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货车组合式制动梁的有限元分析

发布于:2019-09-27 19:23
有限元分析

      制动梁是铁道车辆上最重要的部件之一,它的损伤故障对行车安全影响极大,尤其我国铁路货运不断实施重载以来,制动梁方面的损伤故障显得更为突出,成为一个不可忽视的问题.铁路货车组合式制动梁自问世以来,装车后出现了许多的质量问题。制动梁是一个超静定结构,在车辆运行中承受较大的交变载荷及冲击力,制动时承受制动力以及车轮对闸瓦的反作用力,因此受力状况较为恶劣。本文运用有限元分析对其强度进行了分析,并用实物进行了试验验证,以期为企业对组合式制动梁在强度依据方面提供参考。
      组合式制动梁适用于三大件式转向架(滑槽式),如图所示,制动梁主要由闸瓦托、端头、撑杆、弓形梁和支柱等五部分组成.其中端头为整体式锻件,两端口处有加强肋,撑杆为外径50 mm,内径为30 mm的管材,弓形梁是直径33 mm的棒材,3个零件通过热套装工艺组合成制动梁梁体.同时,用滑块取代滚子轴在滑槽中导向和支撑,闸瓦托与梁体使用SFT折头螺栓进行紧固。根据TB/T 1978-2007《铁道货车组合式制动梁》中相关规定,组合式制动梁在进行静载荷试验时,将制动梁两端的闸瓦托支撑在模拟闸瓦上,载荷施加在支柱圆销上.所需施加的试验载荷包括挠度试验载荷、永久变形试验载荷、安全系数试验载荷和切向载荷,各载荷的计算公式,为模拟轮对踏面作用在一个模拟闸瓦上的切向力,得到挠度试验载荷、永久变形试验载荷、安全系数试验载荷,载荷计算结果与TB/T 1978-2007中所规定的数值一致。按照表中的相关规定进行加载,其静载荷试验安装与加载示意图如图所示,试验内容、试验载荷、实际变形和允许变形如表所示。由表可知,试件挠度载荷试验变形量均小于允许变形量,永久变形试验和安全系数变形量也小于允许变形量,两试件静载荷试验合格。
      由于制动梁支柱为非对称结构,且属于装配体,故取制动梁整体来建立有限元模型.整个模型共包含5个面面接触对,分别为:闸瓦托和端头,端头和撑杆,撑杆和弓形梁,弓形梁和支柱上部U型槽,支柱下部圆孔和撑杆;闸瓦托、端头、撑杆、弓形梁和支柱均采用四面体实体单元进行结构离散.为保证计算精度,经过多次试算,直到前后两次计算误差小于5%为止,所确定制动梁有限元模型如图所示,共离散为49210个节点,21644个单元。制动梁材质均为钢性材料,计算时取弹性模量E=2.1Xe5 MPa,泊松比0.3。参照TB/T 1978-2007《铁道货车组合式制动梁》中挠度载荷试验规定,在闸瓦托圆弧面上施加径向约束;在支柱圆销孔处施加挠度试验载荷104.5kN,在Ansys WorkbenchApp中按照轴承载荷施。由图制动梁位移分布图可见,组合式制动梁最大位移约为1.61 mm,该值与表中挠度载荷试验中测得的最大变形量(平均值为1.62 mm)相一致,表明该文所建立有限元模型正确。


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