第02章 轨道交通车辆总体设计

兰州交通大学机电学院商跃进第二章车辆总体设计第1节车辆总体设计概述第2节车辆总体参数设计第3节车辆总体布置设计第4节车辆总体设计相关计算第5节转向架总体设计第1节车辆总体设计概述1.车辆总体设计原则2.车辆总体设计内容3.车辆总体设计的具体工作4.主要组成部件的设计要求1.车辆总体设计原则1.应满足设计任务书所提出的基本要求。这些要求包括:必须保证车辆具有合理的技术经济参数、车辆与线路相互作用的条件、运行的安全性、结构的运用可靠性和耐久性。此外，还应考虑车辆限界、允许轴重、车钩纵向中心线距轨面的高度等因素。2.设计上要做到安全可靠、方便使用、利于修造、美观舒适、经济合理，技术先进。应采用具有现代化气息和时代感。3.要积极采用和发展新技术、新工艺、新材料;要贯彻一切通过试验的原则;4.设计中应尽量采用标准件、通用件。简化配件规格，考虑成批生产的可能性;5.选用材料的规格、牌一号要力统求简化，要立足于国内市场供应。学习和借鉴国外的先进技术和经验要同创新相结合的原则。6.节省能源和轻量化设计，适应环境影响的各种要求设计。2.车辆总体设计内容车辆总体设计是一种带规划性质的设计，其目的是要说明该车能否满足设计技术任务书中提出来的各项功能要求，以及通过什么措施或方法来协调设计中出现的各种各样的矛盾或问题。车辆总体设计的工作内容贯穿在整个设计的各个阶段。车辆总体设计主要包括两个方面的内容，即：（1）车辆总体参数设计（2）车辆总体布置设计3.车辆总体设计的任务动车组总体设计内容包括:1.确定动车组的组成方式、牵引与制动性能、结构形式、主要结构参数和性能参数。2.选好标准部件和借用部件。如车钩缓冲装置的选用。3.确定各部分的尺寸和位置，进行重量均衡估算；考虑特殊零部件的结构型式、主要尺寸；活动件的运动范围分析，确定部件间连接形式或安装方式等。4.绘出车辆总体布置图。对于客车包括平面布置图、立面布置图以及车下设备的布置图。5.制定各主要部件的设计要求。6.协调和解决各组成部件在设计中出现的矛盾和问题。4.主要组成部件的设计要求动车组各主要组成部件的设计要求一般包括:①车体：车体及其各主要组成的结构形式和设计要求;关键性梁柱的断面形状和尺寸;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。中空挤压型材整体承载车体。②转向架：转向架的结构形式主要取决于弹簧悬挂装置、牵引电机和齿轮传动装置、制动装置的组成及其布置等。对新开发设计转向架，应提出转向架的设计技术任务书。如采用现有转向架，应指明型号。③牵引电动机与齿轮传动装置：牵引电动机的选型与全悬式安装(架悬式或体悬式)，与齿轮传动装置的连接方式等。④制动系统：电制动、基础制动等主要型号和结构形式;制动装置部件和制动管路的布置和设计要求等。动车组必须采用能提供强大制动力并更好利用粘着的、由多个子系统组成的复合制动系统。⑤车钩缓冲装置：车钩缓冲器、密接式车钩及电气和风管连接器的型号。⑥车内设备：客车的门窗、桌椅、行李架等的设计要求和美工工艺、材质等，轻型舒适。⑦客车给水、采暖、卫生和空调设备：水箱的容量、数量、形式和安装位置;采暖设施的结构类型;洗脸盆、洗手器、便器形式和布置，给水管路的设计要求;空调装置的结构形式、主要参数，部件的布置.风道的结构形式和控制系统。⑧辅助电气设备：辅助整流装置、蓄电池、充电机的型号;照明灯具和其他用电器具的结构形式;其他特殊的电器设备;如列车播音、电视、显示器等的设计要求。第2节车辆技术参数设计车辆的技术参数是指车辆技术规格的某些指标，是从总体上表征车辆性能及结构的一些数字。车辆的主要技术参数，一般包括性能参数和主要尺寸。（一）性能参数确定即技术经济指标，包括：自重、轴重、定员、舒适性等（二）尺寸参数确定•长度方向尺寸包括车辆定距、转向架固定轴距、车辆全长等；•车辆宽度方向的尺寸主要受限界的严格控制；•高度方向尺寸包括车钩高、地板面高、车辆最大高度。方法：类比选择，计算验证。（一）性能参数确定技术经济指标是一种由许多因素影响的综合性指标，因此必须统筹兼顾影响它的各种因素，同时全面考虑运输成本，提高车辆运行速度，应有适当的技术贮备。车辆主要技术经济参数包括:车辆载重，自重，轴数/轴重，客车定员，车辆最高试验速度/最高运行速度等。为了能对各种车辆的性能进行比较，可采用一些比参数:如车体比容积，每延米轨道载重，客车每一定员所占车辆自重等参数。1.货车的技术经济指标设计2.客车的技术经济指标设计3.CRH动车组的主要技术特征•最高试验速度：最高试验速度是指车辆设计时，按安全及结构强度等条件所允许的车辆最高行驶速度。•最高运行速度：除满足上述安全及结构条件外，还必须满足连续以该速度运行时车辆有足够良好的运行性能。以往常用“构造速度”作为参数，因其概念不够明确，现多以“最高试验速度”和“最高运行速度”来替代它。1、货车的技术经济指标设计一、合理选定自重系数自重系数是运送每单位标记载重所需的车辆自重。从单纯的技术观点来看，因为机车牵引的车辆自重是一种无效重量，并不产生经济效益，车辆的自重系数显然愈小愈好。自重系数=自重/标记载重=自重/定员数二、合理选定比容系数比容系数是标记容积与标记载重的比值，比容系数的确定与该货车装运的货物有关。比容系数=容积/标记载重三、尽量达到每延米轨道载重的允许值：每延米轨道载重:是车辆总重量与车辆全长之比。它是车辆设计中与桥梁、线路强度密切相关的一个指标。我国规定线路允许载荷一般不得超过6.6t／m。四、合理确定车辆的轴重、轴数国际铁路联盟路动车的最大轴重限定为17t(最高运行速度为160~300km/h)，拖车的最大轴重限定为16t(最高运行速度为160~250km/h)。2、客车的技术经济指标设计各型客车的定员不同、舒适性不同和为旅客所提供的方便条件不同，其部分技术经济参数可能相差很大。我国种客车的技术经济参数如下：车种25T型客车（普通型）25T型客车（青藏高原型）定员硬座车：118软座车：78/72（广九直通车）/40（行李软座合造车）硬卧车：66/60（带播音间）/40（国际联运）软卧车：36高级软卧车：16餐车：40/16（带休闲茶座）行李车：4硬座车：98硬卧车：60/54（带播音间）软卧车：32餐车：44空调发电车：18构造速度180km/h180km/h最大运营速度160km/h160km/h车体长度（不计车钩）25500mm25500mm车体高度4433mm4433mm车辆宽度3104mm3104mm换长2.42.4自重硬座车：48.5~51.4t软座车：46.4t硬卧车：52.8t软卧车(BSP)：47.9t软卧车(国产化)：51.3t餐车(BSP/国产化)：47t/50.5t行李车：45.7t硬座车：51.9t硬卧车：54.1t软卧车：53.3t餐车：52.2t空调发电车：85.8t通过最小曲线半径145m145m3、CRH动车组的主要技术特征4、城市轨道车辆主要参数序号项目名称A型车B型车C型车四轴车四轴车四轴车六轴车八轴车1车辆基本长度（m）221918.922.329.52车辆基本宽度（m）32.82.63车辆高度（m）受流器车(加空调/无空调)3.8/3.63.8/3.63.7/3.25受电弓车（落弓）3.83.83.7受电弓车（升弓）3.9~5.64车内净高(m)2.10~2.155地板面高(m)1.10.956车辆定距（m）15.712.611~7.27固定轴距（m）2.2~2.52.1~2.21.8~1.98车轮直径（mm）8407609每侧车门数（个）54410车门宽度（m）≥1.311车门高度（m）≥1.812定员（人）单司机室车295230200240315无司机室车31024521025032513轴重（t）≤16≤14≤1114站立人员标准（定员/超员）（人/m2）6/915最高运行速度（km/h）≥80≥7016起动平均加速度(m/s2)≥0.9≥0.8517常用制动减速度(m/s2)1.01.118紧急制动减速度(m/s2)1.21.319噪声[dB(A)]司机室内≤80≤70客室内≤83≤75车外≤80~85≤82（二）尺寸参数确定1.长度方向尺寸的确定2.宽度方向尺寸的确定3.高度方向尺寸的确定4.CRH动车组主要尺寸参数动车组主要尺寸参数包括车辆定距、转向架固定轴距、车辆最大宽度、最大高度等1.长度方向尺寸的确定长度方向尺寸包括车辆定距、车辆全长等。（1）车辆定距（2）车体外长（3）车体内长（4）车辆全长（1）车辆定距车辆定距的选择要考虑它对整车其他尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。车辆定距短一些，车辆总长、质量、最小通过曲线半径就小一些。但车辆定距过短也会带来一系列问题，如车厢长度不足、列车振动加大、高速运行性能恶化等。因此，在选择车辆定距时应综合考虑对相关方面的影响。现有动车组车辆定距一般取18000mm左右。（2）车体外长车辆停在曲线上时，其中部向曲线内侧偏移，端部向由线外侧偏移，偏移量的大小与车辆长度、车辆定距、转向架固定轴距以及曲线半径有关，可按下列公式进行计算:对于有转向架的四轴车端部偏移量中部偏移量式中，L—车体长度;l—车辆定距，S—转向架固定轴距，R一线路曲线半径。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。由以上两式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左右比较合理。图1有转向架的四轴车偏移量RSlwe822RSlLwm82224.12/lL（3）车体内长车体内长与运输对象有密切关系。对于客车来说，无论座车、卧车、硬席车、软席车，其座席及铺位之间均有必要的间隔距离。因此，客车车体的长度主要由客室长度（等于若干个间隔距离之和）或包房总长所决定，其余的面积则是辅助性的。厕所、通过台、盥洗室及乘务员室等辅助面积并不因座席或铺位数略有增减而变化。因此，客车发展的趋势也是为增多载客量而增长车体。（4）车辆全长车辆全长与车体外长间的关系主要与用什么形式的牵引缓冲装置有关。对于使用15号车钩的车辆，其钩舌内侧面距车体外缘为468.5~469.5mm。2.宽度方向尺寸的确定车辆宽度方向的尺寸主要受限界的严格控制。原则上，在设计机车车辆时只要在限界的允许范围内，都应想办法把车体设计得尽可能宽些。车体最宽处尺寸（2.6m)3.高度方向尺寸的确定（1）车钩高确定车钩连挂后为了安全可靠，列车中各辆车的钩高应基本一致。各国因其历史原因形成不同的钩高，我国车辆在新造或修竣时空车状态的钩高标准值为880mm，CRH系列动车组的车钩高约1000m，这是保证正常传递力及动车组运行时不会发生脱钩事故所必需的。（2）地板面高确定货物站台高度为1.1m，客车通过台处渡板距轨面高度均为1.3m。通常，动车组车辆地板面应与站合高度基本一致，这是为了方便旅客上下车。车钩缓冲装置装在底架中梁前端的牵引梁内，同时底架又放置在两台转向架上，故车钩高及转向架空气弹簧上表面高度也成为控制地板面高度的一个因素。转向架空气弹簧上表面距轨面的高度并非标准值，它既与轮径有关，更与结构有关。（3）车辆最大高度确定客车内部希望有较高的净空，普通客车车顶最高点至轨顶面距离为3.25m);对高速动车组为减小空气阻力等原因应适当降低车顶高度。4.CRH动车组主要尺寸参数车型CRH380ACRH380ALCRH380BCRH380BLCRH380CLCRH380DCRH380DL最高运营速度(km/h)380380380380380380380编组形式81681616816动、拖数量6M2T14M2T4动4拖8动8拖8动8拖4动4拖8动8拖轴重(t)≤15≤15≤17≤17≤17≤17≤17总定员：4941027490100410044931027一等车定员：951058712912990105二等车定员：373838360791791373840观光区定员：12（一等）10810101010VIP车定员：——24无2424无24VIP包间定员