Hydropneumatic suspension system design of road to rail conversion truck : design process of spring characteristics and behaviour of suspension system
Seppänen, Joona (2026)
Katso/
Sisältö avataan julkiseksi: 31.03.2028
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026043036613
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026043036613
Tiivistelmä
This master's thesis studied the design of a hydropneumatic suspension system for a road to rail conversion truck intended for railway maintenance work. The main goal of the work was to determine a technically feasible suspension concept and to create a calculation method for sizing the suspension geometry, hydraulic components, accumulators, and braking-related axle-load transfer.
The work was carried out in accordance with the principles of systematic machine design. The suspension was modeled as a hydropneumatic system equipped with hydraulic preload, and the calculation method combined vehicle-specific boundary conditions, suspension kinematics, force balance, accumulator sizing and the definition of control-related parameters. Braking-related axle load transfer was examined using a quasi-static pitch balance model, and braking performance was also assessed using a creep-force-based wheelrail contact model.
The results showed that technically appropriate suspension characteristics could be determined for the considered vehicle application. The front and rear suspensions differed clearly, the suspension behavior was nonlinear and dependent on the load situation, and the braking results indicated a limiting effect of wheel-rail adhesion at high braking levels. Based on the results, the hydropneumatic suspension implemented with hydraulic preload is a technically justified solution for the considered vehicle application. Tässä diplomityössä tarkasteltiin hydropneumaattisen jousitusjärjestelmän suunnittelua rautatiekunnossapitoon tarkoitetulle 2-tieajoneuvolle. Työn tavoitteena oli määrittää teknisesti toteuttamiskelpoinen jousituskonsepti sekä muodostaa laskentamenetelmä, joka yhdistää ajoneuvogeometrian, hydraulisen mitoituksen, paineakkujen mitoituksen ja jarrutukseen liittyvän akselikuormansiirron arvioinnin.
Työ toteutettiin systemaattisen koneensuunnittelun periaatteiden mukaisesti. Jousitus mallinnettiin hydraulisella esijännityksellä varustetuksi hydropneumaattiseksi järjestelmäksi, ja laskentamenetelmä yhdisti ajoneuvokohtaiset reunaehdot, jousituskinematiikan, voimatasapainon, paineakkujen mitoituksen ja ohjaukseen liittyvien parametrien määrittelyn. Jarrutukseen liittyvää akselikuormansiirtoa tarkasteltiin kvasistaattisella pitch-tasapainomallilla, ja jarrutussuorituskykyä arvioitiin lisäksi creep-voimaan perustuvalla pyörä–kisko-kontaktimallilla.
Tulokset osoittivat, että tarkasteltuun ajoneuvosovellukseen saatiin määritettyä teknisesti tarkoituksenmukaiset jousitusominaisuudet. Etu- ja takajousitus erosivat toisistaan selvästi, jousituksen käyttäytyminen oli epälineaarista ja kuormitustilanteesta riippuvaa, ja jarrutustulokset viittasivat pyörä–kiskotartunnan rajoittavaan vaikutukseen suurilla jarrutustasoilla. Tulosten perusteella hydraulisella esijännityksellä toteutettu hydropneumaattinen jousitus on teknisesti perusteltu ratkaisu tarkasteltuun ajoneuvosovellukseen.
The work was carried out in accordance with the principles of systematic machine design. The suspension was modeled as a hydropneumatic system equipped with hydraulic preload, and the calculation method combined vehicle-specific boundary conditions, suspension kinematics, force balance, accumulator sizing and the definition of control-related parameters. Braking-related axle load transfer was examined using a quasi-static pitch balance model, and braking performance was also assessed using a creep-force-based wheelrail contact model.
The results showed that technically appropriate suspension characteristics could be determined for the considered vehicle application. The front and rear suspensions differed clearly, the suspension behavior was nonlinear and dependent on the load situation, and the braking results indicated a limiting effect of wheel-rail adhesion at high braking levels. Based on the results, the hydropneumatic suspension implemented with hydraulic preload is a technically justified solution for the considered vehicle application.
Työ toteutettiin systemaattisen koneensuunnittelun periaatteiden mukaisesti. Jousitus mallinnettiin hydraulisella esijännityksellä varustetuksi hydropneumaattiseksi järjestelmäksi, ja laskentamenetelmä yhdisti ajoneuvokohtaiset reunaehdot, jousituskinematiikan, voimatasapainon, paineakkujen mitoituksen ja ohjaukseen liittyvien parametrien määrittelyn. Jarrutukseen liittyvää akselikuormansiirtoa tarkasteltiin kvasistaattisella pitch-tasapainomallilla, ja jarrutussuorituskykyä arvioitiin lisäksi creep-voimaan perustuvalla pyörä–kisko-kontaktimallilla.
Tulokset osoittivat, että tarkasteltuun ajoneuvosovellukseen saatiin määritettyä teknisesti tarkoituksenmukaiset jousitusominaisuudet. Etu- ja takajousitus erosivat toisistaan selvästi, jousituksen käyttäytyminen oli epälineaarista ja kuormitustilanteesta riippuvaa, ja jarrutustulokset viittasivat pyörä–kiskotartunnan rajoittavaan vaikutukseen suurilla jarrutustasoilla. Tulosten perusteella hydraulisella esijännityksellä toteutettu hydropneumaattinen jousitus on teknisesti perusteltu ratkaisu tarkasteltuun ajoneuvosovellukseen.