷工況時(shí)所需要的參照的標(biāo)準(zhǔn)。最后通過(guò)分析資料整理出了構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算時(shí)所需要的具體參數(shù)。未來(lái)的工作重點(diǎn)將集中在以下幾個(gè)方面。首先是進(jìn)一步完善和優(yōu)化轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的模型，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。其次，加強(qiáng)對(duì)ANSYS有限元分析軟件的了解及使用，以提高后續(xù)對(duì)構(gòu)架強(qiáng)度分析的準(zhǔn)確性。第四章構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果與評(píng)定4.1主要超常工況載荷在主要超常工況下，構(gòu)架所承受的載荷主要包括UIC615-4:2003Motivepowerunits-Bogiesandrunninggear-BogieframeStructurestrengthtests規(guī)定的垂向、橫向載荷及其組合。構(gòu)架在超常工況下所承受的垂向載荷根據(jù)式（1-1）計(jì)算，垂向載荷以面力的形式施加在二系彈簧承載面上。F在（1-1）中P0為轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)軸重，M構(gòu)架在超常工況下所承受的橫向載荷根據(jù)（1-2）計(jì)算，且橫向載荷分別以節(jié)點(diǎn)力和面力的形式施加在二系橡膠堆和橫向止擋上。F橫向載荷分配如式（1-3）和（1-4）所示：二系橡膠堆所承受的橫向載荷為F橫向止擋所承受的橫向載荷為F扭曲載荷取線路扭曲量為10‰時(shí)的作用力，以位移的形式施加轉(zhuǎn)向架對(duì)角處一系彈簧處，位移大小為18mm，大小相反。車輛在起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的縱向沖擊加速度取3g。4.2超常載荷工況組合及計(jì)算結(jié)果評(píng)定方法構(gòu)架在超常載荷下的載荷工況組合列于表4中。表4超常載荷下構(gòu)架載荷工況組合工況垂向載荷橫向載荷F斜對(duì)稱載荷其他載荷FF垂向、橫向和扭曲載荷共同作用FFF10‰-3g沖擊載荷作用下FF--縱向沖擊載荷（3g）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，構(gòu)架結(jié)構(gòu)在各工況下的強(qiáng)度通過(guò)結(jié)構(gòu)最大von_Mises應(yīng)力評(píng)定，該應(yīng)力根據(jù)式子（1-5）定義。σ(2-5)中σeq為各節(jié)點(diǎn)處von_Mises應(yīng)力，σ在各載荷工況下，構(gòu)架上各點(diǎn)的應(yīng)力不得超過(guò)材料屈服強(qiáng)度σs和安全系數(shù)的比值。構(gòu)架母材區(qū)域的安全系數(shù)取1.04.3超常載荷工況的計(jì)算結(jié)果與評(píng)定4.3.1垂向、橫向和扭曲載荷共同作用將1.4倍標(biāo)準(zhǔn)垂向載荷（）加載在二系簧承載面上，方向垂直構(gòu)架平面向下；橫向載荷（）分別以節(jié)點(diǎn)力和面力的形式加載在不同位置上：節(jié)點(diǎn)力加載在二系橡膠堆，方向?yàn)閥軸正方向；面力選取位置為橫向止檔結(jié)構(gòu)，方向?yàn)閥軸正方向。扭曲載荷取線路扭曲量為10‰時(shí)的作用力，以位移的形式施加轉(zhuǎn)向架對(duì)角處一系彈簧處，位移大小為18mm，大小相反。通過(guò)有限元分析軟件實(shí)際計(jì)算結(jié)構(gòu)表明，垂向、橫向和扭曲載荷共同作用時(shí)的構(gòu)架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力分布大小為293.29Mpa，分布位置出現(xiàn)在側(cè)梁上蓋板圓弧母材區(qū)域。其他部位應(yīng)力分布大小較小，對(duì)構(gòu)架結(jié)構(gòu)造成的影響也小。構(gòu)架各點(diǎn)的應(yīng)力大小均小于許用應(yīng)力，構(gòu)架靜強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3.23g沖擊載荷作用下將標(biāo)準(zhǔn)垂向載荷（)加載在二系簧承載面上，方向垂直構(gòu)架平面向下；橫向沖擊載荷取轉(zhuǎn)向架質(zhì)量的3g，作用在橫向止檔箱的外部筋板上，方向?yàn)閤軸負(fù)方向。通過(guò)有限元分析軟件實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明：3g沖擊載荷作用下構(gòu)架最大應(yīng)力分布位置位于側(cè)梁筋板靠近上蓋板圓弧母材區(qū)域，大小為124.56Mpa。，其他部位，應(yīng)力分布較小，對(duì)構(gòu)架結(jié)果產(chǎn)生的影響也較小。構(gòu)架各點(diǎn)的應(yīng)力大小均小于許用應(yīng)力，構(gòu)架靜強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。計(jì)算結(jié)果表明，在垂向、橫向和扭曲載荷的共同作用下，構(gòu)架最大應(yīng)力為280.97Mpa，出現(xiàn)在側(cè)梁上蓋板圓弧母材區(qū)域；車輛受到3g沖擊載荷作用時(shí)，構(gòu)架最大應(yīng)力出現(xiàn)在側(cè)梁筋板靠近上蓋板圓弧母材區(qū)域，大小為124.56Mpa。構(gòu)架各應(yīng)力云圖見(jiàn)圖1-3~1-5圖所示。表5超常載荷工況下構(gòu)架高應(yīng)力節(jié)點(diǎn)工況序號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)/mm應(yīng)力/MpaXYZ垂向、橫向和扭曲載荷共同作用155372983.96373.172966.53280.97255376-1134.58373.302287.04279.8355375-1134.58373.312287.05277.29455369-1134.58373.162966.53273.083g沖擊載荷作用下151632458.53330.452924.58124.56258123434.89331.142910.11122.84359702-848.57310.172522.49121.66459917-913.54317.192896.14120.37圖1-3垂向、橫向和扭曲載荷共同作用時(shí)應(yīng)力分布圖1-4垂向、橫向和扭曲載荷共同作用時(shí)高應(yīng)力區(qū)域圖1-53g縱向載荷作用時(shí)應(yīng)力分布圖1-63g縱向載荷作用時(shí)應(yīng)力分布4.4計(jì)算結(jié)論根據(jù)70%低地板有軌電車動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)，采用ANSYS有限元分析軟件，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算了構(gòu)架的強(qiáng)度和剛度，計(jì)算結(jié)果表明：該構(gòu)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合UIC515-4：1993Passengerrollingstock-Trailerbogies-Runninggear-Bogieframestructurestrengthtests的要求，滿足設(shè)計(jì)要求。4.5本章小結(jié)本章在進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)具體分析超常工況中當(dāng)垂向、橫向和扭曲載荷共同作用時(shí)以及3g縱向載荷作用時(shí)兩種工況下構(gòu)架分別受到的力明確了構(gòu)架在不同工況下的具體的受力。最后通過(guò)ANSYS軟件的模擬仿真得知了該構(gòu)架在垂向、橫向和扭曲載荷共同作用下與構(gòu)架受到3g沖擊載荷作用這兩種工況下構(gòu)架的應(yīng)力云圖。最后在進(jìn)一步的仿真結(jié)果和分析結(jié)果后表明，該構(gòu)架在這兩種工況下的最大應(yīng)力都小于構(gòu)架的屈服強(qiáng)度故該構(gòu)架強(qiáng)度滿足該UIC515-4：1993Passengerrollingstock-Trailerbogies-Runninggear-Bogieframestructurestrengthtests標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)架的強(qiáng)度符合。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們則可以更加具體在不同情況下，根據(jù)現(xiàn)實(shí)實(shí)際情況需要對(duì)構(gòu)架的強(qiáng)度進(jìn)行更加擬真的模擬，本章對(duì)于70%低地板非動(dòng)力有軌電車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的強(qiáng)度分析工作做出了有效合理的描述。對(duì)于未來(lái)構(gòu)架的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，本研究具有一定的價(jià)值。結(jié)論與展望本文的研究是建立在充分考慮車輛運(yùn)用環(huán)境的基礎(chǔ)上,且構(gòu)架的強(qiáng)度計(jì)算參照國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC?615-4《UIC標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；此外，在制定載荷工況時(shí)亦參照了歐洲標(biāo)準(zhǔn)BSEN13749《EN標(biāo)準(zhǔn)》；根據(jù)DVS1612標(biāo)準(zhǔn)要求所規(guī)定的應(yīng)力轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行?？紤]了在超常工況下，母材主體安全系數(shù)設(shè)為1.0，在多種載荷工況下，根據(jù)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了校核。在本文撰寫過(guò)程中，使用到了建模軟件SolidWorks和有限元分析軟件ANSYS對(duì)構(gòu)架進(jìn)行