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        鋼軌探傷車上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)強(qiáng)度分析

        2016-10-18 11:56:06馬運(yùn)忠
        鐵道建筑 2016年9期
        關(guān)鍵詞:梁式軸箱轉(zhuǎn)向架

        馬運(yùn)忠

        (中國鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所,北京100081)

        鋼軌探傷車上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)強(qiáng)度分析

        馬運(yùn)忠

        (中國鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所,北京100081)

        GTC-80鋼軌探傷車采用進(jìn)口的H型梁探輪承載機(jī)構(gòu),存在更換探輪時操作空間不足的問題。設(shè)計了一種上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu),有效增大了更換探輪時的操作空間。目前國內(nèi)外均沒有針對上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計算的規(guī)范,因此,基于進(jìn)口H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的振動加速度測試數(shù)據(jù),確定了上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的荷載工況和邊界條件,并采用有限元軟件ANSYS對該承載機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行了計算。計算結(jié)果表明該承載機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度滿足要求。

        上提邊梁式H型梁;探傷車;強(qiáng)度分析

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)通過異形軸箱蓋連接于二軸轉(zhuǎn)向架的4個軸箱。該機(jī)構(gòu)由上提邊梁組件、橫梁組件、探輪動作單元等組成,與進(jìn)口H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)相比,在保持轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上最大程度地提高了邊梁組件,增大了探輪維修和更換時的操作空間,以便于檢測設(shè)備維護(hù)。

        文獻(xiàn)[1]對安全綜合檢測車軌道檢查梁的結(jié)構(gòu)開展了設(shè)計研究,建立加裝軌檢梁的安全綜合檢測車整車動力學(xué)模型,從H型梁的組成和連接方式等角度比較了不同的軌檢梁結(jié)構(gòu)形式對安全綜合檢測車通過曲線時動力學(xué)性能的影響。文獻(xiàn)[2]制定了軸箱體強(qiáng)度計算的荷載條件和工況組合,并以推演的EN13749標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo),對某機(jī)車軸箱體的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核。文獻(xiàn)[3]對CRH2動車組拖車輪對軸箱強(qiáng)度進(jìn)行了分析,分別按照UIC615-4和JISE4207標(biāo)準(zhǔn),在疊加不同工況計算結(jié)果的基礎(chǔ)上,對比分析了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。文獻(xiàn)[4]開展了高速貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計和構(gòu)架強(qiáng)度校核工作,參考UIC510-3并結(jié)合TB/T 1335—1996綜合評定焊接構(gòu)架式貨車轉(zhuǎn)向架的強(qiáng)度。以上研究均未涉及到基于二軸轉(zhuǎn)向架4個軸箱安裝車載設(shè)備的強(qiáng)度校核。

        1 結(jié)構(gòu)及材料特性

        1.1結(jié)構(gòu)

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)見圖1。上提邊梁組件和橫梁組件的連接均考慮了轉(zhuǎn)向架運(yùn)行限制,具備的自由度滿足轉(zhuǎn)向架運(yùn)行要求,其工作原理如圖2所示。其中,上提邊梁組件連接二軸轉(zhuǎn)向架的同側(cè)異形軸箱蓋,由上提邊梁、球副、移動副等組成;橫梁組件連接兩側(cè)上提邊梁,由橫梁、球副、移動副等組成;探輪動作單元等安裝在橫梁上,滿足探傷車檢測所需的探輪傾角調(diào)整、橫向?qū)χ小⒋瓜蛏档葎幼餍枨蟆?/p>

        圖1 上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

        圖2 上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)工作原理示意

        1.2材料特性

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的主要部件材料特性見表1。

        表1 主要部件材料特性

        2 強(qiáng)度分析

        2.1邊界條件及荷載工況

        針對上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在建立有限元模型時,上提邊梁、橫梁等部件單獨(dú)建模,通過對螺栓施加預(yù)緊力、設(shè)置接觸等方式連接各個部件。采用實(shí)體模型建模,并采用六面體20節(jié)點(diǎn)三維單元和四面體10節(jié)點(diǎn)三維單元進(jìn)行離散。計算模型中節(jié)點(diǎn)總數(shù)為1 747 625個,單元總數(shù)為1 010 837個。

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的自重以均布方式加載,探輪動作單元的垂向荷載以面力的形式作用于橫梁安裝處,運(yùn)營荷載及沖擊荷載以加速度形式作用于整體結(jié)構(gòu),對連接螺栓施加預(yù)緊力、設(shè)置接觸等方式連接各個部件,異形軸箱蓋4個螺栓孔采用固定約束。模型邊界條件如圖3所示。

        基于進(jìn)口H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)振動加速度的測試數(shù)據(jù),確定了上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的荷載工況,見表2。

        圖3 邊界條件

        表2 荷載工況

        2.2強(qiáng)度評價

        2.2.1超常荷載

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)在超常荷載作用下的強(qiáng)度按照材料的屈服極限來評價,在超常荷載作用下產(chǎn)生的最大應(yīng)力不應(yīng)超過材料屈服極限,即σe≤σs。

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)在超常荷載作用下最大應(yīng)力分布見圖4。上提邊梁和橫梁最大應(yīng)力為158.92 MPa,在橫梁端部焊接處。上提邊梁與橫梁連接板最大應(yīng)力為256.54 MPa,在連接板螺栓孔處。異形軸箱蓋最大應(yīng)力為261.32 MPa,在異形軸箱蓋端部連接處。計算所得應(yīng)力值均未超過各部件材料的屈服極限。

        圖4 超常荷載下最大應(yīng)力分布

        2.2.2運(yùn)營荷載

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)在運(yùn)營荷載作用下的強(qiáng)度按照材料的許用應(yīng)力來評價,在運(yùn)營荷載作用下產(chǎn)生的最大應(yīng)力不應(yīng)超過材料許用應(yīng)力,即σe≤[σ]。

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)在運(yùn)營荷載作用下的最大應(yīng)力分布見圖5。上提邊梁和橫梁最大應(yīng)力為88.837 MPa,在橫梁端板螺栓孔處。邊梁與橫梁連接板最大應(yīng)力為143.07 MPa,在連接板螺栓孔處。異形軸箱蓋最大應(yīng)力為145.08 MPa,在異形軸箱蓋端部連接處。計算所得應(yīng)力值均未超過各部件材料的許用應(yīng)力。

        2.2.3疲勞荷載

        上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)在疲勞荷載作用下應(yīng)能承受6×106次循環(huán),其疲勞壽命見圖6。由圖可知,探輪承載機(jī)構(gòu)最低疲勞壽命的循環(huán)次數(shù)為7.17×106次,滿足要求。

        圖5 運(yùn)營荷載下最大應(yīng)力分布

        圖6 疲勞荷載作用下的疲勞壽命

        3 結(jié)論

        目前國內(nèi)外針對鋼軌探傷車上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核尚無可借鑒的規(guī)范。本文基于進(jìn)口H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)振動加速度的測試數(shù)據(jù),確定了上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)的邊界條件和荷載工況,并采用有限元計算軟件ANSYS對其強(qiáng)度進(jìn)行了分析,獲得了超常荷載、運(yùn)營荷載以及疲勞荷載下的強(qiáng)度。計算結(jié)果表明,上提邊梁式H型梁探輪承載機(jī)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

        [1]周勁松,陸正剛,楊國楨.安全綜合檢測車軌道檢查梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].中國鐵道科學(xué),2001,22(6):13-16.

        [2]肖守訥,楊冰,楊冰,等.EN 13749標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)車軸箱體強(qiáng)度分析中的推演應(yīng)用[J].機(jī)車電傳動,2012(2):38-41.

        [3]楊繼震.CRH2動車組拖車輪對軸箱強(qiáng)度分析[D].北京:北京交通大學(xué),2007.

        [4]劉均.高速貨車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計及構(gòu)架強(qiáng)度分析[D].重慶:重慶大學(xué),2006.

        Strength Analysis of Lifted Side Beam-type H-shaped Frame as Bearing Structure of Rolling Search Unit on Rail Flaw Detection Car

        MA Yunzhong
        (Infrastructure Inspection Research Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

        Rolling Search Unit(RSU)on GT C-80 Rail Flaw Detection(RFD)car is installed on the imported H-shape frame.It is difficult to replace RSU as to limited space under H-shape frame.A lifted side beam-type H-shape frame was designed to solve the problem.No existing standards or rules are suitable for calculating strength of the lifted side beam-type H-shape frame.Based on the accelerator test data of imported H-shape frame,this article provided a solution including load condition and boundary condition for strength calculation of lifted side beam-type H-shape frame,and calculated the strength with ANSYS.T he result shows that the strength meets requirements.

        Lifted side beam-type H-shape frame;RFD car;Strength analysis

        U216.65

        ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.32

        1003-1995(2016)09-0127-03

        (責(zé)任審編李付軍)

        2016-02-04;

        2016-03-07

        中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃(2015G003-A)

        馬運(yùn)忠(1983—),男,助理研究員,碩士。

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