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经典案例
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基于ANSYS的机车强度分析与改进设计

发布于:2016-05-21 19:45
强度分析

      某型机车是南车按国际招标合同为哈萨克斯坦国家铁路企业提供的交流传动高速客运电力机车,其最高设计速度为200 km/h,主要用于牵引西班牙制造的Talgo高速列车,运行在阿斯塔纳一阿拉木图之间。机车交付经过近5年的运行后,先后发现两台机车牵引座产生疲劳裂纹。为了确保机车的安全运行,株机企业组织了专题强度分析,从理论分析和现场处理两方面着手,找出了裂纹产生原因,在此基础上提出了设计的改进方案。
      某型机车转向架与车体通过低位牵引杆相连,以传递机车的牵引力和制动力。在牵引杆的两端装有橡胶关节,以适应转向架与车体的相对运动,减少车体与转向架之间的冲击。牵引座布置在车体中部,机车纵向牵引力通过牵引杆、牵引座传递到车体,牵引座结构如图所示。
      2009年2月,阿斯塔纳检修段技术科人员发现机车第一位牵引座出现裂纹,机车第一位、第三位牵引座出现裂纹,裂纹部位为牵引座上部拐角处,如图所示。针对段方用车紧张的情况,采用了应急处理措施:对出现裂纹的牵引座在裂纹两端打比裂孔,开坡口将裂纹清除,然后补焊,并严格按C级钢补焊工艺要求实行;对未出现裂纹的牵引座进行了全面检查。在对裂纹处进行打磨处理时,发现出现裂纹的牵引座在裂纹区域有焊修痕迹,裂纹的起始阶段都是从焊修区域由内向外,而其它无裂纹的牵引座均无焊修痕迹。初步分析裂纹原因可能为焊修热裂纹或其它缺陷导致疲劳裂纹产生。
      为了详细分析牵引座的应力分布情况并为改进设计提供理论依据,下而分析运用中牵引座的受力情况,并采用ansysApp对牵引座改进前后结构进行有限元分析计算。
      某型机车原牵引座为C级钢铸件,壁厚较厚且跨度不大,为使计算结果准确可靠,选用实体模型分析。结构改进主要考虑改善拐角处圆角过渡、增大牵引座上边缘与车体中间牵引梁底板的贴合而积、适当增加牵引座壁厚三个方面进行。参考其它车型牵引座设计情况,将牵引座中部296 mmx353.5 mm四方孔尺寸缩小为250 mmx300 mm,将4个拐角处圆角由R10改为R20圆角,牵引座总宽由410 mm增加到430 mm、壁厚由20 mm增加到26 mm。建模按牵引座实际设计尺寸进行,改进前后的牵引座模型见图。


                                                                                  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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