CRH2动车组轮对与轴箱弹簧的强度分析.pdf

:./.动车组轮对与轴箱弹簧的强度分析张小力王 勉宋 婷(陕西铁路工程职业技术学院陕西 渭南)摘 要:高速列车运行超过蛇行稳定性临界速度时会出现安全隐患 为了解决这一隐患需对 型动车组转向架进行数学建模 首先通过对轴箱体的简化处理及受力分析在/软件中整体建模并导入到 模块然后对 车轴建立刚性节点和弹性节点最后进行静强度分析 结果表明简化后的 型转向架模型在临界速度上较初始模型有了一些改善并且各个动力学参数均满足行业标准要求关键词:临界速度动车组轮对轴箱弹簧强度分析中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():./.:引 言目前在高速列车的转向架设计方面须解决列车高速运行时的稳定性以及小曲率半径下通过的平稳性等关键技术问题国内学者采用各种优化设计方法对转向架结构、材料及提高临界速度等进行研究尤其对列车运行超过临界值时保证运行平稳性方面做了大量的研究潘迪夫等研究了 型拖车转向架分析了 型拖车的悬挂系统及相关参数建立了 动力学模型 通过悬挂参数的变化观察其对整车动力学性能的影响然后以此作为参考依据对一系列弹簧和空气弹簧的刚度进行优化设计最终通过提高临界速度改善了列车运行的稳定性彭国平等提出一种动车组检修新方案通过前期检修和相关试验增加了齿轮箱体内部清洗设计了小轴的轴向游隙测量的全新工装 经过验证得到转向架 的新专项检修的可行性陈祺等以 为研究对象通过分析轮对简化力元建模以及列车通过曲线段的速度返渭得到过超高工况下的轮轨横向力、轮轨垂向力、车体横向振动加速度等动力学仿真结果得出当列车通过超高工况时曲线半径越大速度越小轮轨横向力、轮轴横向力、车体横向加速度越大王康对 型动车组轴箱弹簧进行 建模通过对轴箱弹簧的刚度与强度的分析评价以及校核得到最大应力出现的实际位置验证后发现符合实际效果高速运行的列车正常运行时如果出现一定的线路扰动会使列车发生横向偏移 但该扰动消失后列车的横向振动也会减弱消失最终列车回归中间位置 但是当列车以高于某一速度运行时蛇行运动的振幅会越来越大最终致使车轮轮缘与钢轨发生碰撞造成车辆及线路的损伤 严重时甚至发生列车脱轨、倾覆等行车安全事故 因此列车运行超过蛇行稳定性临界速度时将会产生安全隐患 笔者通过改变()列车转向架结构、优化参数来提高临界速度从而提高列车运行安全性 型转向架结构.型车悬挂系统常见高速转向架结构为无摇枕、空气弹簧悬挂结构具有回转阻尼可加装弹性定位等装置 转向架结构包括机架、轮对、弹簧悬挂装置、牵引装置、轴箱定位装置等结构 而 型转向架是在原川崎重车辆研究 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:张小力()男陕西渭南人讲师研究方向:/机电控制工生产的动车转向架 和拖车转向架 基础上改进发展而来 动车组每节车厢下有两个动力转向架主要由构架、轮对轴箱、牵引装置、基础制动装置、二系悬挂装置、牵引电机、驱动装置组成如图 所示 动力转向架有两根动力轴电机通过架悬方式降低了簧下品质改善了动力学性能 型动车组主要参数如表 所列图 型转向架主悬挂结构表 车辆主要参数主要参数尺 寸转向架中心距/轴距/车轮滚动圆横向跨距/车轮滚动圆直径/轴承中心间距/轮对内侧距/额定轴重/.钢轨外形/(/).型车动力学性能评价指标 型车动力学参数主要有运行平稳性、稳定性及曲线通过性能 列车运行的第一要求是安全第二要求是稳定 因此乘客的舒适性和货物的完好是需要考虑的首要问题列车运行的稳定性包括:防止蛇形运动稳定性(在蠕滑力作用下列车会发生自激振动)、防止脱轨稳定性(车辆与线路发生脱轨)以及防止列车倾覆的稳定性等三要素列车运行的平稳性是指列车在运行中产生的振动大小它直接影响到乘客的舒适性和货物的完好性 平稳性即列车运行时的振动加速度一般通过 指标来评价如表 所列表 列车运行平稳性指标平稳性等级评 定平稳性指标优.良.合格.型转向架优化设计.轮对优化设计打开/软件 进入二维草绘界面 绘制 车轴、车轮零件图如图 所示 然后进入装配界面使用销钉连接装配左右车轮组成 轮对如图 所示图 车轮零件图 图 轮对装配图.内外圈弹簧 设计与装配新建档打开插入选项里面的螺旋扫描伸出项命令依次选择变截面、垂直轨迹、右手定则使用缺省图 内外圈弹簧装配图进入二维草绘界面 选择中心线扫引轨迹长度为弹簧的自由高度 顺次定义弹簧首端、末端、中间的节距 通过对弹簧两端拉伸去除材料最后得到 外弹簧的零件图 依次设计 内圈弹簧 及装配如图 所示 型转向架 强度分析.转向架受力分析 转向架中各种力的传递关系如图 所示()垂向力 由车体、空气弹簧、构架侧梁、轴箱弹簧、轴箱、车轴、车轮、最终传递到钢轨()横向力从车轮、车轴、轴箱、轴箱弹簧、构架侧梁、空气弹簧、车体、构架横梁、横梁连接梁、横向侧挡、车体侧挡、最终到车体()纵向力(牵引、制动、纵向冲击)由车轮开始经过车轴、轴箱、轴箱拉杆、构架侧梁、构架横梁、牵引拉杆、中央牵引拉杆座、最终到达车体与车钩图 转向架垂向力、横向力、纵向力的传递关系图机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)车辆研究 在研究 的转向架时转臂与轴箱体铸造成一体结构所以转向架主要由轴箱弹簧、车轴与轮对组成 车辆运行过程中承受较大载荷因此需要相应的假设来建立模型故可把实际中的系统都视为理想刚体如图 所示转向架所用材料性能如表 所列图 简化模型受力分析表 转向架所用材料性能/材 料采用标准抗拉强度屈服强度备 注轴箱体铸件轮对碳素钢相应的数字建模如下()垂向静载荷(“自下上而上”法):()()()()/()()垂向动载荷:()的转向架在分析其应力构件时应该求其当量应力且此应力不能超过其材料的屈服强度 当量应力的计算公式如下:.()()()()式中:为当量应力为主应力().型转向架 强度分析()轴箱弹簧 强度分析对 型轴箱弹簧进行前处理:定类型弹簧:结构和载荷具有对称性且符合弹性力学平面应力问题画模型:创建整个弹簧模型设属性:在/中设置属性零件材料为 分网格:采用网格划分共有 个元素和 个节点对轴箱弹簧模型进行前处理:添约束:在底面上施加约束加载荷:在另一面右处施加载荷查错误:载荷列表后进行检查然后进行有限元分析列结果:列约束反力绘制变形图、应力图和外边界路径图显示变形动画和应力动画等()车轴的 强度分析打开零件图依次进入应用程序以及 中结构模块中的有限元模型分派(钢)材料给这个车轴设置相关的载荷和约束划分网格面首先是创建网格面控制的设置然后正式划分网格面选择“边界”选项 网格设置壳元素类型设置为四边形和三角形 方法与轴箱弹簧一致()轮对的 强度分析打开车轮零件图进入 结构模块中的有限元模型选择材料指定命令分派 为车轮的材料设置相关的约束和载荷 约束采用圆销约束加面约束 载荷选用从轮孔向四周的均布压力划分网格界面 首先是创建网格面控制的设置然后依次选择“边界”、“四边形和三角形”再运行分析命令在超常载荷工况下 轮对各工况应力云图如图 所示最大应力为 小于其材料的屈服强度 静强度满足设计要求图 轮对 强度分析 结 语文章主要对 型转向架进行数学建模首先在/软件中进行模型简化然后导入到 模块对 车轴进行 强度分析仿真分析验证了静强度满足设计要求各个动力学参数均满足 和 行业标准要求但同时也有一定局限性需要相关试验支撑并根据试验结论进行改进 因而后续工作将尽可能和相关企业联合做试验以进一步完善 轮对 强度分析的相关理论参考文献:潘迪夫全柏达杨松.悬挂刚度参数对车辆动力学性能的影响.物流工程与管理():.彭国平弓海斌王海涛等.型动车组转向架三级修优化研究.铁道机车车辆():.陈 祺火巧英刘 艳等.基于 的 型车曲线通过性能分析.机械制造与自动化():.王 康.基于 的高速动车组轴箱弹簧分析.技术与市场():.任尊松.车辆动力学基础.北京:中国铁道出版社.严隽耄傅茂海.车辆工程.北京:中国铁道出版社.冯永华杨东晓张振先等.型动车组转向架减振器.机车车辆工艺():.车辆研究 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用