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西南交通大学大学生科研训练项目结题验收书

项目级别：□国创项目、 □省创项目、R校级SRTP项目
项目编号： 150217
项目名称： 高铁卧铺单元的研究与改进
起止时间： 2015年5月-2016年4月
负 责 人： 周鹏
院系专业： 机械工程学院
联系电话： 15520799706
电子信箱： 924460904@
指导教师： 罗征志
填表日期： 2016年4月7日

西南交通大学教务处制表

填 表 说 明

一、结题验收书应按照本表格要求，逐项认真填写，内容必须实事求是，表达明确严谨，空缺处要填“无”。
二、“所属学科”按一级学科列出，跨学科最多写三个。
三、“项目成员”按照实际参与项目实施的人员填写。
四、“指导教师意见”要对项目成果和学生实施情况进行总结。
五、“学院专家组意见“要对成果内容和成果水平进行评价。
六、材料规格：用A4纸双面打印（复印），左侧装订。

项目名称
高铁卧铺单元的研究与改进
所在学院
机械工程学院
所属学科
机械工程
起止时间
2015年5月至2016年4月
使用实验室
无
项目性质
R发明、设计 □基础性研究 □应用性研究 □社会调研
项目来源
R自主立题 □教师指导选题
指导教师
姓名
联系电话
职位/职称
Email
罗征志
13908186960
讲师
无
其他项目组
学生名单
学号
姓名
班级专业
Email
20130787
张艺鹏
机械2013-07班
623068611@
20130784
郑永龙
机械2013-07班
597028982@
20131117
李春昱
热能2013-01班
773828510@
20134347
董韵
交通2013-01班
670733413@
一、项目成果及成效简介：（重点介绍特色及创新点，300字以内）
项目以列车卧铺为研究方向，在卧铺的上下两铺分别设计不同的机构，完成对原有卧铺结构硬座与卧铺两种功能的转换。项目经过方案策划、美工设计、材料选型及结构设计等过程，通过合理、巧妙的结构及材料搭配，卧铺单元的整体设计达到了预期效果。设计考虑了多种材料的优点，全新模式的卧铺给人以面目全新的感觉。
二、项目研究中使用的具体材料：（含参阅的书籍和论文目录，使用的检索目录）
[1] 熊力等.《高铁综合检测动车组卧铺包间的研发》[J] 中国铁路 2012,(1):42-45
[2] 黄晓坤. 基于模块化的列车两用卧铺设计研究[D].成都：西南交通大学，2010
[3] 李丽丽. 准高速铁路客车内环境设计研究[D].南京：南京林业大学，2010
[4] 汤小红等《铁路卧铺客车人体振动舒适性建模与仿真》[J]《振动与冲击》2010,(29)
[5] 成伟业. CATIA V5 R20运动仿真快速入门、进阶与精通[M].北京：电子工业出版社，2008：75-236.
[6] 北京兆迪科技有限公司. CATIA v5 r21宝典[M]. 北京：中国水里水电出版社，2007.
[7] 北京兆迪科技有限公司. SolidWorks快速入门指南2015版[M]. 北京：中国工信出版集团,2015:05-435.
[8] 陈超祥 胡其登. SolidWorks Motion 运动仿真教程 2014版[M]. 北京：机械工业出版社，2014：05-328.
[9] 申冰冰. 实用机构图册[M]. 北京：机械工业出版社，2013:35-75，158-236.
[10] 孙开元，骆素君. 常见机械结构设计及应用图例[M].北京：化学工业出版社，2010:35-125.

三、项目成果形式及数量：（需另行提供附件）
1.□文献资料综述（ ）份；2.□调查报告 （ ）份 ；3.R研究论文（ 1 ）份 ；
4.□软件 （ ）份；5.R设计 （ ）份；6.□硬件研制（ ）份 ；
7.□获得专利 （ ）份；8.R心得体会 （ 1 ）份 ；
9.□其他 （ ）件，名称：
附件清单：

四、项目经费使用情况：
支出科目
金　额
备注（注明经费支出时间）

合计：

五、项目总结报告（3000左右）：
一.项目背景意义
中国目前（2013年底）已经拥有仅次于美国的全球第二大铁路网、以及全球最大规模的快速铁路线和高速铁路网。但旅客的购票难和列车超载的情况时有发生，特别是在我国的几个重大节假日期间，如春节、寒暑假及十一黄金周等，旅客流量达到最高峰。铁路里程与人们的需求严重失衡。与此同时，中国13亿人口，人均铁路拥有量仅5.7厘米，在世界上排名100名之后，其长度相当于一根香烟。这样的现状将影响经济和社会的发展。为了解除此瓶颈，目前中国正在进行大跃进式的铁路建设。但兴建铁路、增加列车数量只是增加运量的手段，而与旅客更加亲近的载体是列车本身，如何更加有效地利用空间增加载客人数，同时兼备一定的舒适性，同样具有可研究的空间。
在整列列车中，卧铺车厢占有相对大的空间却具有较小的运载能力，空间利用率差，隐私问题得不到解决，与国外同类的卧铺在功能与舒适性上都有一定的差距，具有较大的提升空间，并针对中国国情具备自身的特点，随着乘客生活水平与个人需求的差异将会有更多的细分类型。
本项目针对上述提出的问题，提出自己的改进方案，拟在通过使用新材料、设计并加入新结构、在寝具方面采用新面料，加入人机工程学设计等设计手段，在保证在安全和实用的前提下，降低卧铺结构自重，提高舒适性并提高空间利用率。
二.研究内容
项目主要目的为在保证在安全和实用的前提下，降低卧铺结构自重，提高舒适性并提高空间利用率。主要的方式为采用坐卧两用设计，即车厢内卧铺结构通过一定的机械变形实现卧铺与硬座两种功能。除机构的功能实现外，还需做出充足的受力分析，优化传动比，计算运动副，运动模拟等分析，以实现旅客方便轻松的完成转换，更加贴近实际。结合SolildWorks自带的渲染插件，Keyshot等渲染工具对模型完成渲染，已完成设计的美观性。
研究内容如下：
1. 机械机构设计部分
设计综述：
上、下铺及所有可 翻转结构都设限位装置， 保证安全、可靠及减少振动。软卧底盘与软卧垫的结构 保证容易拆卸，软卧套在拆洗或更换时不需特殊工具就能取下。软卧采用铝型材焊接结构框架，组焊骨架的焊接符合EN 15085要求。所有紧固件螺纹处应涂螺纹锁固剂，防止紧固件在运用中松动，采用防振结构避免高速 运行时产生噪声。下铺上表面与上铺下表面之间的距离要大于900 mm，上铺上表面到顶板距离约700 mm。
上铺结构要求：上铺为下翻结构，侧墙端软卧框架曲线要保证下翻翻过程中不与其他部位发生干涉，上铺栏杆随上铺翻转时同步自行，在上铺脱离墙壁的时候自行折叠，并保证上铺翻转后限位与木地板基本垂直，栏杆限位固定，满足正常使用需求及安全性要求。上铺背后的靠背符合人机工程学并携带可翻转扶手。上铺在平放位置需能承受最大240 kg垂向载荷，并在最大载荷作用下底板及骨架不产生裂纹、断裂或永久变形。
下铺结构要求：下铺为可翻转双面结构，一面为软卧面；翻转180°后，另一面可以再次翻转为2个座椅，可翻转坐垫应符合人机工程学，两项使用功能应设置自锁限位装置。在软卧及座椅平放位置应能够承受320 kg垂向载荷，满足车体运行方向3 g 的振动与冲击要求，并在320 kg载荷作用下底板及骨架不产生裂纹、断裂或永久变形。下铺设有自锁装置，不能自动翻转。头靠安装在隔墙上，为翻转式结构，并能够与座椅翻开后的靠背一起固定在隔墙 上，颜色与铺面及座椅表面一致。

1.机构转换的运动方式
卧铺共分为上下两铺，需要上下铺分别进行运动
下铺：下铺床板分为正反两面，正面与一般卧铺相同为平板，供旅客睡觉休息使用。反面在床板上集成坐垫，翻转过后作为座位使用。具体运动过程如下：
A.下铺沿中心轴线旋转180°
B.旋转到位后用锁死装置锁死，防止出现摆动。
上铺：上铺床板分为正反两面，正面与一般卧铺相同为平板，供旅客睡觉休息使用。反面在床板上集成靠背与扶手，翻转过后与下铺坐垫组合成座椅。同时扶手集成在两靠垫中，采用折叠式设计，使用时将其搬出。具体运动过程如下：
A.上铺床板与固定墙体分开。
B.床板向下翻折，床板上表面靠在墙面上，固定形成靠垫。
C.扶手翻下来，至此转换完成

2.转换过程的受力分析
A．静止受力；
装置在静态受力分析，其中包括上下床板的最大支持力
上铺：
将上铺设计简化为如图

(上床板受力简图)

按照乘客最大体重为100Kg计算，F=100*10=1000N.其中AC=0.35m,BC=0.27m，AB=
0.41m。
按照力大小相等以及以A点为中心列力矩公式：

解得 。上铺床板与墙体连接所使用的螺栓为受拉螺栓，不承担剪应力。AB杆上主要承担乘客载荷。
下铺：
下铺围绕固定轴进行旋转，旋转轴主要承担320 kg垂向载荷（下铺因承担座位功能）。满足车体运行方向3 g 的振动与冲击要求。

3. 紧固方式
上铺:
上铺因为需要将床板与床分离，所以上铺床板的固定是安全的重点。上班床板与墙的紧固方式为螺纹连接，在床板与墙体之间钻相同的螺纹孔，采用螺栓连接。在上铺床板内装有齿轮涡轮蜗杆机构，以将床板另一端的扳手的旋转转化为螺栓的旋转，将旋转放大，螺栓旋进墙体与床板，来固定床板与墙体。
在紧固过程中，面临的主要问题为:床板的定位与螺纹孔的对中问题。
主要的解决方法：在翻转固定的过程中先固定支杆到相应位置，降低整个机构的自由度。之后上床板以中点为旋转中心旋转，床板上有突出引导物进入墙体内的导轨到正确位置。墙体螺纹孔进行倒角，并在入口处填加突出于墙体的橡胶，以紧固螺钉。
下铺：
下铺围绕轴进行旋转，对旋转的限制是紧固的主要方向。为此，在下铺支架内设置了可以伸缩的挡板。在旋转到位后，通过旋转支架上的旋钮，挡片伸出并插入到床板内的孔

中实现固定。支架内的机械结构主要为齿轮齿条与连杆结构。通过旋钮带动齿轮，将旋转运动转化为直线运动。

4.空间的问题
A．机构与零件的尺寸
符合人体长，宽尺寸（主要参考了人体各部分平均尺寸）以适宜人操作

项目
数值（mm）
床板规格
1970*700
上下铺间距
1000
扶手规格
250*80
座椅规格
700*450
下铺距地面距离
400
结构重要尺寸数据
B．机构与零件的空间位置
以联系紧密，结构紧凑有效的工作布置均衡，受力均匀为主要目标
项目
数值（mm）
上下铺杆件支点距墙体距离
350
墙体支撑点到上铺距离
270
支撑杆长度
410

5.材料与外形
A．材料选取
以整体及局部的重量适宜，各零件工作强度足够，价格低廉为基准，结合项目特点，主要确定了采用金属、皮革、橡胶为主的材料选取工作。
零件名称
材料种类
齿轮、齿条与蜗轮蜗杆
铸铁
（工作平稳，功率不大低速，能在缺油条件下工作）
床板金属支架
铝制合金
抗剪螺栓
采用标准件
折叠扶手
木质
床板睡垫、靠垫、坐垫
海绵、尼龙纤维、棉
螺栓紧固圈，限位盖
橡胶

B．外形
以符合人体工程，美观牢固为准。座椅的坐垫、靠背、扶手均设计符合人体工程学
，贴合人体曲线。暴露在外的零件均有较大圆角，以满足安全，美观的要求。
设计机构时考虑美观，尽量将墙体清空，采用了下翻的设计；在确定采用下翻设计后，尽量不使用开槽等大面积破坏墙体一体化的设计，尽量减少对墙体的加工，以减少加工难度，保持墙面一体化。
各零件，床板，坐垫等颜色均与墙壁，地板以及卧铺包厢的颜色相符，力求风格统一。
螺纹孔都加装塑料封盖，以达到美观。

2. 三维模型绘制、渲染贴图部分
在确认设计方案与设计尺寸后，项目组成员使用Catia和SolidWorks两种三维绘图软件进行绘制，并使用自带的渲染工具以及KeyShot进行3D渲染与光影模拟，力求使模型美观，贴近实际。

3. 有限元分析
运用Solidworks中的Simulation插件对上下铺结构进行有限元分析
上铺
下铺：
以支架固定螺栓为固定夹具，床板为受力物体。在软卧及座椅平放位置应能够承受320 kg垂向载荷，满足车体运行方向3 g 的振动与冲击要求，并在320 kg载荷作用下底板及骨架不产生裂纹、断裂或永久变形。
力F=320kg*9.8N/kg A=1800*500 进行模拟

静态位移模拟
静态位移模拟量最大值为

六、项目实施过程中存在的问题和建议：
1.对建模软件的熟悉还有待加强。
2.对于解决实际问题，将所学知识应用到实际，是我们今后在今后学习中需要不断加强的地方。
七、诚信承诺：
我承诺在国家大学生创新实验计划项目实施过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人项目成果中除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。
学生签字：
年　月　日
八、项目评定：
指导教师
意见：

指导教师签名：
年　 月　 日
学院专家组
鉴定意见：

专家签字：
年 月 日
学院审核
意见：

项目总评成绩：
□优 □良 □中 □合格 □不合格
学院负责人签字：
盖章：
年 月 日
学校主管
部门意见：

负责人签字：
盖章：
年 月 日