尚玉坤 / 山東協(xié)和學(xué)院

列車防脫軌擺動式車架設(shè)計

尚玉坤 / 山東協(xié)和學(xué)院

本文研究的列車防脫軌擺動式車架設(shè)計?，F(xiàn)代高速列車的發(fā)展的進(jìn)程推動了各項(xiàng)發(fā)展，隨著列車的快速發(fā)展，列車在高速行駛過程中，車內(nèi)的物件和乘客都會受到離心運(yùn)動的影響。這是因?yàn)檐噧?nèi)的物件以本來慣性向轉(zhuǎn)彎路徑切線方向前進(jìn)，與轉(zhuǎn)彎中車輛的前進(jìn)方向不一致，于是需要額外的向心力使其沿軌道行進(jìn)。通過設(shè)計優(yōu)化高速列車擺動式機(jī)架方案，選擇合理選材，合理設(shè)計搖擺試機(jī)架的整體結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)指標(biāo)。

擺動式；防脫軌；車架

前言

現(xiàn)在高速列車的發(fā)展迅速，要求時速要快之外，還需要安全性高，生命重于泰山，為了克服高速列車在轉(zhuǎn)彎時減速以克服各力做功，防止列車轉(zhuǎn)彎時速度過快而導(dǎo)致側(cè)翻，造成事故，設(shè)計擺動式車架，在受自身重力和離心力的作用下，實(shí)現(xiàn)側(cè)傾一定的角度，減小車輪對軌道的壓力，改變僅僅依靠摩擦力和減速方法實(shí)現(xiàn)高速列車通過轉(zhuǎn)彎而防止不會側(cè)翻。

運(yùn)用搖擺式車架，擺式列車能夠透過訊號系統(tǒng)知道前面路軌的弧度，準(zhǔn)確改變每一車輛的傾側(cè)，使乘客感覺不到暈車和側(cè)傾。而且還提高列車的行車速度，減少行車區(qū)間的時間，加數(shù)各地之間的聯(lián)系，和產(chǎn)品的流通，貿(mào)易往來，提高人們工作效率。

1.設(shè)計方案制定

1.1 工作原理

電機(jī)工作時，通過液壓傳動，和檢測儀器配合，根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑和速度，驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)，和彈簧，自動調(diào)節(jié)每節(jié)車廂的傾斜角度。從而達(dá)到高速，安全，舒適轉(zhuǎn)彎。運(yùn)用搖擺式車架，擺式列車能夠透過訊號系統(tǒng)知道前面路軌的弧度，準(zhǔn)確改變每一車輛的傾側(cè)，使乘客感覺不到暈車和側(cè)傾。而且還提高列車的行車速度，減少行車區(qū)間的時間，加數(shù)各地之間的聯(lián)系，和產(chǎn)品的流通，貿(mào)易往來，提高人們工作效率。

1.2 設(shè)計要求

優(yōu)化傳動布置，合理分配個構(gòu)件。

設(shè)備最重要的是安全，高速，舒適，選擇材料制作。

主要針對原有老式列車存在的速度低，容易側(cè)翻問題，通過實(shí)地調(diào)研、資料檢索，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析問題根源。

1.3 虛擬樣機(jī)建模

以三維造型軟件UG6.0為平臺，建立車架零部件的三維實(shí)體模型，并通過虛擬裝配，構(gòu)建擺動式車架整機(jī)三維實(shí)體模型，完成虛擬樣機(jī)建模。

1.4 虛擬樣機(jī)仿真分析研究

由于老式列車的車身沒有靈活性，速度低，轉(zhuǎn)彎容易側(cè)翻等問題，主要是由于車體的不合理，構(gòu)件間受力不均勻造成。

整個過程的理解分析。都有液壓缸的受載荷分析；液壓動力：等比杠桿，彈簧等的各項(xiàng)分析。

2.擺動式支架強(qiáng)度分析

車架的有限元分析如圖1所示。在車架進(jìn)行運(yùn)動仿真的時候，進(jìn)行個受力分析的到受力圖。

圖1 車架有限元分析模型

應(yīng)用約束和負(fù)載的原理是將負(fù)載應(yīng)用于框架的活動負(fù)載，并對被動力施加約束。負(fù)載的具體數(shù)值根據(jù)200km/h電動汽車動力轉(zhuǎn)向架的設(shè)計要求確定。各種作用力的方向根據(jù)實(shí)際情況給定。

車架的靜強(qiáng)度分析主要是對驅(qū)動過程的極限載荷進(jìn)行模擬，并對車架是否有足夠的強(qiáng)度進(jìn)行了探討。200km/h電動車組動力轉(zhuǎn)向架在靜強(qiáng)度下分析幾種情況：

豎向靜載條件：車身垂直靜載；電機(jī)豎向靜載；齒輪箱豎向靜載。

弧線經(jīng)過情況：車輛的車身、電機(jī)、齒輪箱的豎向靜載及動載；齒輪箱持續(xù)反扭矩；縱向連續(xù)牽引；齒輪箱的連續(xù)抗扭。

主支架的各方面靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的計算分析如下，而且應(yīng)力許用應(yīng)力和疲勞極限圖判別靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度根據(jù)得到的結(jié)論如下：

200km/hg高列車速組動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架滿足靜強(qiáng)度要求。

200km/h電動車組動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架滿足疲勞強(qiáng)度要求。

相比之下，最弱的部分動力轉(zhuǎn)向架的200km/h電動車組出現(xiàn)在彈簧套的下蓋板的內(nèi)邊緣。

3.轉(zhuǎn)向架載荷分析

高速動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁和橫梁為主構(gòu)成, 側(cè)梁是位于輪對和車體之間的載荷傳遞結(jié)構(gòu)；由齒輪箱吊座，電機(jī)吊座，定位臂座，制動吊座等，橫梁由上下兩部分組成。本文依據(jù)構(gòu)架的運(yùn)動特征,框架豎向荷載和橫向荷載系統(tǒng)分解為四大基本荷載：荷載線的起伏和側(cè)的滾動荷載和扭轉(zhuǎn)荷載和荷載橫向荷載，如圖2所示。前3個荷載與橋箱彈簧的豎向荷載有關(guān)，后者與定位和旋轉(zhuǎn)臂的側(cè)向荷載有關(guān)。

圖2 車架受載荷示意圖

高速動車組對車架的載荷比較復(fù)雜，具體體現(xiàn)在：一是車架的載荷包含多個基本的載荷系列，在實(shí)際使用條件下對系統(tǒng)的負(fù)載情況都有一定的相關(guān)性，是不同步的,當(dāng)各自編制的加載譜（即，實(shí)驗(yàn)載荷譜）不能再現(xiàn)負(fù)載特性的關(guān)系，并從結(jié)構(gòu)可靠性試驗(yàn)評價和設(shè)計的角度來看，載荷譜有一個靜態(tài)的屬性,因此，車架的載荷譜應(yīng)轉(zhuǎn)換為靜載荷。

4.結(jié)論

通過設(shè)計優(yōu)化高速列車擺動式機(jī)架方案，選擇合理選材，合理設(shè)計搖擺試機(jī)架的整體結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)指標(biāo)。運(yùn)用三維造型軟件UG6.0輔助畫圖，建立擺動式機(jī)架的三維模型。完成虛擬樣機(jī)建模。通過UG與動力學(xué)仿真軟件ADAMS之間的數(shù)據(jù)交互，對新擺動式機(jī)架虛擬樣機(jī)進(jìn)行參數(shù)化處理。

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尚玉坤（1986-），男 ，漢族，山東濟(jì)寧人，本科，2012年畢業(yè)于山東大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任教于山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，從事教學(xué)工作。