機(jī)車輪對(duì)輪箍加裝扣環(huán)方案的力學(xué)性能分析.pdf

1、為了防止內(nèi)燃機(jī)車輪箍弛緩造成的機(jī)車脫軌事故，鄭州鐵路局機(jī)務(wù)處提出了給組裝式機(jī)車輪對(duì)輪箍加裝扣環(huán)的方案。機(jī)車輪對(duì)輪箍加裝扣環(huán)后的運(yùn)行實(shí)踐證明，該方案可有效地防止因輪箍弛緩而造成的機(jī)車脫軌等重大事故，但輪箍加裝扣環(huán)后由于結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：輪輞與輪箍的配合面變短，輪輞受力中心外移導(dǎo)致輪輞彎曲變形；扣環(huán)槽部不可避免會(huì)有應(yīng)力集中；輪箍的踏面和輪緣在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生磨損；恢復(fù)踏面和輪緣的線型時(shí)，需要對(duì)車輪進(jìn)行車削修整，導(dǎo)致輪箍

2、與輪緣變薄。因此，就加裝扣環(huán)車輪在結(jié)構(gòu)上的變化而引起車輪強(qiáng)度的變化進(jìn)行分析與研究，在為機(jī)車輪對(duì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，保證鐵路機(jī)車安全運(yùn)行等方面具有十分重要的意義。 本文以大型通用有限元分析軟件ANSYS為分析工具，在裝配應(yīng)力、直線及曲線三種工況載荷下分別對(duì)加裝扣環(huán)車輪及未加裝扣環(huán)車輪進(jìn)行了靜力分析，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，確定了扣環(huán)槽對(duì)車輪結(jié)構(gòu)的影響。此外，還對(duì)計(jì)算結(jié)果從靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度兩方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明扣環(huán)槽對(duì)車輪局

3、部的靜強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響，但這些影響主要是由于扣環(huán)槽的應(yīng)力集中和輪箍輪輞配合面變窄引起的，對(duì)整個(gè)車輪的應(yīng)力分布并沒(méi)有多大影響，而且從應(yīng)力數(shù)值上看，影響也很小的。 同時(shí)，對(duì)加裝扣環(huán)車輪進(jìn)行了模態(tài)分析，提取了前十階固有頻率和振動(dòng)型態(tài)，與未加裝扣環(huán)車輪的前十階固有頻率和振動(dòng)型態(tài)進(jìn)行對(duì)比，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)機(jī)車過(guò)過(guò)軌縫受到?jīng)_擊的垂向動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析，進(jìn)一步確定扣環(huán)槽對(duì)車輪動(dòng)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明無(wú)論是節(jié)點(diǎn)位移，節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力均滯后于

4、垂向動(dòng)載荷的變化，扣環(huán)槽的存在對(duì)車輪動(dòng)力學(xué)性能的影響較對(duì)靜力學(xué)性能的影響要大一些，但并沒(méi)有引起質(zhì)的變化。 最后，針對(duì)鐵道部提出的輪箍踏面禁用厚度，用窮舉的方法對(duì)三組不同厚度(38mm，30mm，25mm)的踏面車輪在最惡劣工況載荷下進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明踏面厚度的變化并沒(méi)有影響車輪整體的應(yīng)力分布，而是將應(yīng)力最大值由新輪的輻板彎曲處轉(zhuǎn)移到輪箍上，僅從靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度兩方面考慮，加裝扣環(huán)車輪在踏面厚度為30mm時(shí)運(yùn)行是安全的。因此可