CRH3動(dòng)車組轉(zhuǎn)臂定位座的有限元分析

摘 要：機(jī)車車輛的軸箱拉桿座在機(jī)車車輛運(yùn)行時(shí)，受牽引力、制動(dòng)力等縱向力的作用，以及在彎道運(yùn)行時(shí)而產(chǎn)生的橫向沖擊力的作用，其中縱向力的作用成為影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素之一。根據(jù)太原電力機(jī)務(wù)段統(tǒng)計(jì)，在機(jī)車長拉桿座處的裂紋率達(dá)76.5%，短拉桿座處的裂紋率達(dá)6.1%。由于CRH3動(dòng)車組轉(zhuǎn)臂定位座與機(jī)車車輛軸箱拉桿座具有相似的作用，另外從現(xiàn)場了解：石家莊動(dòng)車所某一動(dòng)車轉(zhuǎn)臂定位座出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致整臺(tái)構(gòu)架報(bào)廢。本文根據(jù)以上資料的啟發(fā)，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，對CRH3轉(zhuǎn)臂定位座僅從受縱向力的角度進(jìn)行簡單的定性分析。結(jié)果表明：該轉(zhuǎn)臂定位座在超常載荷及5g加速度沖擊載荷的作用下均符合使用要求。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)臂定位座;有限元分析;橫向沖擊力

1 問題描述

在轉(zhuǎn)臂定位座的結(jié)構(gòu)靜力分析時(shí)，本文主要考慮以下三種受力情況：超常工況下的縱向載荷、5g加速度沖擊作用下的縱向載荷、以及兩車追尾時(shí)頭車和尾車所受的縱向載荷。以上載荷的具體確定情況描述如下：

確定超常工況下的縱向載荷：由公式FX=0.1*（2.8Mb-0.4mb ），計(jì)算的單個(gè)軸箱上承受的縱向力為23.25KN。其中，F(xiàn)X為單個(gè)軸箱的縱向力，Mb 為轉(zhuǎn)向架質(zhì)量，mb為車軸質(zhì)量。由于轉(zhuǎn)臂定位座成對焊接的側(cè)梁上，故單個(gè)轉(zhuǎn)臂座處的縱向力為0.5 FX，即得到單個(gè)轉(zhuǎn)臂座處的縱向力為：11.625KN，轉(zhuǎn)換為接觸面上的壓力為：4.95MPa。

確定5g加速度沖擊作用的縱向載荷 ：由公式FX=Mb*5g ，計(jì)算得到5g加速度沖擊作用下每臺(tái)轉(zhuǎn)向架所受的縱向載荷FX=369KN。其中，Mb為轉(zhuǎn)向架質(zhì)量 。進(jìn)而得到單個(gè)轉(zhuǎn)臂座處的縱向力為：46.25KN， 轉(zhuǎn)換為接觸面上的壓力為：19.64Ma。

確定兩車追尾時(shí)頭車和尾車所受的縱向載荷：兩車追尾（車速均為160KM/h）時(shí)尾車所受沖擊載荷為1570KN、頭車是所受沖擊5627KN，不考慮車鉤緩沖裝置及縱向彈性原件的緩沖作用，把動(dòng)態(tài)問題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)問題進(jìn)行定性分析，則得到尾車單個(gè)轉(zhuǎn)臂座處的縱向力為：98.125KN，轉(zhuǎn)換為接觸面上的壓力為：41.67MPa;頭車單個(gè)轉(zhuǎn)臂座處的縱向力為：351.69KN，轉(zhuǎn)換為接觸面上的壓力為：149.3MPa。

由于轉(zhuǎn)臂定位座焊接在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的測量上，所以在添加約束是應(yīng)在轉(zhuǎn)臂座與側(cè)梁焊接處添加固定約束。

2 模型建立

依據(jù)現(xiàn)有圖紙，應(yīng)用SOLIDWORKS軟件，通過繪制草圖、局部拉伸、添加倒角、圓角等方式，建立了轉(zhuǎn)臂定位座的三維實(shí)體模型。

定義單元類型為：solid185單元;定義材料屬性為：EX=2.06e+5、PRXY=0.28;網(wǎng)格劃分采用自由劃分方式，控制精度等級為1。

3 有限元分析結(jié)論

（1）在超常工況時(shí)，縱向載荷作用下，計(jì)算得到最大應(yīng)力為δ1max=18.8363MPa ，由δ1max< [δ] 可知，該工況下轉(zhuǎn)臂定位座符合使用要求。

（2）在5g加速度沖擊作用縱向載荷下的等效應(yīng)力分布如圖1所示，計(jì)算得到最大應(yīng)力為δ1max= 73.828MPa ，由δ1max< [δ] 可知，該工況下轉(zhuǎn)臂定位座符合使用要求。

（3）兩車追尾時(shí)轉(zhuǎn)臂座在沖擊作用下的等效應(yīng)力分布 。計(jì)算得到尾車轉(zhuǎn)臂座最大應(yīng)力為：δ1max=154.99MP ，對其結(jié)果定性分析：δ1max< [δ]=355MPa，另外在施加載荷時(shí)忽略的車鉤緩沖裝置的作用，由此可知兩車追尾時(shí)尾車轉(zhuǎn)臂座符合使用要求。計(jì)算得到頭車轉(zhuǎn)臂座最大應(yīng)力為：δ1max=551.97MPa，該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的屈服強(qiáng)度 ，即使考慮到車鉤緩沖裝置的緩沖作用，在頭車轉(zhuǎn)臂定位座處有可能會(huì)發(fā)生變形甚至斷裂。

作者簡介：朱占國（1989-），男，助教，主要研究方向：鐵道機(jī)車檢修與維護(hù)。