B型地铁牵引装置疲劳强度分析

摘要：牵引装置用来实现车体和转向架之间的纵向作用力的传递,其强度可靠性对转向架的安全运行有着重要的影响。本文根据UIC615-1和EN13749或UIC615-4制定计算载荷和计算载荷工况,用有限元方法对B型地铁转向架牵引装置的主要承载结构的强度进行分析。分析结果表明,该结构的牵引装置的结构疲劳强度可以满足转向架运行要求。     

基于谱载荷的高速列车转向架的疲劳强度

为了有效地预测高速列车转向架构架的疲劳强度或寿命,提出了一种基于试验谱载荷的疲劳强度预测方法.这种方法是用雨流计数法对UIC515-4和UIC615-4规定的构架疲劳强度试验载荷和载荷循环次数进行分级,用有限元法确定构架在每级载荷作用下的应力分布,将多轴应力转化为单轴应力,根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则计算构架的等效应力,利用S-N疲劳曲线预测构架的疲劳强度或寿命.算例表明,采用该预测方法计算的高速列车转向架构架的疲劳强度与现有文献的结果一致.     

基于谱载荷的高速列车转向架构架的疲劳强度

为了有效地预测高速列车转向架构架的疲劳强度或寿命，提出了一种基于试验谱载荷的疲劳强度预测方法．这种方法是用雨流计数法对UIC515-4和UIC615-4规定的构架疲劳强度试验载荷和载荷循环次数进行分级，用有限元法确定构架在每级载荷作用下的应力分布，将多轴应力转化为单轴应力，根据palmgren-Miner线性累积损伤准则计算构架的等效应力，利用S-N疲劳曲线预测构架的疲劳强度或寿命．算例表明，采用该预测方法计算的高速列车转向架构架的疲劳强度与现有文献的结果一致．     

铁路轨检车轴箱疲劳强度分析

轨检车是检测轨道的主要设备之一,轴箱疲劳强度直接影响其运行安全。以铁路轨检车轴箱为分析对象,依据UIC615-4的轴箱试验验收标准规定的轴箱疲劳强度的校验方法和某型号轨检车的数据资料,完成了轨检车轴箱在不同工况下的受力分析。采用Hypermesh和ABAUQS软件建立轨检车轴箱的有限元模型并分析轨检车不同工况下的应力应变。然后结合轴箱静强度和动强度标准以及Goodman-Smith疲劳极限图评价轨检车轴箱的疲劳强度。计算结果表明,轨检车轴箱危险点位于簧座内侧的肋板焊接处,几种工况下最大的Mises应力为219.6 MPa,满足静强度要求;轴箱上危险点应力幅和平均应力分别为51.14 MPa和127.85 MPa,其疲劳强度满足要求。     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

基于力法的动车转向架构架参数化设计

基于结构力学中的力法原理,对动车转向架构架结构几何尺寸进行参数化设计,利用Microsoft Visual C++6.0实现程序化。根据构架设计的原始参数、UIC 615-4—2003标准规定的计算载荷和载荷工况及制造材料的许用应力,确定构架的总体尺寸和不同截面的几何尺寸,分析动车转向架构架在各个载荷工况下的最大名义应力。通过计算应力与许用应力的比较,检查构架结构尺寸的合理性。计算结果表明:在构架结构方案设计过程中,根据UIC 615-4—2003和EN 13749—2005标准的规定,载荷工况1~13的von-Mises应力小于制造材料16Mn的许用应力230 MPa,载荷工况14的von-Mises应力小于制造材料16Mn的屈服极限345 MPa,构架的静强度满足设计的要求,因此,应用参数化设计可以快速有效地确定构架的结构几何尺寸,提高构架的设计效率。     

基于子模型技术的转向架焊接构架疲劳评估

为提高高速动车组焊接构架复杂区域的有限元分析结果精度,降低求解规模和分析时间,利用子模型技术进行了焊接构架的疲劳评估.以某型动车组动力转向架焊接构架为研究对象,依据UIC 615-4和EN 13749标准中的载荷施加要求,采用有限元软件ABAQUS进行了运营工况不同载荷组合下的强度分析,并进行了焊缝处的疲劳强度分析,确定了焊接构架的疲劳薄弱区域.在此基础上,运用子模型技术将应力幅值最大的转臂定位座与下盖板角焊缝区域从构架整体中分离出来进行构架的疲劳评估,采用热点应力法得到该处的疲劳寿命为3.6×10~6次,满足IIW标准规定的2×10~6次,分析结果表明该构架疲劳寿命满足设计要求.     

基于轴对称模型的货车车轮结构疲劳强度分析

为了分析铁路货车车轮的疲劳强度,建立了车轮轴对称模型,根据国际铁路联盟标准UIC510-5/2003规定的计算载荷和载荷工况,计算了车轮的疲劳强度,用Goodman曲线对疲劳强度进行了评定。计算结果表明:在紧急制动的热载荷作用下,车轮辐板区域在制动70s时产生最大von_Mises应力;在紧急制动的热载荷与机械载荷联合作用下,车轮辐板区域在制动43s时产生最大von_Mises应力;在曲线紧急制动载荷工况的计算载荷作用下,车轮辐板区域的von_Mises应力最大;车轮辐板疲劳强度满足要求。     

基于FKM的某型转向架轴箱端盖疲劳强度评估

针对某型转向架轴箱端盖螺栓孔处易产生裂纹的问题,使用FKM准则和EN13749标准规定载荷对轴箱端盖的疲劳强度进行评估,结果表明:在标准规定载荷下端盖最大应力超过屈服极限进入塑性变形阶段,应力最大的位置位于端盖螺栓孔与端盖体的过渡区域.分析结果表明:端盖应力过大的主要原因是螺栓预紧力过大;根据FKM准则计算出了轴箱端盖的利用度,并提出了提高材料屈服强度和降低螺栓预紧力相结合的优化方案,仿真结果为解决轴箱端盖裂纹提供了参考建议.     

低地板独立旋转车轮动力转向架设计

介绍了独立旋转车轮转向架在城市轨道交通中实现低地板的优势,提出了一种低地板独立旋转车轮动力转向架的设计方案.并利用有限元软件ANSYS根据UIC 615—4对转向架构架进行静强度分析.     

基于有限元仿真车轮多轴疲劳强度分析

基于UIC510-3规程和热负荷试验,确定了车轮疲劳强度分析的计算载荷工况,采用有限元方法数值模拟了运行状态下车轮的应力变化规律,进行了车轮疲劳强度评定．采用最大主应力方法将多轴应力状态转化为单轴应力,通过Haigh—Goodman疲劳极限方程,得出机械载荷下车轮辐板孔的疲劳强度满足要求;采用Goodman方程,将制动热负荷产生的零．拉脉动循环转化为对称循环,根据辐板材料的S-Ⅳ曲线评价,得出单纯制动热负荷下辐板孔满足疲劳强度要求;提出制动热应力与机械波动应力的叠加方法,采用Miner法则预测机械载荷与制动热负荷组合作用下辐板孔裂纹的形成寿命．由不同载荷下车轮疲劳强度的评价结果,判断出导致辐板孔边裂纹形成的载荷因素是机械载荷与坡道制动的综合作用．     

高速动车组焊接构架疲劳强度评估

针对高速动车组焊接构架的结构特点,建立某型高速动车组转向架焊接构架有限元模型,基于TB/T 2368-2005标准对焊接构架进行静强度分析,遴选出相对薄弱部位,并基于动应力法对选取的薄弱部位进行动应力计算,结合材料的Goodman疲劳曲线,评估焊缝区和非焊缝区的疲劳强度.结果表明:超常载荷工况下,构架的最大应力出现在焊缝区,为296 MPa,13种模拟运营工况下,无缝区的最大应力为225 MPa,焊缝区的最大应力为195 MPa,均未超出结构材料的许用值. 6个考察部位中只有侧梁下盖板和转臂座连接处的应力幅略高于焊缝疲劳许用应力,其余各部位的动应力均符合设计要求.     

转向架构架疲劳应力计算与评估

为评估某低地板车辆焊接转向架构架的疲劳强度,采用ANSYS有限元仿真软件搭建转向架构架三维有限元模型,分别计算母材、打磨的焊缝边缘部位和不打磨的焊缝边缘部位的3组包络线的许用应力,与11种动载荷的组合变化应力相比较,评价构架的疲劳强度是否满足设计要求.结果 表明:转向架构架母材和打磨过的焊缝边缘部位疲劳强度满足要求;在转向架构架安全裕量较小的焊缝部位必须打磨才能满足疲劳强度要求.     

高速列车轴箱弹簧载荷特性与疲劳损伤

以某型高速列车轴箱弹簧为研究对象, 通过载荷标定方法制作了弹簧载荷测试传感器, 安装于动力转向架, 通过在线路测试得到了轴箱弹簧载荷时间历程; 结合车载陀螺仪信号, 分析了启动牵引、制动停车、高低速直线、进出坡道、曲线通过等典型工况下的轴箱弹簧载荷特性; 根据轴箱弹簧载荷的变化特点, 将测试载荷分解为趋势载荷和动态载荷, 并在统计基础上给出轴箱弹簧一定运用里程下的载荷谱, 确定了载荷幅值与载荷作用频次的对应关系, 根据损伤一致性准则, 分析了载荷谱各级载荷造成的损伤比重与轴箱弹簧疲劳损伤随列车运行速度增大的变化规律。分析结果表明: 轴箱弹簧载荷与应变呈线性关系, 其传递系数为9.45×10-5 kN-1; 与非动力侧轴箱弹簧相比, 动力侧轴箱弹簧载荷幅值变化受电机扭矩载荷的影响较大, 在列车启动阶段, 电机输出扭矩达到最大值, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的载荷分别为-7.42、1.26 kN; 列车速度由240 km·h-1增大至350 km·h-1时, 轴箱弹簧趋势载荷由-0.6 kN变化至-2.0 kN, 最大动态载荷由1.53 kN增大至1.86 kN, 增大了22%;动力侧轴箱弹簧在列车低速、高速运行时所产生的疲劳损伤比重分别为0.79、0.75;列车运行速度提高会使轴箱弹簧高幅值载荷产生的疲劳损伤比重略有降低, 这与非动力侧疲劳损伤比重分布特点相吻合; 动力侧和非动力侧轴箱弹簧疲劳损伤随着列车运行速度增大均呈现出先减小后增大的变化趋势, 在列车速度为300 km·h-1附近时达到最小疲劳损伤, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的疲劳损伤分别为0.110、0.004。      

牵引电机振动对构架疲劳强度的影响

为分析造成地铁车辆动力转向架牵引电机吊座附近区域出现疲劳裂纹的原因,用有限单元法分析了构架的疲劳强度.结果表明:电机吊座附近区域的应力主要受电机垂向振动载荷影响,电机垂向振动载荷增大不影响节点平均应力,但使其应力幅值增大.垂向振动加速度从1g增大到10g时,考察点应力幅值增大约1.5倍,安全系数由2.68降低至接近1.00.在标准规定的水平振动加速度范围内,构架节点安全系数无变化.     

高速列车转向架载荷谱长期跟踪试验研究

为了建立高速列车转向架载荷谱,对武广客运专线高速列车运营全工况下的转向架载荷进行了跟踪测试,得到了动车转向架的轴箱弹簧垂向载荷和转臂横向载荷在一个镟轮周期内的变化规律,分析了高速直线和曲线工况下镟轮对轴箱弹簧垂向载荷和转臂横向载荷的影响,并基于上述载荷编制了构架浮沉、侧滚、扭转与横向载荷系谱,进行了镟轮前后各载荷谱的比较.研究结果表明,与镟轮前相比,镟轮后轴箱弹簧垂向载荷、转臂横向载荷以及构架各载荷系的幅值均减小,其中转臂横向载荷变化最明显,在高速直线和曲线工况下幅值分别减小了50%和40%,镟轮改善了构架的受力状态.      

转向架轴箱钢弹簧端部结构 对使用性能的影响分析

以某动车组转向架轴箱钢弹簧断裂故障调查处理为例,通过模拟仿真及台架试验发现,该钢弹簧采用碾尖制造工艺,减小支撑圈数,以及优化钢弹簧组下端绝缘垫刚度,在相同的载荷工况下,极大地改善了钢弹簧的受力状态,有效降低了钢弹簧的应力水平.同时提出了机车车辆转向架轴箱钢弹簧设计时应考虑校核的内容,并建议转向架轴箱钢弹簧在疲劳试验时应考虑的载荷工况.     

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

CRH2-300型动车转向架构架垂向斜对称载荷识别

采用准静态法对CRH2-300动车组动车转向架构架垂向斜对称动载荷进行识别,通过ANSYS有限元软件,分析计算载荷识别敏感部位以确定其识别点,进而建立载荷识别方程.根据京津客运专线实测数据,得出垂向斜对称动载荷最大值,并编制了载荷谱.为准确评价动车组转向架疲劳强度提供依据.     

吊装设备振动冲击下的铝合金车体C型槽疲劳强度分析

针对吊装设备振动冲击下的车体承载结构疲劳损伤问题,采用有限元法对某型动车组车顶净水箱吊装设备振动冲击下的车体C型槽疲劳强度进行仿真分析.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,计算出吊装组件连接螺栓承载力,作为C型槽疲劳强度计算载荷.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程.采用有限元法分析了C型槽在工作载荷下的静强度与疲劳强度.计算结果表明:振动冲击下,C型槽最大值应力值为13.8 MPa,远小于材料的屈服强度,表明在正常运行工况下C型槽不会出现塑性破坏;在1.0×107设计寿命下,结构最小安全系数为13.625,表明在指定的设计寿命内C型槽不会发生疲劳破坏.