摘 要

矿石，煤炭等大宗生产物资通常采用火车运输，火车头提供货运火车所需动力。在港口，货场等场合，需要对火车进行货物装卸作业，作业过程中，要求火车在装卸区域内沿直线缓慢移动。而现有的火车头形式，其制造成本与使用成本普遍较高。因此，是否可以有一种方案，在保证火车头牵引能力的情况下，如何降低其制造成本与使用成本，是本次毕业设计的主要研究方向。

本次设计以铁路机械为基础，对火车牵引车进行了总体设计，并对其车架，牵引机构，换轨机构进行了设计。

为了更直观并且全面的了解牵引车各个机构及其相互之间的配合，在设计的过程中，使用了ANSYS和ADAMS软件进行了车架的金属结构仿真与整车的动力学仿真。使用AutoCAD软件对牵引车总图进行绘制，同时用Solidworks软件对牵引机构及车架进行建模。相比于以往的计算说明，本文更具有针对性并包含一定的创新性。

经过一系列的校核与计算，牵引车的设计符合要求。

关键词：铁路机械；牵引车；车架；牵引装置

Abstract

Ore, coal and other bulk commodities are usually transported by train, and locomotives provide the power needed for freight trains.In port, yard, etc., the train is required to load and unload the goods. During the operation, the train is required to move slowly along the line in the loading and unloading area.And the existing locomotive form, its manufacturing cost and the use cost is generally higher.Therefore, it is the main research direction of this graduation design to have a scheme to reduce the manufacturing cost and the cost of use in the case of the locomotive traction ability.

This design is based on the railway machinery, the train tractor is designed in general, and the design of the frame, traction mechanism and changing mechanism is carried out.

In order to more intuitive and comprehensive understanding of the tractor and its agencies to cooperate with each other, in the process of design, using ANSYS and ADAMS software frame of the metal structure simulation and vehicle dynamics simulation.AutoCAD software is used to draw the general drawing of tractor, and the traction mechanism and frame are modeled with Solidworks software.Compared with the previous calculation, this paper is more targeted and contains some innovation.

After a series of checking and calculation, the design of the tractor meets the requirements.

Key Words：railway machinery；tractor；frame；traction device

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及目的 1

1.2 与课题相关国内外发展状况 1

1.3 课题研究内容 2

第2章 牵引车相关计算 3

2.1 机车牵引力概述 3

2.2 牵引车质量初步估算 4

2.3 牵引车运行阻力计算 4

2.4 牵引车功率计算 5

第3章 牵引车车架设计 6

3.1 牵引车车架概述 6

3.2 车架截面设计 6

3.3 牵引车总体布置 6

3.4 车架ANSYS分析 8

3.4.1 ANSYS软件介绍 8

3.4.2 车架ANSYS分析 8

第4章 牵引装置设计 11

4.1 牵引装置概述 11

4.2牵引装置设计思路及实施方式 11

4.3牵引装置主要零件的选型及设计 13

4.3.1夹紧缸的选型 14

4.3.2驱动轮的设计 15

4.3.3驱动电机的选型 15

4.3.4夹钳的设计 16

第5章 换轨装置设计 17

5.1 换轨装置概述 17

5.2换轨装置设计思路及实施方式 17

5.3主要零件的选型 18

5.3.1升降缸选型 18

5.3.2回转电机选型 19

5.3.3舵轮选型 20

第6章 整车ADAMS分析 21

6.1ADAMS软件介绍 21

6.2整车ADAMS仿真 21

第7章 环境影响及经济性分析 23

7.1环境影响 23

7.2经济性分析 23

第8章 总结与展望 24

8.1总结 24

8.2展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景及目的

在我国贸易经济飞速发展的同时，我国运输行业也随之进入蓬勃发展时期，对于各个港口各项能力的要求也逐步提高，尤其是港口的运输能力水平更是直接影响着我国对外贸易的经济活动。在这种情况下就需要针对港口机械制造工艺作出进一步优化及创新，使其能够有效提升港口运输机械的工作效率^[1]。

本次毕业设计主要的研究对象是火车牵引车,属于铁路机械范畴。铁路货运的地位在中国货运体系中起着决定性作用。近年来，中国铁路网规模发展迅速，但铁路货运增长速度却十分缓慢^[2]。因此，改进现有铁路运输机械，降低其制造与使用成本，提高其生产效率，对于铁路货运的发展具有重要意义。

1.2 与课题相关国内外发展现状

有关火车牵引车的研究，无论国内还是国外，都停留在初步阶段，已有成果主要有以下几种主要形式，各有其优缺点^[3]。

（1）公铁两用火车牵引车：自2004 年以来，中国已开始修建高速铁路，截至2015 年年底，我国已经是世界上拥有最高运营速度、最大规模的高速铁路路网的国家。随着动车组列车在我国铁路中的大规模应用，牵引车设备已由过去的轨道牵引车升级为更加方便、灵活的公铁两用牵引车，并且由传统的内燃机驱动牵引车转型为电力驱动牵引车。体积小，节能环保是电动公铁两用牵引车具有的优势，适用于列车检修基地的封闭空间环境^[4]。公铁两用牵引车也有其不足之处。为了满足牵引车在公路与铁路之间切换的使用要求，牵引车需要有两套车轮：一套适用于公路的橡胶轮，一套适用于铁路的钢轮。这使得牵引车结构变得复杂，增加成本。与此同时，牵引车的其他装置的布置也会受到影响，变得更加复杂，如传动装置,牵引车稳定性也会受到一定程度的影响^{[5][6] [7]}。

2）调车绞车。调车绞车经常用于港口、码头矿山或水泥厂、电厂等需要用调车绞车牵引铁路车皮，装卸大宗散装物品的露天户外环境^[8]。由于牵引钢丝绳的布置线路很长，传统的调车绞车托辊一般不采用带绳槽槽形的滚筒，而是采用整体式铸铁或铸钢圆柱滚筒式托辊。这种托辊的优点是对水平方向安装精度要求不高，加工工艺相对简单。 缺点是滚筒消耗材料多，表面淬硬困难，使用寿命短。 一旦滚筒因磨损损坏，则整个托辊就要报废^[9]。因此，在以往的使用过程中，用户不得不花费大量的人力和财力采购更换托辊。此外，牵引钢丝绳的布置线路很长，所需钢丝绳的长度也很长，而钢丝绳属于消耗品，需要定期更换，也增加了使用与维护成本^[10]。

3）传统火车头。传统铁路货运主要负责铁路运输部分，很少与其他运输方式协同运输，较少参与到铁路运输两端的集货和配送^[11]。使用火车头牵引车箱，完成货物的牵引及运输属于比较普遍的运输方式。牵引车的形式主要为全挂牵引车。主要缺点为牵引车动力传动系统可能存在费用高，牵引传动系统控制不是很合理的问题，而且火车头的成本也十分高昂。同时，火车头自重较大,对铁路的载荷巨大，对港口，货场等工作环境的轨道要求较高^[12][13]。

以上为国内外火车牵引车的几种主流形式及其各自优缺点，目前的主要研究趋势有新能源技术对于牵引车的应用。随着能源供给日趋紧张和对于环保的要求日渐严格，作为大型能源消费国的港口机械，必须要改变其能源消耗模式^[14]。港口牵引车是港口的主要运输设备，主要以柴油为主要燃料，不仅具有较高的能源成本，而且对港区环境造成了严重污染，因此在港口牵引车上应用环保清洁节能能源，不仅有利于保障经济健康持续发展，而且可以有效解决能源紧缺和环境污染问题^{[15] [16][17]}。

设计与改进牵引车的过程中，也应用了许多新的辅助工具和技术手段。例如半挂牵引车车架疲劳可靠性分析及优化^[18]。又如基于牵引车轻量化考虑，使用铝壳代替铸铁壳变速器后，动力总成质量减轻引起整车怠速振动较大。利用 ADAMS对悬置系统刚体模态进行仿真分析，通过试验验证仿真模型的有效性，找出引起整车怠速振动的原因和优化方向。以悬置刚度为优化参数，以悬置系统主振动能量分布的加权组合为目标函数，给出优化后的悬置参数。最后，在怠速工况下对转向盘振动量和悬置传递率进行测试，结果表明，优化后整车振动得到明显改善^[19][20]。

1.3课题研究内容

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

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