地铁转向架综合试验台设计与优化

摘要

地铁作为最主要的城市轨道交通模式，已经成为了市民出行方式的首要选择，也是解决城市交通拥堵的重要手段。作为地铁车辆的核心部件，转向架性能关系到整个车辆的运行安全性与乘坐舒适性，在其拆解、检修维护、重新组装后需要进行综合性能试验，试验合格后才能装车运行。 地铁转向架试验台属于非标设备，由于现有试验台研发时间较早，研发人员经验不足以及缺少行业标准规范指导，在实际使用过程中暴露出了一些问题，主要体现在机械结构缺陷和试验功能欠缺两个方面。本文针对这两类问题，分析了其产生的主要原因并在此基础上进行了优化设计。 机械结构方面，针对支撑升降平台升降过程中存在卡顿现象，通过ANSYS Workbench软件对支撑升降平台进行有限元仿真分析，找出了在其升降过程中出现卡顿现象的原因。在不对现有试验平台结构进行大幅改动的前提下，对支撑升降平台主体框架结构和导向柱、套筒进行了优化设计。针对驱动轮轴距调整机构滑动支座移动困难现象，通过问题原因分析和车轮与驱动轮间所需压紧力的计算，重新设计了试验台驱动轮轴距调整机构以及相应的气压回路。 试验功能方面，新设计了空气弹簧气密性试验功能和动力转向架主动跑合试验功能。根据空气弹簧气密性试验技术要求设计了龙门架结构、气压回路以及液压回路，并对龙门架结构强度、刚度进行了检验。通过对牵引电机空载电流的估算，重新选择了变频器功率，并对变频器BICO技术进行了研究与应用，设计了试验台驱动电机与转向架牵引电机的控制方式。 最后，优化了部分数据测量采集方式，对优化后的试验台电控系统进行了梳理，重新编写了PLC控制程序。利用VB编程语言编写了OPC客户端软件应用程序，并对上位机客户端界面进行了重新设计。

目录

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课题选题背景

国内外研究现状

本文研究的目的和意义

本文研究的主要内容

本章小结

现有地铁转向架试验台概述

地铁车辆概述

转向架主要性能参数和基本结构

试验台主要功能

试验台总体结构

现有地铁转向架试验台的不足

机械结构缺陷

试验功能不完善

本章小结

试验台机械结构仿真分析与优化设计

有限元分析法基本思想

有限元分析软件

支撑升降平台升降卡顿原因分析

支撑升降平台三维建模

支撑升降平台有限元分析

支撑升降平台结构优化方案

龙门架结构有限元分析

龙门架三维建模

龙门架结构强度及变形有限元分析

试验台驱动轮轴距调整机构优化设计

结构优化设计

两轮间压紧力计算

气压回路设计

本章小结

地铁转向架综合试验台功能优化

试验必要性和设计思路

机械结构设计

气压与液压回路设计

空气弹簧气密性试验流程

方案设计

主动跑合试验流程

主动跑合试验电路硬件设计

一台变频器控制多台不同类型电机方法研究

本章小结

地铁转向架综合试验台电控系统的优化与设计

电控系统概述

地铁转向架综合试验台主电路设计

跑合试验驱动电路设计

液压控制及其驱动系统电路设计

试验台功能整合后的试验流程

PLC控制系统设计

SIMATIC S7-200 SMART系列PLC简介

PLC硬件设计

PLC程序设计

上位机软件设计

基于VB的OPC客户端开发

客户端界面设计

本章小结

结 论

致 谢

参考文献

附 录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的项目