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1、设计制造铁道车辆第46卷第7期2008年7月文章编号:10027602(2008)07001103CW220型转向架构架结构优化设计周兴建(长春轨道客车股份有限公司转向架开发部,吉林长春130062)摘要:简要介绍了CW220型转向架构架结构优化设计、理论分析计算及评估结论。关键词:CW220型转向架;结构优化;分析计算+中图分类号:U270.331.8文献标识码:B连接处根部的高应力区,对侧梁立板和横梁处的断面1CW220型转向架构架结构优化位置及角度进行了计算,通过计算确定侧梁立板断面C
2、W220型转向架是长春轨道客车股份有限公的位置及角度。计算原则为:(1)避开高应力区;(2)最司研制的一种新型转向架。该转向架在CW200K大主应力矢量与焊趾方向的夹角为30~45。型转向架构架的基础上,吸收了国内外转向架结构设超常载荷工况下侧梁的主应力云图表明,侧梁高计方面的成熟经验,并对局部结构进行了优化设计。应力区集中在距离横梁圆孔周围25mm~30mm的1.1构架侧梁与横梁连接处位置,横梁高应力区集中在距侧梁大约30mm的位置。原结构为了增加构架横梁、侧梁连接处的强度,在优化后的结构,由于焊缝位置远离横侧梁
3、根部,避该处设了1个加强衬套。优化后的结构是在横侧梁连接处增加了横侧梁连接座(图1),有效地将侧梁和横开了该处的高应力区,使横侧梁连接处焊缝的应力明梁连接起来。该连接座为锻造结构,强度和抗疲劳性显减小。大大提高。在优化设计过程中,为了有效避开横侧梁1.2侧梁原侧梁结构的上下盖板中间宽两头窄,如果在侧梁中部上下盖板与立板之间形成空间,易造成积水而腐蚀盖板。优化后的结构将原上下盖板的斜边改为直边,并增大了侧梁的横截面面积,这样不但提高了侧梁的整体强度,而且使转向架的外观显得更简洁美观。1.3横梁原横梁钢管直径为165.2
4、mm,该直径相对于体积相对较大的侧梁,整体刚度不协调。与多数类似转向架相比,CW200K型转向架横梁直径偏小。此次优化,将横梁直径改为180mm,有效地提高了转向架的整体强度和刚度。1.4抗蛇行减振器座原抗蛇行减振器座为钢板焊接结构,并焊接在侧梁立板上。改进后的结构将减振器座改为整体锻造结构,并将其移至侧梁外侧的横梁处,不但提高了减振器座的强度和抗疲劳性能,而且有效地改善了侧梁的受力状态。同时,减振器座与构架采用螺栓连接,便于维图1CW220型转向架横侧梁连接处示意图修和更换。1.5定位座收稿日期:20071
5、221作者简介:周兴建(1958),男,工程师。原定位座为钢板焊接结构,优化后改为锻焊结构,!11!铁道车辆第46卷第7期2008年7月将原立板和座板之间的焊接结构改为整体锻造结构,同时增加了立板的厚度。优化后的结构不但减少了焊缝,还缩小了定位座的整体外形尺寸,有效提高了定位座的强度和刚度。1.6牵引拉杆座原牵引拉杆座为钢板焊接结构,通过2个立板与横梁连接。优化后,采用箱形燕尾结构,立板和上下盖板均与横梁连接,大大提高了与横梁的连接强度。同时将原立板和座板之间的焊接结构改为整体锻造结构,并增加了立板的厚度。1.
6、7防过充座原防过充座为钢板焊接结构,焊接在侧梁下盖板上。优化后结构为整体加工,并将防过充座的位置移到了2个侧梁内侧的横梁上,不但结构形状比原结构大大简化,提高了强度,而且整个转向架结构看上去也更为简洁。1.8横向减振器座原横向减振器座为钢板焊接结构,优化后改为钢板压型结构,不但简化了结构,减少了焊缝,而且外形尺寸也有所缩小。图2为CW200K型转向架构架与CW220型转向架构架对比。总之,优化设计过程中,借鉴了国外转向架的先进、成熟结构,并尽可能采用锻造或压型结构,减少焊接结构。通过对结构细节进行反复不断的优化,
7、尽量减少和避免了高应力区的出现,使构架的整体应力水平控制在材料所允许的范围内。2构架结构优化分析计算CW220型转向架构架结构优化后,委托有关高校进行了静强度和疲劳强度分析计算。计算载荷的确定和强度评估方法参照UIC5154∀客运车辆转向架走行部转向架构架结构强度试验#的有关内容执行,结构应力计算采用美国ANSYS软件,主要按超常载荷、纵向加速度(5g)引起的超常载荷和模拟运营载荷3种工况进行计算。2.1超常载荷工况为了更真实地反映车辆运行过程中构架各部位的载荷情况,在计算过程中增加了牵引载荷、制动载荷及抗
8、蛇行减振器载荷,而这3项载荷在UIC标准中没有规定,本文将其作为超常载荷。计算结果表明,在超常载荷工况下,构架上最大应图3为构架在超常载荷作用下的载荷图及经过计力发生在纵向梁下盖板与横梁连接的圆弧弯角部位,算和经验推算出的载荷数值。其值为1497MPa。!12!CW220型转向架构架结构优化设计周兴建表2
