地铁车转向架构架的强度计算与评定.pdf

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1、·现代设计与先进制造技术·冯大建地铁车转向架构架的强度计算与评定29地铁车转向架构架的强度计算与评定冯大建(同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海201804)摘要：介绍了转向架构架对于地铁车辆安全运营的重要性，并对构架进行离散化处理，按照UIC615—4标准对构架施加载荷，建立构架的有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS研究构架在各工况下的应力分布。最后，根据第四强度理论，完成了构架的静强度分析；根据Goodman疲劳极限图完成了构架的疲劳强度分析，并得出构架静强度和疲劳强度均合格的结论。分析结果为同

2、类型的转向架的设计、改型和优化提供了参考和依据。关键词：地铁车；转向架；静强度；疲劳强度中图分类号：U270．1文献标识码：B文章编号：1672—1616(2012)Ol一0029—04转向架是地铁车的重要部件之一，它：直接承载210GPa，泊松比=0．3，材料密度lD=7．8E一车体质量，保证车辆顺利通过曲线。转向架的各9t／mm3。种参数直接决定了车辆运行的平稳性、曲线通过安按照构架的实际结构进行离散，建立有限元模全性和乘坐舒适性。焊接构架作为转向架其余零型，除电机吊座和齿轮箱吊座用实体单元外，其余部

3、件的安装基础，不仅要将车体质量和运行中的振结构全部用板单元离散。考虑电机惯性对构架强动载荷传递到轮对，还要承受连接在其上的牵引、度的影响，在电机质心处建立一个节点，用刚性单制动与悬挂系统部件所产生的各向载荷。由于其元将该节点与电机吊座连接；将一系弹簧安装座处受力状态复杂，多年来部分铁道车辆和城市轨道交节点耦合，分别用弹簧单元模拟垂向、横向、纵向3通车辆转向架焊接构架曾在使用期内出现疲劳破个方向约束，设置弹簧单元的刚度分别与一系弹簧坏，严重影响了车辆运行安全。因此，有必要在设垂向、横向、纵向刚度一致。利用H

4、yperMesh软件计阶段对其疲劳可靠性进行评估。建立构架的有限元模型如图1所示，共离散出本文以地铁车的转向架构架为研究对象，建立24454个节点、23553个单元，其中实体单元5136了构架的有限元模型，并结合UIC615—4标准和个、板单元18417个。规范，研究构架在超常工况下的静强度和模拟运营工况下的疲劳强度，经过分析计算，得出构架满足强度条件的结论。1构架的有限元模型转向架构架为全封闭焊接结构，主要由2个侧梁和2个横梁组成。构架侧梁整体成u形的箱型焊接结构，侧梁两端的下侧设有橡胶弹簧安装座，中央

5、上部设有空气弹簧安装座。构架的横梁采用封闭的箱型焊接结构，横梁的外侧斜对称位置设置电机吊座和齿轮箱吊座，下侧的斜对称位置设有牵图1构架的有限元模型引拉杆座，2个横梁之间设有横向止档座。横梁和侧梁内部还设有多块筋板，以加强构架的强度。构2载荷计算及工况架材料为16MnR低合金高强度钢，弹性模量E=构架的运营静载荷计算参数见表1。收稿日期：2011—08—22作者简介：冯大建(1985一)，男，河南信阳人，同济大学硕士研究生，主要研究方向为机车车辆转向架的结构设计。2012年1月中国制造业信息化第41卷第l期

6、表1构架运营静载荷计算参数10X635=一69．85kN或57．15kN参数数值横向惯性载荷：转向架数量T／h／个Fvmt=±5g×m(]t=每台转向架轮对数量／爪±5×10×635=±31．75kN车体质量m／kg(AWo工况)纵向惯性载荷：载客质量CI／kg(AW3工况)Ft=±5g×g×t=转向架质量m／kg±5×10×635=±31．75kN电机组成质量r儿／kgf．齿轮箱吊座垂向载荷。轴箱垂向刚度K／(MN·m)齿轮箱吊座垂向载荷作用在齿轮箱吊座上，根轴箱横向刚度Ku／(MN·m一‘)据最新列车

7、规格书，取F=±50kN。轴箱纵向刚度K／(MN·m)2．1．2模拟运营载荷a．垂向载荷。2．1强度载荷计算垂向载荷作用在侧梁2个空气弹簧安装座上：根据UIC615—74标6准和4规范5[卜，结合具体的结构参数似，确定载荷如下。=(+1_2)=(24000+2．1．1超常工况载荷1．2×25000—2×7500)=97．5kNa．垂向载荷。b．横向载荷。垂向载荷作用在侧梁2个空气弹簧安装座上：横向载荷作用在横向止档上：1=rz2m~(v+cl一b)=F=0．5(+0．5mg)=0．5(97．5×100+0

8、．5×7500X10)=67．5kN(24000+25000—2×7500)：170kNc．纵向载荷。b．横向载荷。Fr=0．1(+)=横向载荷作用在横向止档上：0．1(97．5+×10一。)：13．5kNFv=2(10+)=取最不利的载荷F=29kN，纵向载荷以面载2(10+盟)=101．67kN荷的形式作用在牵引拉杆座上。d．斜对称载荷。c．扭曲载荷。斜对称载荷用于模拟线路扭曲，施加在一系弹为模拟转向架在线路扭曲情况下的翘