基于柔性輪對的動車組輪軸疲勞壽命研究.pdf

1、隨著列車運行速度的提高，線路對車輛的激擾頻率范圍更為寬廣。輕量化承載結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性問題日漸突出。論文以高速動車組的輪對為對象，研究其結(jié)構(gòu)剛度特性與車輛系統(tǒng)動力學(xué)行為和輪軸隨機疲勞壽命之間的關(guān)系。研究車輪輻板孔碰傷位置和形狀對輻板孔靜強度和疲勞壽命的影響，提出了輻板孔邊碰傷的修復(fù)方法。
　　使用有限元法建立動車組動力輪對的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模型，獲得1000Hz以內(nèi)的輪對振型。給出了輪對扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度和傘形剛度的定義。將車軸由“部分

2、車軸”分成多段，通過改變“部分車軸”材料物理性能的方式，構(gòu)建了具有不同剛度特性的輪對模型，改變輪對剛度導(dǎo)致各模態(tài)的特征頻率變化，根據(jù)柔性體動力學(xué)理論，創(chuàng)建了車輛系統(tǒng)動力學(xué)研究模型，在模型中引入了輪對的結(jié)構(gòu)剛度特性，分析車輛在不同計算工況下的動力學(xué)響應(yīng)，研究輪對的剛度和各模態(tài)特征頻率對車輛系統(tǒng)動力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明，輪對傘形模態(tài)主要使軸箱和車軸齒輪處的橫向振動加速度有較大程度的增大。一階彎曲模態(tài)的引入使車輛運行穩(wěn)定性降低，橫向平穩(wěn)

3、性變差，使脫軌系數(shù)、輪軌導(dǎo)向力之和、整車的磨耗功率、軸箱與車軸齒輪處的橫向和垂向振動加速度的值變大。輪對的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)和高階彎曲模態(tài)對各動力學(xué)指標的影響較小。隨著輪對剛度和模態(tài)特征頻率的降低，對以上指標的影響增大。輪對剛度對輪軌垂向力、車輛運行垂向平穩(wěn)性和輪重減載率的影響很小。
　　通過研究齒輪箱的垂向相對振動加速度隨車輛直線和曲線運行速度的變化關(guān)系，為車軸疲勞強度校核中簧下集中質(zhì)量垂向振動加速度的取值提供參考。分析結(jié)果表明，車輛

4、運行速度的提高使一系簧下集中質(zhì)量的最大動態(tài)垂向相對振動加速度增大。
　　使用臨界距離法中的點法考慮缺口效應(yīng)現(xiàn)象，采用基于臨界面的適用于高周疲勞的Spagnoli多軸循環(huán)計數(shù)方法和等效應(yīng)力幅計算方法對車輪輻板區(qū)域和車軸進行隨機疲勞壽命預(yù)測，研究輪對結(jié)構(gòu)剛度對車輪輻板區(qū)域和車軸疲勞壽命的影響。提出在三維有限元模型中使用約束方程模擬輪軸過盈配合和連接，使非線性接觸分析線性化，得以在壽命預(yù)測過程中使用準靜態(tài)疊加法得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力時間歷程。研

5、究結(jié)果表明，輪對剛度對車輪輻板區(qū)域的隨機疲勞壽命有較大的影響，在論文給出的幾種車軸剛度情況下，隨著車軸剛度降低，車輪輻板區(qū)域的壽命降低。在車輛系統(tǒng)動力學(xué)模型中引入輪對柔性后得到的車軸疲勞壽命較小，車輪輻板處的剛度對車軸疲勞壽命的影響不大。
　　為研究輻板孔碰傷位置以及碰傷缺口半徑大小對其靜強度和隨機疲勞壽命的影響，建立了不同缺口半徑的多個車輪應(yīng)力計算有限元模型，對輻板孔碰傷進行模擬，基于UIC510-5標準中給出的超常載荷工況的載