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轨道车转向架的强度分析与结构改进

发布于:2016-03-07 19:03
强度分析

      构架是轨道车辆转向架最关键的零部件,也是转向架其他各零部件的安装基础,在车辆牵引运行中起传递牵引力、制动力、横向力及垂向力的作用。因此,转向架构架的可靠性对车辆的性能和安全性有很大影响,在轨道车辆的转向架设计中,有必要对构架进行强度分析,了解其应力、应变状态。本研究以GCY300II型转向架构架为研究对象,通过有限元分析与试验分析的方式分析构架静强度及车辆运行工况下的动应力,在此基础上改进构架局部结构,使其在满足规范要求的同时具有良好的焊接工艺性。
      转向架构架采用钢板与型钢组焊而成,为日字形构架,由2根侧梁、1根横梁和前、后端梁组成。为减轻重量、合理利用材料、降低生产成本,各梁均采用箱型结构或型钢,使用Q235A型材料。左、右2根侧梁的结构相同,上、下盖板两侧厚为12mm,中部因装有旁承及横向止挡安装座,所以板厚为16mm,侧梁立板厚为10mm。侧梁拼焊时内部加有隔板。为保证轴箱上下拉杆的安装,侧梁设计成变截面,中部截面高为308mm,两端截面高195mm。为保证制动吊杆座和齿轮箱扭矩拉臂座的焊接强度,横梁采用壁厚为12mm的400X200X12方钢,侧梁与横梁之间采用过渡板相连,增加连接面。横梁上还焊有横向减振器座。为避开钩缓装置和便于安装机车机感器,前端梁用14b槽钢制成下凹形。为避开传动轴,后端梁采用125X100X9方钢拼成下凹形。左、右侧梁上盖板中有4个旁承安装座的固定孔,各旁承座中心在侧梁纵向中心线上,与侧梁下盖板上的轴箱弹簧座、轴箱拉杆座和牵引拐臂座的纵向中心线重合,以使转向架受到的纵向、垂向载荷均处于侧梁纵向中心线所在的平面内,从而使构架的其他各梁及其与侧梁对接焊缝基本上不承受附加载荷作用,改善了构架的受力状态。转向架构架结构如图所示。
      建立构架有限元模型时,凡是对强度有贡献的结构,都予以考虑。由于构架基本为薄板焊接结构,因此采用壳单元对模型进行结构离散。模型共划分节点145711个、网格147506个,构架有限元模型见图所示。依据参照TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》及该构架的实际受力情况,确定静强度评估的载荷工况。构架通过轴箱弹簧与轴箱相连,因此在构架轴箱弹簧支撑处施加三向弹性位移约束。构架加载载荷与加载位置见表所示。
      构架材料的屈服极限为235MPa,为使其满足运用强度要求,各关键部位的应力应均低于所选材质的许用应力132MPa,转向架构架应力云图见图所示。从转向架构架应力分布云图可以看出:最大应力出现在横梁与制动吊座焊接处的测点S2处,应力值为128MPa,未超过材料的许用应力值132MPa,满足强度要求。构架动应力测试参照TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》进行。构架动应力试验测点共22个,测点处应变片贴法如图所示。
      试验采样时,采用硬件滤波方式对采样信号进行抗混叠滤波,滤波频率为500Hz。对采样后的信号数据序列使用截止频率100Hz进行低通数字滤波。采用雨流计数法作为数据处理的计数方法,在非对称循环交变应力作用下,平均应力对结构疲劳强度有较大的影响,因此在计算应力谱时采用Goodman直线模型进行平均应力修正。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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