抗側滾扭桿的輕量化設計方法及實例

羅 燕,李 鵬,劉文松,陳天鷗,彭偉倫,鄒敏佳

(株洲時代新材料科技股份有限公司,湖南 株洲 412000)

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目前國內外大部分高速客車和地鐵車輛轉向架均采用了抗側滾扭桿裝置,以有效抑制車體側滾角,降低車輛柔度系數[1]。抗側滾扭桿裝置利用金屬彈性桿受扭轉時產生扭轉變形而提供反力矩,來抑制車輛的側滾振動,而不影響車輛的伸縮、橫擺、點頭、搖頭及浮沉等運動[2]。

輕量化是現代軌道車輛設計的重要目標。一方面,輕量化減輕了車輛自重,節約了原材料,降低了制造成本;另一方面,輕量化減少了車輛的牽引力和制動力,實現了節能降耗,并有效地減少了線路的負荷,節約其維修費用。可見,輕量化具有重大而長遠的經濟效益。抗側滾扭桿裝置中質量最大的部件一般是直扭桿,而最核心的、強度最薄弱的部件也是直扭桿,因此對直扭桿進行輕量化設計非常重要且必須謹慎。目前直扭桿制造已普遍采用屈服強度大于1 300 MPa的超高強度鋼,在鋼制材料強度上再提高已有一定困難。而復合材料由于其各向異性的特點,難以在直扭桿批量制造時保證其性能的一致性,且剛度穩定性和耐環境性能也存在不確定性,尚在研究探索階段,目前主要在非關鍵部件如垂向連桿上得到了試驗驗證[3]。直扭桿主要受扭轉產生扭轉變形從而提供反力矩,橫截面切應力有芯部小、表面大的特性,目前長直軸深孔加工技術已較為成熟,空心直扭桿對抗側滾扭桿裝置的減重效果顯著,對抗側滾扭桿的空心結構輕量化設計方法進行分析很有必要。……