轉(zhuǎn)向架中央牽引裝置強(qiáng)度仿真分析

張曉艷（長春軌道客車股份有限公司,長春　130000）

轉(zhuǎn)向架中央牽引裝置強(qiáng)度仿真分析

張曉艷
（長春軌道客車股份有限公司,長春130000）

摘要：本文以轉(zhuǎn)向架中央牽引裝置為研究對象，依據(jù)UIC615標(biāo)準(zhǔn)施加載荷，采用有限元軟件Abaqus，輸入材料非線性曲線，得出縱向超常載荷作用下中心銷的永久變形小于0.2%，牽引裝置靜強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：非線性；有限元；牽引裝置；靜強(qiáng)度

1　有限元模型

中央牽引裝置主要由中心銷、牽引梁、牽引拉桿、中心銷套等零部件組成。中心銷通過螺栓與車體枕梁連接。在車輛運(yùn)行時(shí)，牽引裝置起傳遞轉(zhuǎn)向架牽引力和制動力的作用，在垂向不承擔(dān)支撐車體的任務(wù)。車體相對于轉(zhuǎn)向架的回轉(zhuǎn)是通過中心銷套的扭轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

將中心銷、牽引梁、中心銷套和枕梁等結(jié)構(gòu)整體考慮，中心銷通過8個(gè)M 24×110的螺栓與車體枕梁連接在一起，緊固力矩為500Nm。中心銷與銷套內(nèi)筒之間為接觸關(guān)系，摩擦系數(shù)取0.15。中心銷下部通過1個(gè)M 36的螺栓與壓板緊固，螺栓的緊固力矩為900Nm。中心銷套外筒與牽引梁內(nèi)壁采用MPCbeam連接來模擬二者之間的過盈裝配關(guān)系，忽略中心銷套中間的橡膠彈性，將銷套內(nèi)、外壁作為一個(gè)整體考慮，同時(shí)中心銷與枕梁之間，壓板與中心銷套之間用接觸來處理，枕梁與螺母、螺母與螺栓、中心銷外筒與牽引梁及M 36螺栓與中心銷之間建立綁定約束。中心銷采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元，牽引梁和橫向減振器座采用十節(jié)點(diǎn)四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

2　載荷與工況

在分析過程中，枕梁、中心銷套及牽引梁內(nèi)壁用剛體單元模擬，在枕梁上施加固定約束，首先在M36螺栓上施加104167N的預(yù)緊力，在M24螺栓上施加的86805.6N的預(yù)緊力，縱向載荷按轉(zhuǎn)向架5g沖擊加速度施加。為便于在牽引拉桿中心位置施加縱向載荷，在牽引拉桿座上加一個(gè)平板用于模擬牽引拉桿進(jìn)行加載，將平板與牽引拉桿座綁定用于施加載荷。

3　結(jié)果分析

在縱向5g的超常載荷作用下，中心銷的Von-Mises應(yīng)力如圖1所示，忽略螺栓孔處的應(yīng)力，在中心銷筒與枕梁連接板的過渡圓弧位置及中心銷與銷套配合過渡區(qū)域的截面突變處應(yīng)力已經(jīng)超過屈服應(yīng)力415MPa，最大為489MPa，因此對中心銷進(jìn)一步進(jìn)行彈塑性分析，材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示，彈塑性分析結(jié)果最大Von-Mises應(yīng)力477MPa。

雖然477MPa已經(jīng)超過了材料的屈服極限，但金屬材料不一定有明顯的屈服現(xiàn)象，通常按永久變形達(dá)到0.2%時(shí)的應(yīng)力值作為屈服極限。中心銷與枕梁連接板的過渡圓弧位置最大的等效塑性應(yīng)變?yōu)?.0089%，如圖3所示。按照這個(gè)定義，在縱向超常載荷作用下中心銷的永久變形小于0.2%。

4　結(jié)論

在超常縱向5g加速度載荷作用下，中心銷的最大等效應(yīng)力為477MPa，超過C級鋼的屈服強(qiáng)度415MPa，但其塑性變形為0.0089%小于0.2%，同時(shí)根據(jù)UIC615-1規(guī)定5g沖擊加速度下，不允許產(chǎn)生任何故障，可以產(chǎn)生永久變形，因此設(shè)計(jì)符合要求。