30t大轴重机车转向架轴箱体的设计

2014-12-23王寒煜朱向阳周新鹏

机械工程师 2014年3期

关键词：工艺性轴箱转向架

王寒煜，朱向阳，周新鹏

（南车株洲电力机车有限公司技术中心，湖南株洲412001）

0 引言

轴箱体是轴箱组装装置的关键部件，也是众多零部件的装配主体，起着至关重要的作用。因此，结构简单、安全可靠的轴箱体是车辆安全运行的保证。

轴箱体的作用是将轮对和构架通过一系悬挂联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；承受车辆的重量，传递各方向的作用力；通过轴箱附属装置来检测车辆速度、轴箱温度及轴箱轴承状态等。

本文介绍了轴箱体的结构特点，并用UG软件对轴箱体进行了三维实体建模，利用ANSYS Workbench模块对其进行了有限元分析，得到了轴箱应力分布云图，用Goodman图［1］校核了疲劳强度，研究结果为轴箱体的强度性能评定提供了依据。

1 轴箱体的设计

1.1 选材

考虑到轴箱体的结构型式、承载方式等因素，轴箱体的材料选用机械性能和铸造性能良好的C级钢［2］，其性能参数为：抗拉强度 σb≥620 MPa，屈服强度 σs≥415 MPa。

1.2 结构设计

在轴箱体的设计过程中，综合考虑了铸造工艺性、加工工艺性。轴箱体壁厚均匀且为轴对称结构，铸造工艺性好，从而降低了轴箱体的加工工艺难度，还极大地降低了轴箱体的重量。轴箱体结构如图1所示。

图1 轴箱体三维模型

轴箱拉杆一端通过2个球关节与构架铰接，另一端通过销轴与轴箱体铰接，拉杆为三角形，本文中轴箱体拉杆座上容置销轴和拉杆体连接部的凹槽形状为“U”字型，如图1所示。这种轴箱拉杆转向架结构简单，利用三角形结构件自身的特点，可为转向架一系定位提供足够的横向定位刚度；在弹簧座上设置有圆柱体形状的限位部件7，安装过程中将一系悬挂弹簧套装在限位部件上，限制了一系悬挂弹簧的径向位移；本文介绍的轴箱体上还具有与轴承配合孔连通的轴承检测装置安装孔5，技术人员可以通过孔5与监测轴箱轴承的状态。

2 轴箱体有限元分析

2.1 计算载荷、有限元模型及边界条件

为了从理论上论证轴箱体的强度是否满足要求，本文分析了轴箱体在机车车辆各种运行工况下的受力状态，利用ANSYS软件进行模拟加载、运算，完成对轴箱体静强度和疲劳强度的评估。

1）静强度评估时单个轴箱体上的载荷［3］。

在超常载荷作用下，取安全系数 S=1［4］，依据UIC615-4为载荷标准，分两种工况计算，超常载荷结果如表1。

表1 超常载荷结果

2）疲劳强度评估时单个轴箱体上载荷［3］。

在运用载荷作用下，取安全系数S=1.3［4］，疲劳强度载荷结果如表2。

表2 疲劳强度载荷结果

3）轴箱体有限元模型及边界条件。

在本次仿真分析中，根据本轴箱体安装使用的特点，在轴箱体的一系簧安装座表面施加垂向弹簧支撑；一系簧限位座施加径向弹簧支撑；拉杆座处施加径向弹簧支撑；在轴箱轴承安装孔内以轴承载荷的形式施加垂向载荷和纵向载荷；在轴承安装孔侧面施加横向载荷。轴箱体有限元模型采用四面体进行修复网格划分，共有790385个网格单元、1213667个节点，具体如图2所示。