基于Ansys軟件的HXD1D型電力機車轉向架構架的檢修關鍵點分析

李云召 李歐陽

【摘 要】本文首先分析了HXD1D型機車轉向架構架的承載性能，然后采用Ansys軟件對構架進行了強度分析，依據強度分析結果并結合機車的實際運行情況梳理出了構架的檢修關鍵項點，最后對構架關鍵項點的檢修提出了合理化的建議。

【關鍵詞】HXD1D；轉向架構架；檢修

中圖分類號： U260.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）28-0230-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.107

轉向架的構架是HXD1D型機車驅動裝置、制動系統、輪對組裝等部件的安裝基礎，運行過程中直接承載和傳遞安裝部件和軌道傳遞的垂向、縱向和橫向交變載荷，構架的正確維護保養是保障機車安全可靠運行的重要保證。因此，開展對轉向架的構架的檢修關鍵項點進行分析具有重要意義[1]。

1 轉向架構架的承載性能

HXD1D型電力機車是6軸式最高運行速度為160km/h、7200kW交流傳動準高速客運電力機車，HXD1D電力機車中的轉向架主要組成包括牽引裝置、構架、驅動裝置、基礎制動裝置、一系懸掛、二系懸掛、電機懸掛裝置以及一些附屬裝置等組成。

機車實際運行過程中轉向架受到來自車體和軌道的各種載荷，載荷傳遞如下：

垂向力：車體總重量經二系懸掛裝置傳遞到構架上，然后由一系懸掛裝置傳遞到輪對上，最后由輪對傳遞到鋼軌上完成垂向力的傳遞。

橫向力：力先由鋼軌傳遞到輪對上，再通過一系懸掛裝置再傳遞到構架上，最后由二系圓簧座將力傳遞至二系懸掛裝置后將橫向力傳遞至車體。

縱向力：首先由鋼軌傳遞到輪對上之后傳遞到一系懸掛裝置，進而傳遞到構架上，再經過二系懸掛裝置傳遞到車體上，最后由車端連接裝置實現機車間縱向力的傳遞。

2 轉向架構架的強度分析

基于ANSYS有限元分析軟件，建立了構架有限元計算模型。

構架離散成離散構架模型時采用帶中間節點的四面體單元SOLID92；一系簧座支撐及拉桿座處采用縱向、橫向及垂向彈簧單元COMBIN14模擬實際支撐情況；電機、齒輪箱等驅動系統采用Mass21單元進行模擬。計算模型節點總數為272217個，單元總數為896209個，其中彈簧單元1768個、Mass21單元4個，構架有限元計算模型見圖2。

實際運營中載荷工況參照T/B 2368《動力轉向架構架強度試驗》標準，組合16種工況[2]。

對于工況1-13，構架各點VonMises應力均小于材料屈服極限345MPa，工況14-16，構架各點VonMises應力均小于材料抗拉極限530MPa，應力云圖見圖3。

3 轉向架構架的檢修關鍵點分析

3.1 轉向架構架的檢修關鍵點

車輛運行過程中轉向架構架承受的載荷比較復雜，既要承擔軌道傳遞慣性沖擊載荷，又要承擔車體傳遞的各種載荷。牽引座主要承受車體傳遞的縱向力，制動器吊座主要承受制動過程中的垂向載荷，電機座受力較復雜，包括電機傳遞的垂向、橫向、縱向載荷以及運行中的慣性沖擊載荷，一系垂向安裝座主要承受減振器傳遞的垂向載荷[3]。

通過對轉向架的構架進行強度分析，在各工況的構架應力云圖中可以發現各工況中構架的關鍵受力點，最終我們確定如下關鍵點：

3.2 轉向架構架的關鍵點的檢修

構架上常見的故障為裂紋、變形和撞擊等，其中裂紋為主要故障，構架的失效一般為裂紋造成的，裂紋一般出現在受力較大的部位。比如：構架的牽引梁中間上蓋板折彎處、一系拉桿坐外立板圓弧處、牽引座圓弧處等位置[4]。

1）首先要關注這些位置是否有裂紋或疑似裂紋，如發現應立即記錄并上報。

2）對于輕微裂紋可通過打磨去除，保證打磨光滑，不能有凹坑等。

3）對于關鍵點圓弧處的裂紋，因為應力較高，不能隨意焊修處理。

4 結論

文采用有限元分析軟件對HXD1D型電力機車轉向架構架的強度分析，對構架檢修關鍵點進行了分析，梳理出了8處關鍵點，并對這些關鍵點的檢修提出了合理化的建議，避免了以往構架檢修中檢修任務重，關鍵部位容易漏檢的問題。

【參考文獻】

[1]陳國勝.HX_D1D型大功率交流傳動快速客運機車轉向架研制[J].電力機車與城軌車輛.2014.

[2]TB/T 2368.動力轉向架構架強度試驗，2003

[3]李濤.高速交流傳動Co-Co機車轉向架構架優化[D].成都：西南交通大學機械工程學院，2007.

[4]劉惠民.鐵道車輛構造檢修及裝備[M].北京：中國鐵道出版社，2006.