160 kmh货车摇枕的有限元分析.doc

文章编号:1003-1421(2010)09-00 中图分类号:+2 文献标识码:B
160 km/h货车摇枕的有限元分析
阮保荣
(北京京北职业技术学院机电工程系,北京 1014100)
摘要:通过分析速度为160 km/h货车转向架摇枕的结构特点,选用ANSYS软件作为有限元分析工具,根据摇枕结构特征及载荷情况,按照与实际相符合的原则建立摇枕模型。依据TB/T1335-1996《铁道车辆强度及试验鉴定规范》,对该货车摇枕的主要载荷进行计算和工况分析。由于摇枕结构复杂,需要用第四强度理论进行评价,即用当量应力对静强度进行了评定。
关键词:货车摇枕;有限元分析;载荷工况;强度计算
铁路货车主要用于运送各种货物,转向架是铁路货车的关键部件[1-2],其中摇枕是转向架的重要部件[3]。摇枕的作用是将车体作用在下心盘上的力传递给支撑在其两端的枕簧上,另外还用于把转向架左右两侧架联系成一个整体,其可靠性能影响机车的走行品质和安全性,必须满足一定的强度要求。随着计算机的普及和计算方法的发展,有限元法已成为摇枕强度分析的主要方法。
1 转向架摇枕的结构特点
为适应摇枕中央部位受弯矩大、两端受弯矩较小的情况,摇枕中央的截面比两端大,使中央部位具有较大的截面模数,这种形式的摇枕称为鱼腹形摇枕[4]。这种结构既能保证摇枕具有足够的强度,又可以节约材料和减轻自重。以下分析的摇枕是速度为160 km/h的货车,结构为鱼腹型,实体模型如图1所示。
图1 摇枕实体模型图
2 摇枕有限元模型
选用ANSYS软件作为有限元分析工具。为了保证计算精度,在建立有限元模型时,根据摇枕结构特征及载荷情况,按照与实际情况相符合的原则建立摇枕模型,取该摇枕的1/2结构进行网格划分[5],摇枕沿纵向轴的一半有限元模型如图2所示,其共有102 595个单元,189 350个节点。
图2 摇枕有限元模型
3 载荷计算及工况
载荷计算
计算的摇枕匹配的转向架为新型转向架,同时设计速度较高,载荷计算时以TB/T1335-1996《铁道车辆强度及试验鉴定规范》[6]为主要依据,同时考虑实际情况予以适当调整。转向架的主要参数如表1所示。
表1 转向架主要技术参数
技术参数
数值
最高速度
160 km/h
轨距
1 435 mm
轴重
18 t
转向架自重
t
固定轴距
1 900 mm
旁承中心距
1 520 mm
轴颈中心距
2 000 mm
轴箱弹性悬挂装置静挠度
空车挠度
25 mm
重车挠度
65 mm
当量挠度
40 mm
每轴箱弹簧组刚度
纵向刚度
10 MN/m
横向刚度
5 MN/m
垂向静载荷
垂向静载荷Pst为:
Pst=10(n·PR-PT)=10×(2×18-)=308 kN
式中:PR为允许轴重,t;n为转向架的轴数;PT为转向架的自重,t。
垂向动载荷
垂向动载荷Pd为:
Pd=kdy×Pst=×308≈108 kN
式中:kdy为垂向动荷系数。kdy的计算为:
kdy=(a+bv)/fj+dc/=(+×160)/40+×/≈
式中:fj为车辆在垂