——车辆设计——
一、车辆总体部分
1 车辆设计主要原则
车辆是铁路运输的基本工具，设计制造出更多更好的车辆以适应现代铁路运输的要求，是铁道车辆设计制造部门的重要任务。
车辆设计是车辆生产的第一道工序，车辆设计图纸和技术文件直接表达了产品的技术水平和对产品的质量要求，规定了产品的性能和使用维修条件，是组织车辆生产的主要依据之一。设计人员应认真贯彻执行有关铁路技术政策，深入实际，广泛调查研究，收集使用、修理、生产、试验等第一手资料。按设计技术任务书的要求，精心设计，精心施工。
车辆设计应贯彻下述原则：
① 设计上要保证使用，方便检修，利于制造，运用安全，经济合理，技术先进。 ② 要积极采用和发展新技术、新工艺、新材料。采用“三新”时要贯彻一切通过试验的原则，要考虑成批生产的可能性。积极引进国外先进技术，走技术引进和自我开发相结合的道路。
③ 对车辆新产品设计、老产品改进设计和运用中的车辆的重大加装改造，都必须经过试制、试验，特别是运用试验，以充分暴露问题，予以改进，使设计切合实际。对于成批生产产品的改进设计，要做到既要有所改进、有所提高，又要在修造中保持相对稳定。
④ 选用材料的规格、牌号要力求简化、统一,要立足于国内市场供应。
⑤ 必须重视产品的标准化、通用化、系列化工作。设计中应尽量采用标准件、通用车辆配件。凡影响通用性、互换性的新设计或改造设计都必须慎重考虑。
⑥ 设计中尽量采用三维实体设计，采用标准化、模块化设计，减少设计失误，提高设计效率。
2 车辆设计流程
车辆设计工作一般是按照产品实现的策划、方案设计、技术设计、工作图设计、设计评审、设计和开发验证和设计和开发确认、产品持续改进等几个步骤进行。但在实际工作中，方案设计、技术设计、工作图设计三段设计往往是交叉进行的。对于一些设计者所熟悉的产品，常常在方案设计之后直接进行工作图设计，以缩短设计周期。对于一些新型车辆，也可以先提出方案设想，然后进行各关键零部件的设计、试制、试验和研究工作，在这些工作取得成果的基础上，再进行车辆的方案设计、技术设计和工作图设计。
2.1 产品实现的策划
产品实现的策划应与质量管理体系其他过程的要求一致，在对产品实现进行策划时，组织应确定以下方面的适当内容：
① 产品的质量目标和要求；
② 针对产品确定过程、文件和资源的需求；
③ 产品所要求的验证、确认、监视、检验和试验活动，以及产品接受准则； ④ 为实现过程及其产品满足要求提供保证所需的记录。
设计技术任务书的编制要求：
设计任务书使产品设计工作的依据，应做到“四交”：即交技术政策与法规、交用途、交主要技术经济指标和交特殊要求。一般设计任务书的内容包括：
1
——车辆设计——
① 概述、产品用途； ② 主要技术参数； ③ 车体型式及构造；
④ 转向架的型式与要求； ⑤ 制动装置的型式与要求； ⑥ 车钩缓冲装置的型号； ⑦ 材质要求； ⑧ 油漆要求；
⑨ 环境保护及职业健康安全要求； ⑩ 其他特殊要求。
2.2 车辆方案设计
2.2.1 调查研究，搜集资料
搜集同类型车辆的有关图纸、资料（结构图纸、计算资料、照片和试验报告），调查其在运用、检修和制造中存在的问题，了解国内外新结构、新技术的发展情况，掌握材料的供应情况，以及工厂的生产设备、工艺条件等，以作为设计时的参考。 2.2.2 拟定结构方案
根据设计任务书的要求，拟定一个或几个结构方案，并从以下几个方面进行分析比较： 结构的合理性和技术经济指标的先进性； 运用、检修、制造的方便性和经济性； 原材料的来源是否由保证。 2.2.3 本阶段应完成的工作
车辆主要规格和性能说明文件； 车辆总图、主要剖视图。
特殊的或关键性的零部件图；
必要的结构性能参数及强度计算、车辆纳入限界和车辆进入曲线计算。 车辆主要技术经济指标，并于国内外同类产品的比较。
新技术、新结构及关键性零部件的先期试验计划，试验结构的设计，试验大纲编制，并进行必要的性能试验；
材料的主要规格，以及标准化的综合要求等。
2.3 车辆技术设计
技术设计阶段应完成的工作有：
① 车辆总图，必要的大部件组成图，主要的零件图；
② 各部件零件图的关系尺寸和运动位置图，以及尺寸链计算； ③ 车辆总体及主要零部件的强度、刚度及性能参数计算或估算； ④ 主要外购件的明细表和特殊材料估算等；
⑤ 产品的包装、吊运技术要求以及所需的主要材料估算。
2.4 工作图设计
工作图设计阶段应完成的工作有：
① 绘制车辆全部零部件图纸，制订其加工制造技术要求； ② 编制产品技术文件及使用维护说明书；
2
——车辆设计——
③ 进行必要的性能、强度、刚度的校核计算，编写计算书，进行重量计算； ④ 编写材料明细表、通用件、易损件明细表； ⑤ 编制图样目录； ⑥ 项目PDM数据建立
⑦ 产品图样会同工艺、标准共同审查会签。
2.5 设计评审
设计评审分为方案评审、工作图评审及技术审查。方案审查、工作图评审由公司总工程师办公室组织，各技术部门、生产部门、采购部门的有关人员参加。技术审查由铁道部有关业务局或集团公司有关部门主持，聘请国内有关专家参加。 2.5.1 方案设计评审的主要内容：
① 产品设计满足输入要求的能力； ② 计算方法的正确性；
③ 采用新技术、新工艺、新材料的可能性；
④ 产品运用的安全性、结构的合理性和可维护性； ⑤ 产品技术水平的先进性；
⑥ 产品与国家有关法律、法规、条例及有关标准的符合性； ⑦ 识别任何问题并提出必要的措施。 2.5.2 工作图设计评审主要内容有：
① 产品设计满足输入要求的能力； ② 零部件的工艺性、继承性； ③ 标准化、通用化程度；
④ 技术条件的合理性、试验方法的可行性； ⑤ 使用维护说明书的正确性；
⑥ 特殊原材料、外购件采购及加工的可行性； ⑦ 质量特性及重要性分级的合理性；
⑧ 关键零部件的产品标识及可追溯性是否合理； ⑨ 识别任何问题并提出必要的措施。
2.6 设计和开发验证
为确保设计和开发输出满足输入要求，应对设计和开发进行验证。验证结果及任何必要措施的记录应予保存。
试验验证主要内容： ①样车试制；
②样车静强度、刚度试验； ③样车冲击试验；
④样车主要承载件动应力测试； ⑤样车线路动力学试验； ⑥限界试验；
⑦翻车机型式试验； ⑧样车过驼峰试验；
⑨样车过曲线大超高试验； ⑩运用考核试验。
3
——车辆设计——
2.7 设计和开发确认
为确保产品设计和开发能够满足规定的使用要求或已知的预期用途的要求，应依据所策划的安排对设计和开发进行确认。
设计确认主要内容：
①总工程师办公室邀请有关专家、用户召开鉴定会，形成 “科技成果鉴定证书”； ②在产品交付之前或应用之前所做的型式试验，只要试验条件与产品的使用条件和要求相符，如线路动力学试验。
③上级主管部门组织召开的新产品技术审查会，形成的技术审查意见。
④技术中心技术开发部会同工艺制造部、质量检验部、营销部等相关部门进行产品运用考核试验，形成的“运用考核试验报告”。
⑤市场合同项目，可依据合同要求进行“设计和开发确认”工作。 ⑥上级主管部门组织的技术成果鉴定。
3 车辆设计
车辆设计包括车辆总体设计和车辆各零部件的设计两大工作内容，前者确定了车辆的结构型式、规格尺寸、主要参数和性能，并规定了后者的设计内容和设计的具体要求，总体设计是车辆的关键环节。
3.1 车辆总体设计的工作内容
① 确定车辆主要结构参数和性能参数。例如在货车设计中首先应限定车体的比容积（或比面积），确定车辆的外廓尺寸和车辆定距等，然后再确定其他参数；
② 车辆静强度、刚度有限元计算分析、模态分析、车体结构稳定性分析和焊接钢结构疲劳寿命分析。
③ 车辆动力学性能计算分析研究。
④ 转向架、车钩缓冲装置、制动装置等选型。
⑤ 绘制三维实体图和车辆二维总图。确定各部件的尺寸和位置。 ⑥ 确定特殊零部件的结构型式、主要尺寸。
⑦ 活动件的运动范围分析，部件间干涉检查；确定部件间连接形式或安装方式等。 选型
相关计算
3.2 车辆部件设计
车辆各部件设计详细要求分别见本手册各章节介绍。 3.2.1 车体钢结构
车体及各主要组成的结构型式和设计要求；关键性梁柱的断面形状和尺寸；钢结构的材质和要求；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。 3.2.2 转向架
如采用定型转向架，应指明型号，以便为车体和制动装置等部件设计时提供资料。 如新设计转向架，则应提出转向架的设计任务书。 3.2.3 制动装置
车辆制动率、控制阀（分配阀）、比例阀、空重车调整装置、制动缸、闸调器等主要配件的型号；手制动装置的结构型式；制动装置部件和制动管路的布置和设计要求等；
4
——车辆设计——
3.2.4 车钩缓冲装置
车钩、缓冲器型号选定，车钩是上作用式还是下作用式。 3.2.5 车内设备
棚车、保温车的车内设备的结构型式，安装位置； 3.2.6 各种有关的分析计算工作
强度、刚度、动力学性能、振动模态等计算分析。
4 车辆几个主要技术参数
车辆主要技术参数包括：车辆载重、自重、轴数、车体容积，地板面积，车辆商业运营速度，车辆长度和其他尺寸等。为了能对各种车辆的性能进行比较，可采用一些比值参数：如车体比容积、比面积、自重系数、轴重、每延米轨道载重等参数。
由于车辆的使用期限较长，因此上述各参数不仅应适应当前的运输要求，还应考虑长远的运行条件。
正确选定货车的主要参数，要考虑国民经济的发展水平，铁路货运量、货务的组成和运输距离，铁路装备的技术水平（线路和桥梁的结构状态、站台的长度、牵引类型、机车型式、装卸作业的机械化程度和机车车辆限界），以及车辆的运营方式和国防需要，同时要保证货物运输的安全可靠性和较低的运营费用。
4.1 车辆载重
提高车辆载重是世界各国货车发展的共同趋势，我国通用货车的载重已由解放初期的30t级发展到现在的60t、70t、80t 、100t级，从而大大地提高了货运能力。我国的货车平均载重的还低于美国、澳大利亚等发达国家水平。
大载重车的优点是运输效率高，运输费用低。载重增加能降低车辆自重系数，减小单位载重运行阻力，加大车辆每延米重量，使能够在不变站线长度的情况下增加列车重量，减少制造车辆的总投资和维修保养总费用以及减少调车作业量。
货物流通数量及其组成情况和运输距离是决定车辆载重、车辆数量和所需车种的重要依据，这是铁路技术政策研究工作的一个重要组成部分。对于货运量大、货源较集中、运输距离较长的，以采用大载重车辆运输比较经济。正确地预计远景运量，能够做到有计划地发展车辆生产（车种、数量和载重量）。
煤炭运量占运输总运量的40%左右，而且近年还有增长的趋势，解决煤炭运输问题需有相当数量的敞车，在发展运煤专用敞车时，应与运煤专线一起考虑，合理确定其载重。
车辆载重与车辆轴重、轴数和每延米载重等因素有关。 4.1.1 线路允许轴重和车辆轴数
车辆载重受钢轨的最大允许轴重和车辆轴数的限制如式?：
p?nqB1?k ?
式?中：P——车辆的最大载重（t）
n——车辆轴数 k——车辆自重系数
qB——钢轨允许轴重（t）
根据铁路技术发展计划，目前，运煤专用线路允许车辆轴重为25t（采用货车E型轴），其他既有线路允许轴重为23t（采用货车E型轴）。这样，车辆的总重可以提高到100t和
5