基于有限元帶扣環(huán)輪對機械特性研究及應用.pdf

1、鐵路運輸中帶扣環(huán)輪對由于其結構的改變可能在靜強度、疲勞強度、動力學性能、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行。本文以帶扣環(huán)的輪對為對象進行了理論和實驗研究，主要研究結論及創(chuàng)新點為： (1)首次采用直接帶扣環(huán)計算的方法，對本文中的各項研究內容進行了模擬、計算與分析。 (2)提出了采用極限過盈量計算的方法，對本文中的各項研究內容進行了模擬、計算與分析。 (3)對軌道車輛輪對裝配應力研究結果表明，帶扣

2、環(huán)輪對在最大過盈量下的最大應力值為271.7MPa，扣環(huán)上的最大應力值為271.7MPa，這些應力值遠小于其屈服極限420MPa，不會對輪對的強度構成威脅?？郗h(huán)本身的應力值達到最大，說明扣環(huán)受到嚴重擠壓，可見裝配過程中產生的殘余應力不容忽視，應盡量減小這種應力。 (4)對帶扣環(huán)輪對的熱分析結果表明，在最小過盈量下，輪箍表面溫度高達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。但車輪一般不會在

3、最小過盈量下運行，所以緊急制動工況下輪箍仍不會弛緩。最高溫度載荷以及最大過盈量下的熱應力為236.1 MPa，比單獨過盈裝配時還小，說明熱載荷使輪箍產生熱膨脹，抵消了一部分過盈量，這種情況雖然不會對輪對強度構成威脅，但比較危險，應盡量避免。 (5)首次對帶扣環(huán)輪對進行了多場聯(lián)合作用下的力學性能分析，并對輪對的靜強度σ和疲勞安全系數σ-1d進行了評定。對靜強度評定結果表明，輪對上的最大平均應力為267MPa，遠低于屈服極限420M

4、Pa；對疲勞強度評定結果表明，輪對的疲勞安全系數σ-1d=20.65，由此可知輪對的靜強度和疲勞強度均滿足運行需要。 (6)對加裝扣環(huán)前后輪對進行模態(tài)分析的結果表明，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行過程中可能存在的振動情況，可知加裝扣環(huán)后不會對車輪的動力學性能造成影響。而在軌縫沖擊載荷作用下，扣環(huán)的存在雖對車輪動力學性能影響較大，但仍沒引起

5、質的變化。 (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。證明了輪對加裝扣環(huán)后鐵道部規(guī)定的38mm許用邊界仍滿足運行要求。 (8)首次采用虛擬工程的方法對帶扣環(huán)輪對進行了疲勞壽命仿真。結果表明其疲勞壽命可達到5.05年。而且根據疲勞壽命仿真結果云圖，可知輪對疲勞壽命的薄弱位置在輪箍的滾動圓處。 (9)選取帶扣環(huán)輪對