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1、第５期（總第１９８期）機(jī)械工程與自動(dòng)化Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＯｃｔ．文章編號(hào)：１６７２-６４１３（２０１６）０５-００８１-０３現(xiàn)代有軌電車線路工程車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞研究雷明波，傅茂海，賀文錦，明星宇（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川成都６１００３１）摘要：為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)城市有軌電車線路工程車的空白，根據(jù)ＢＳＥＮ１３７４９：２０１１，并結(jié)合國(guó)際鐵路聯(lián)盟試驗(yàn)研究報(bào)告ＥＲＲＩＢ１２／ＲＰ１７等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用有限元分析軟件ＡＮＳＹＳ對(duì)有軌電車線路工程車
2、動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析計(jì)算。根據(jù)疲勞強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果對(duì)構(gòu)架齒輪箱吊座等部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的構(gòu)架進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算和靜強(qiáng)度對(duì)比評(píng)估，結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后該動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞強(qiáng)度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，驅(qū)動(dòng)載荷作用下的靜強(qiáng)度有明顯改善。關(guān)鍵詞：工程車；構(gòu)架；疲勞強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)優(yōu)化中圖分類號(hào)：ＴＰ３９１.７文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ0引言轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用全鋼焊接結(jié)構(gòu)，構(gòu)架板材選用符城市軌道交通具有運(yùn)能大、可靠性高、污染小、噪合ＧＢ／Ｔ１５９１-２００８《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》要求的聲低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在日益緊張的交通壓
3、力下，現(xiàn)Ｑ３４５Ｅ，其力學(xué)性能見(jiàn)表１。代有軌電車變得更為重要。特別是１００％低地板等可通過(guò)小半徑曲線的有軌電車的增多，更迫切需要研究城市軌道線路運(yùn)營(yíng)、維護(hù)以及牽引救援工程車輛。轉(zhuǎn)向架作為工程車的重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到工程車的運(yùn)行品質(zhì)、牽引制動(dòng)能力、輪軌磨耗以及運(yùn)行安全性。城市有軌電車線路的最大特點(diǎn)是曲線多、曲線半徑小，我國(guó)相關(guān)技術(shù)條件規(guī)定城市有軌電車線路曲線半徑正常情況下為２５ｍ，特殊困難地段可為１９ｍ。為了更好地滿足工程車運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和安全性，必須要求轉(zhuǎn)向架具有良好的結(jié)構(gòu)性能。
4、本文以國(guó)內(nèi)首款可通過(guò)１９ｍ曲線半徑的工１-構(gòu)架；２-ＪＣ旁承；３-中心牽引銷；４-一系垂向減振器；５-輪對(duì)；６-制動(dòng)器；７-軸箱；８-傳動(dòng)齒輪箱程車轉(zhuǎn)向架為例，研究其轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。圖１工程車動(dòng)力轉(zhuǎn)向架三維結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)表１轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料力學(xué)性能１．１轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)材料厚度（ｍｍ）屈服強(qiáng)度RP（ＭＰａ）國(guó)內(nèi)首款可通過(guò)１９ｍ曲線半徑的工程車動(dòng)力轉(zhuǎn)≤１６≥３４５Ｑ３４５Ｅ向架由構(gòu)架、車軸齒輪箱、傳動(dòng)軸、一系垂向減振器、人＞１６～４０≥３３５字形橡膠彈簧、輪對(duì)、中心牽引銷、軸盤制動(dòng)裝置、Ｊ
5、Ｃ2轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度分析旁承等組成，如圖１所示。其特點(diǎn)如下：①采用內(nèi)軸箱２．１有限元分析模型的建立懸掛模式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠；②傳動(dòng)效率高，維護(hù)保構(gòu)架的有限元分析模型采用空間笛卡爾坐標(biāo)系，養(yǎng)工作量小，易于維修；③大量采用通用化、模塊化設(shè)其中X軸指向車輛運(yùn)行前方，Y軸垂直于線路方向，Z計(jì)，零部件通用性好，質(zhì)量易于保證，維護(hù)檢修方便。軸與軌道平面垂直，其正方向?yàn)樨Q直向上。由于除橡１．２轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)膠彈簧安裝座、齒輪箱吊座等厚壁件外，構(gòu)架為鋼板整轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)如下：軌距為１４３５ｍｍ；軸體焊接結(jié)構(gòu)，故
6、對(duì)構(gòu)架上的板殼結(jié)構(gòu)采用４節(jié)點(diǎn)殼單距為１６００ｍｍ；輪徑為７９０ｍｍ；通過(guò)最小曲線半徑為元Ｓｈｅｌｌ６３進(jìn)行離散，對(duì)橡膠彈簧安裝座等厚壁采用１９ｍ；最高運(yùn)行速度為７０ｋｍ／ｈ；制動(dòng)方式采用軸盤基８節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元Ｓｏｌｉｄ４５進(jìn)行離散。構(gòu)架結(jié)構(gòu)共離散礎(chǔ)制動(dòng)裝置，帶停車制動(dòng)；制動(dòng)倍率為８．５８；重量約６ｔ；為１５４５９７個(gè)節(jié)點(diǎn)，形成３-Ｄ殼單元１１５７８１個(gè)、實(shí)體外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為（２７９０×２４５４×１０１３）ｍｍ。單元２９６４９個(gè)。輪軸與懸掛裝置通過(guò)３-Ｄ梁?jiǎn)卧保侈D(zhuǎn)向架構(gòu)架材料及力學(xué)性能收稿日期：２
7、０１６-０１-２６；修訂日期：２０１６-０７-２０作者簡(jiǎn)介：雷明波（１９９０-），男，河南洛陽(yáng)人，在讀碩士研究生，主要從事機(jī)車車輛設(shè)計(jì)及理論研究。?８２?機(jī)械工程與自動(dòng)化２０１６年第５期Ｂｅａｍ１８８和彈簧單元Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ１４模擬，并通過(guò)２０１１標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組合計(jì)算，使用修正的Ｇｏｏｄｍａｎ-ＳｍｉｔｈＭＰＣ點(diǎn)接觸算法模擬其與構(gòu)架主結(jié)構(gòu)的連接。建立疲勞曲線圖對(duì)構(gòu)架的母材區(qū)和焊縫區(qū)進(jìn)行疲勞評(píng)估。的構(gòu)架有限元模型如圖２所示。母材區(qū)和焊縫區(qū)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力在疲勞曲線圖中的位置如圖４所示。圖４節(jié)點(diǎn)應(yīng)力在Ｇｏｏｄｍａ
8、ｎ-Ｓｍｉｔｈ圖中的位置圖２構(gòu)架有限元模型從圖４可以看出，焊縫和母材分別有部分節(jié)點(diǎn)的２．２構(gòu)架疲勞強(qiáng)度載荷與評(píng)定方法疲勞強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到要求，將沒(méi)有滿足疲勞強(qiáng)度要求的根據(jù)ＢＳＥＮ１３７４９：２０１１標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)架疲勞強(qiáng)度根節(jié)點(diǎn)（疲勞強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)）信息列出，如表２所示。據(jù)其在模擬運(yùn)營(yíng)工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行評(píng)定。在模擬表２構(gòu)架疲勞強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)載荷下，轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架主要承受垂向、橫向、扭坐標(biāo)平均應(yīng)力應(yīng)力幅安全曲、制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)等方面的載荷。區(qū)域節(jié)
