机车转向架无热处理的焊接工艺及疲劳性能分析

《机车转向架无热处理的焊接工艺及疲劳性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、机车转向架无热处理的焊接工艺及疲劳性能分析　　摘要：焊接转向架是否需要热处理，在世界范围内尚有争议。文中结合济南轨道交通装备有限责任公司生产的出口欧洲某型号转向架的疲劳实验结果、有限元模拟分析结果和制造工艺，对不进行热处理的焊接转向架疲劳强度的影响做了分析与探讨。　　关键词：焊接转向架；残余应力；热处理　　中图分类号：TG454　　Researchontheweldingbogieprocesswithoutheattreatment　　ChenJianhua，DuanLianxiang，LiuShaoxiang，ZhangMaosen，ZhaiPengjun，YuLianyu　　（J

2、inanRailwayTransportationEquipmentCo.，Ltd.，Jinan250022，China）[JZ）]　　Abstract：Therearestillcontroversialintheworldwhetherthebogieweldingheattreatmentisneeded.Theinfluenceofheattreatmentonthefatiguestrengthofweldedbogiewereanalyzedanddiscussedbasedonthebogiefatiguetestresults，thefiniteelementsimul

3、ationanalysisandmanufacturingprocesses.　　Keywords：weldedbogie；residualstress；heattreatment　　0前言　　转向架作为机车车辆的主要承载部件之一，对行车安全起着至关重要的作用。随着社会发展，对铁路运输的高速、重载要求越来越高，焊接转向架以其自重小、具有足够的强度刚度等优点，越来越受到人们的重视。但是由于焊接过程是一个局部不均匀的加热过程，不均匀的温度场会导致受约束的热变形和塑性变形，不可避免的产生残余应力。残余应力不仅影响构架外观尺寸精度和尺寸稳定性，还会降低焊接构架的疲劳强度，对构架的疲劳寿命有很大

4、的影响[1]。　　为了消除残余应力和稳定结构尺寸，人们采取了许多调整残余应力的方法，比如对焊接转向架进行消除应力热处理或振动时效，可以有效的降低或均化残余应力。但是不论是热处理还是振动时效，都大大降低了生产效率，提高了成本，尤其是热处理，对设备要求高，需要配备构架整体热处理炉，生产周期长还要耗费大量能源。　　目前世界范围内，焊接构架生产工艺分为两种，一种是焊后进行热处理，一种焊后不进行热处理。根据出口欧洲的焊接转向架结构特点，研究采用不进行整体热处理的工艺保证了产品质量。文中通过对有限元分析结果及疲劳实验数据、制造工艺及实际运行情况的探讨了解不进行热处理工艺对焊接转向架疲劳寿命的影响。

5、　　1有限元分析　　此转向架主要由构架、基础制动装置、轴箱弹簧悬挂装置及轮对等组成，构架采用焊接式结构。采用有限元分析程序Ansys9.0对此型号转向架构架进行疲劳强度分析与评估，载荷条件和强度评估方法依据TSI（铁路货车附属系统的联运性能技术规范）的有关内容确定。根据TSI规程的要求，在模拟运营载荷作用下，结构上任意两种载荷工况所产生的应力差及平均应力应在相应材料或接头的Goodman极限线图的界限之内。构架主体结构用材为S355J2+N钢板，疲劳强度许用应力为母材/焊接接头的Goodman疲劳极限，如图1所示。对于焊接区域，考虑图1中的曲线a2（适用于非完全焊透的连接），对于非焊接

6、区域，考虑曲线b。在结构模型上施加表1中所列模拟运营载荷工况，通过Goodman图表对构架的疲劳强度进行效验，一些关键部位的疲劳强度评价结果一并列于表2中。　　评价结果表明各模拟运行组合工况下构架的安全系数均大于1，该构架的疲劳强度满足规范要求。模拟计算结果表明（图2），该构架的疲劳薄弱部位为制动吊与端梁连接区?p轴箱座与侧梁连接区和侧梁与端梁连接区等处。因此实际生产时，须对这些焊缝重点关注。　　2疲劳试验分析　　试验在电液伺服疲劳试验台上进行，构架的疲劳试验包括模拟曲线运行载荷试验、制动载荷试验和轨道扭曲试验。　　疲劳试验包括3个阶段，试验载荷或位移量包括垂向载荷、横向载荷、轨道扭曲

7、位移及制动载荷（制动座载荷及构架纵向载荷）。　　第一阶段动态部分共循环6×106次，载荷值计算如下（Fz为静态载荷，由侧滚系数α产生的载荷为准静态载荷，由浮沉系数β产生的载荷为动态载荷）：　　由于轨道扭曲疲劳试验时要将轴箱弹簧换为刚性弹簧，根据静强度试验，构架扭曲位移量取值为3.0mm，为准静态位移。　　制动载荷峰谷值：-6～6kN（每制动座），-24～24kN（每车轴）。　　第二阶段动态部分共循环2×106次，载荷值为：第一阶段载荷值或位移量