【机情无限 精彩毕设】机械2025届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第九期——时速450km动车组转向架构架轻量化方案设计
学生姓名：田富宇
班 级：车辆2021-03班
指导教师：胡洪斌
毕设题目：时速450km动车组转向架构架轻量化方案设计
一、概况
1.选题意义
我国正处于高质量发展阶段，国家战略性地推动加快建设交通强国，推进现代化综合交通运输体系建设，高速铁路对促进区域经济一体化、带动产业发展等意义重大。中国国家铁路集团有限公司发布的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》提出加强研究新一代高速动车组等任务，以实现全国客运快速通勤要求，同时发挥铁路低碳环保优势，引导绿色出行。为满足规划要求，研发时速450km以上的高速动车组，轻量化设计至关重要，既能减少牵引功率需求、降低能耗、提高运行效率，又能减小轮轨作用力、延长使用寿命、提升动力学性能等。作为拖车转向架的关键承载结构件以及重量占比最大的部件，构架的轻量化设计是研发中的首要任务之一。
2.任务分解
（1）查找相关文献，对比国内外转向架结构及各项技术参数，确定转向架总体方案并建模。
（2）完成构架的设计计算，建立构架的三维分析模型，并按照标准完成载荷工况计算。
（3）导入构架模型并利用Altair Hypermesh进行网格划分。
（4）针对优化工况，选择合适的设计变量、约束条件和目标函数，使用Optistruct的优化求解器对构架主结构进行设计优化。
（5）根据优化后的结果完善构架设计方案，完成构架基于标准的静强度评价。
（6）绘制全部工程图纸，完成毕业设计说明书的撰写。
二、已完成工作
1.在大量的文献阅读与综合的基础上，提出了一种满足设计目标的动车组转向架方案及其构架原型方案。方案的主要特点是，采用两系悬挂，车轴选用RD3B型，车轮采用LMa踏面，新轮直径920mm。车轮辐板为S形辐板。一系悬挂装置包括：转臂轴箱、节点压盖、转臂节点组成、一系垂向减振器、一系双卷钢弹簧。二系悬挂装置包括：空气弹簧、横向减振器、抗蛇行减振器和横向止挡。牵引装置采用z字形牵引拉杆和中心牵引销。
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图1 转向架总体方案图
在遵循设计原则的前提下，借鉴成熟高速动车组构架的结构特点，提出了一种焊接构架结构原型，用于后续优化分析。如图2所示，主要结构由左右侧梁与两根横梁组成。左右侧梁由上盖板、下盖板和中间腹板焊接组成，上盖板主要受力点下方还安装加强筋板。焊接构架侧梁有工形梁和箱形梁两种结构类型，为了增加构架结构强度和刚度，该构架采用钢板组焊的箱形梁结构焊接。为减少应力集中，同时减少材料的使用，横梁采用的焊接方式是将横梁的安装座先焊接在构架侧梁上，然后再将圆柱形横梁焊接在横梁固定座上。
图2 构架
2.将建立的构架模型导入Hypermesh中完成了几何清理、网格划分，利用Optistruct优化求解器进行了初步分析，并获得了初步的von Mises应力云图,如图3所示。当前只是初步结果，后续将继续按任务要求进行优化。
图3 仿真结果
三、下一步工作计划
接下来工作的关键是充分利用Altair Hypermesh前端及Optistruct优化求解器提供的功能，在设计理论的指导下继续进行以轻量化目标为主的构架结构优化。获得合理有效的构架模型。然后对优化后的构架进行详细设计及基于标准的静强度评价。最终完成工程图纸的绘制并撰写完成产品设计说明书。
问题一：设计方案完成情况如何？
回答：当前转向架方案基本完成，构架针对轻量化目标提出了分析原型，待完成设计优化后进行详细设计，完整地完成构架设计方案。后续还将进行全部工况的构架静强度评价。
问题二：你的有限元模型是怎样设置约束的？
回答：我在构架的边界设置了纵向、横向和垂向的弹性约束；由于时间限制，当前仅进行了垂向载荷的施加。
通过提出时速450km转向架方案，我对转向架的基本组成结构有了更深的了解，如一系双卷钢弹簧的参数计算，转向架构架的尺寸确定等内容。将以前从专业课书本上学习的知识，深入了解后用到实处。在设计过程中，不断运用机械设计的知识和技能，包括SolidWorks建模、CAD绘图、Altair平台Hypermesh及Optistruct等软件模块的应用等方面。通过实际设计，将课堂学习的知识应用到实际工程中。面对设计中的挑战，解决实际问题的能力会得到锻炼和提升。在完成这个项目的过程中，遇到一些尚未解决的问题或者需要改进的空间，促使我培养学术研究的意识，激发创新思维，不断尝试提出新的方案和解决方法。