基于有限元帶扣環(huán)輪對(duì)機(jī)械特性研究及應(yīng)用.pdf

1、鐵路運(yùn)輸中帶扣環(huán)輪對(duì)由于其結(jié)構(gòu)的改變可能在靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、動(dòng)力學(xué)性能、最小許用邊界等諸多方面發(fā)生變化從而威脅到列車的安全運(yùn)行。本文以帶扣環(huán)的輪對(duì)為對(duì)象進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要研究結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)為： (1)首次采用直接帶扣環(huán)計(jì)算的方法，對(duì)本文中的各項(xiàng)研究內(nèi)容進(jìn)行了模擬、計(jì)算與分析。 (2)提出了采用極限過盈量計(jì)算的方法，對(duì)本文中的各項(xiàng)研究內(nèi)容進(jìn)行了模擬、計(jì)算與分析。 (3)對(duì)軌道車輛輪對(duì)裝配應(yīng)力研究結(jié)果表明，帶扣

2、環(huán)輪對(duì)在最大過盈量下的最大應(yīng)力值為271.7MPa，扣環(huán)上的最大應(yīng)力值為271.7MPa，這些應(yīng)力值遠(yuǎn)小于其屈服極限420MPa，不會(huì)對(duì)輪對(duì)的強(qiáng)度構(gòu)成威脅。扣環(huán)本身的應(yīng)力值達(dá)到最大，說明扣環(huán)受到嚴(yán)重?cái)D壓，可見裝配過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力不容忽視，應(yīng)盡量減小這種應(yīng)力。 (4)對(duì)帶扣環(huán)輪對(duì)的熱分析結(jié)果表明，在最小過盈量下，輪箍表面溫度高達(dá)145.10℃，已超過輪箍弛緩臨界值140℃，說明輪箍已接近弛緩，這是要盡量避免的。但車輪一般不會(huì)在

3、最小過盈量下運(yùn)行，所以緊急制動(dòng)工況下輪箍仍不會(huì)弛緩。最高溫度載荷以及最大過盈量下的熱應(yīng)力為236.1 MPa，比單獨(dú)過盈裝配時(shí)還小，說明熱載荷使輪箍產(chǎn)生熱膨脹，抵消了一部分過盈量，這種情況雖然不會(huì)對(duì)輪對(duì)強(qiáng)度構(gòu)成威脅，但比較危險(xiǎn)，應(yīng)盡量避免。 (5)首次對(duì)帶扣環(huán)輪對(duì)進(jìn)行了多場(chǎng)聯(lián)合作用下的力學(xué)性能分析，并對(duì)輪對(duì)的靜強(qiáng)度σ和疲勞安全系數(shù)σ-1d進(jìn)行了評(píng)定。對(duì)靜強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果表明，輪對(duì)上的最大平均應(yīng)力為267MPa，遠(yuǎn)低于屈服極限420M

4、Pa；對(duì)疲勞強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果表明，輪對(duì)的疲勞安全系數(shù)σ-1d=20.65，由此可知輪對(duì)的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均滿足運(yùn)行需要。 (6)對(duì)加裝扣環(huán)前后輪對(duì)進(jìn)行模態(tài)分析的結(jié)果表明，二者前10階固有頻率最大相差12.7Hz，且它們的前10階振幅幾乎相等，振型基本一致。由于前10階振型基本反映了車輪在運(yùn)行過程中可能存在的振動(dòng)情況，可知加裝扣環(huán)后不會(huì)對(duì)車輪的動(dòng)力學(xué)性能造成影響。而在軌縫沖擊載荷作用下，扣環(huán)的存在雖對(duì)車輪動(dòng)力學(xué)性能影響較大，但仍沒引起

5、質(zhì)的變化。 (7)使用逐次減小輪箍厚度的方法和優(yōu)化兩種方法，分別求得了輪箍最小理論許用邊界為25mm和26.03mm，最終取26mm作為輪箍最小理論許用邊界。證明了輪對(duì)加裝扣環(huán)后鐵道部規(guī)定的38mm許用邊界仍滿足運(yùn)行要求。 (8)首次采用虛擬工程的方法對(duì)帶扣環(huán)輪對(duì)進(jìn)行了疲勞壽命仿真。結(jié)果表明其疲勞壽命可達(dá)到5.05年。而且根據(jù)疲勞壽命仿真結(jié)果云圖，可知輪對(duì)疲勞壽命的薄弱位置在輪箍的滾動(dòng)圓處。 (9)選取帶扣環(huán)輪對(duì)