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貨車組合式製動梁的有限元分析

發布於:2019-09-27 19:23
有限元分析

      製動梁是鐵道車輛上最重要的部件之一,它的損傷故障對行車安全影響極大,尤其我國鐵路貨運不斷實施重載以來,製動梁方麵的損傷故障顯得更為突出,成為一個不可忽視的問題.鐵路貨車組合式製動梁自問世以來,裝車後出現了許多的質量問題。製動梁是一個超靜定結構,在車輛運行中承受較大的交變載荷及衝擊力,製動時承受製動力以及車輪對閘瓦的反作用力,因此受力狀況較為惡劣。本文運用有限元分析對其強度進行了分析,並用實物進行了試驗驗證,以期為企業對組合式製動梁在強度依據方麵提供參考。
      組合式製動梁適用於三大件式轉向架(滑槽式),如圖所示,製動梁主要由閘瓦托、端頭、撐杆、弓形梁和支柱等五部分組成.其中端頭為整體式鍛件,兩端口處有加強肋,撐杆為外徑50 mm,內徑為30 mm的管材,弓形梁是直徑33 mm的棒材,3個零件通過熱套裝工藝組合成製動梁梁體.同時,用滑塊取代滾子軸在滑槽中導向和支撐,閘瓦托與梁體使用SFT折頭螺栓進行緊固。根據TB/T 1978-2007《鐵道貨車組合式製動梁》中相關規定,組合式製動梁在進行靜載荷試驗時,將製動梁兩端的閘瓦托支撐在模擬閘瓦上,載荷施加在支柱圓銷上.所需施加的試驗載荷包括撓度試驗載荷、永久變形試驗載荷、安全係數試驗載荷和切向載荷,各載荷的計算公式,為模擬輪對踏麵作用在一個模擬閘瓦上的切向力,得到撓度試驗載荷、永久變形試驗載荷、安全係數試驗載荷,載荷計算結果與TB/T 1978-2007中所規定的數值一致。按照表中的相關規定進行加載,其靜載荷試驗安裝與加載示意圖如圖所示,試驗內容、試驗載荷、實際變形和允許變形如表所示。由表可知,試件撓度載荷試驗變形量均小於允許變形量,永久變形試驗和安全係數變形量也小於允許變形量,兩試件靜載荷試驗合格。
      由於製動梁支柱為非對稱結構,且屬於裝配體,故取製動梁整體來建立有限元模型.整個模型共包含5個麵麵接觸對,分別為:閘瓦托和端頭,端頭和撐杆,撐杆和弓形梁,弓形梁和支柱上部U型槽,支柱下部圓孔和撐杆;閘瓦托、端頭、撐杆、弓形梁和支柱均采用四麵體實體單元進行結構離散.為保證計算精度,經過多次試算,直到前後兩次計算誤差小於5%為止,所確定製動梁有限元模型如圖所示,共離散為49210個節點,21644個單元。製動梁材質均為鋼性材料,計算時取彈性模量E=2.1Xe5 MPa,泊鬆比0.3。參照TB/T 1978-2007《鐵道貨車組合式製動梁》中撓度載荷試驗規定,在閘瓦托圓弧麵上施加徑向約束;在支柱圓銷孔處施加撓度試驗載荷104.5kN,在Ansys Workbench軟件中按照軸承載荷施。由圖製動梁位移分布圖可見,組合式製動梁最大位移約為1.61 mm,該值與表中撓度載荷試驗中測得的最大變形量(平均值為1.62 mm)相一致,表明該文所建立有限元模型正確。


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