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货车制动梁有限元分析及裂损原因

发布于:2018-05-14 20:08
有限元分析

      国内货车所用制动梁在转向架上的安装有吊挂及滑槽式两种,从其结构型式看大体可分T型及弓型两种。T型规定采用40x80x5.5的工字钢(抗弯截面模量M为102cm3),图所示即该型制动梁奋结构的计算简图和内力图。制动时,在外载作用下其上呈现很大的弯矩(M),若用于制动力和载重量均较大的车上,紧急制动时(设制动缸压力P=0.3922MPa,传动效率0.9,制动倍率n取可能情况的最小值8.252),其上呈现的最大弯曲正应力则为已大大超出材料屈服限,故T型结构梁只能用于制动力较小的载重30T或40T的车上。从后面的有限元分析,可知在相同工况下弓型制动梁上所呈现的弯矩大大低于T型结构制动梁。因此,对比T型制动梁受力分布合理的弓型结构制动梁,必然逐步替代T型结构的制动梁。自1965年以来,在国内载重50-60t的货车上采用了弓型滑槽制动梁。二十年来为我国铁路运输作出了很大的贡献,运用实践中受到欢迎,但同时也反映出它的一些缺陷及不足,人们纷纷对此提出了各自的意见,针对现有的问题,本研究也谈谈一些不成熟的见解。
      目前国内所用弓型滑槽制动梁,有以前生产的滑块式及至今生产的滚筒式两种。通过理论计算,大家可以得出其应力的分布规律。它的计算简图由各零件的形心线构成,制动梁为三次超静定的对称杆系图中,传递到制动梁支柱园销孔之荷根据制动梁总内力(M-N)图可计算出其各处的应力,绘出各部份应力的分布规律图。在计算时,车辆制动倍率(n)和制动缸压力(P)则是以铁道部列车主管压力研究专题组于昆明路局,在棚车上所做基础制动装置有关应力测定实测值为依据为8.252,列车管定压为0.49(5kgf/cm2)时,紧急制动下的制动缸压力Pz=0.398MPa(4.06kgf/cm)。在具体计算制动梁各处应力(U')时,对某些截而应分别考虑下列因素的影响:1、有的截面其实际形心不在计算简图所示的形心线上而偏距,故轴力作用线不通过该截面形心而引起附加的力偶;2、弓型杆弯曲部份的截面,相对于直杆部份截面弯转角度,轴力于该截面上的作用如图所示,弓型杆两端及中部折弯处曲杆部份截面由弯矩引起的正应力不同于直杆部分截面的直线分布规律。而呈双曲线弓型杆中部折弯处所受支柱传递来的作用力,实际上并非基本结构所示的集中力,而基本上是以如图所示的余弦形式分布作用的,设弓型杆中点的径向载荷为P。
      故弓形杆中部弯折处应力时,其实际叠加弯矩值,将X力按余弦分布考虑较按集中力作用计算时有所削减。图分别为滑块式与滚筒式弓型滑下曲线。实际上各部份应力值往往因各种因未通过闸瓦托垂直中心线与槽钢形心线所在平面而使制动梁承扭,引起附加的应力而产生不同程度的变化,从对制动梁应力多次测试,而各次的结果都不尽相同,有的甚至出现较大的差值就可以看出这点。表所列系制动梁其关键部位的应力测试值。对照理论计算与测试结果所展示的制动梁应力,其分布规律是一致的,两者与现场实际调查的结果是吻合的。所有装设在各不同车型上的该型制动梁,其应力的分布都分别如图所示的规律,数值上各部分相应点的应力值。
      为完成对列车主管压力研究的课题,大家曾先后前往有关厂段及列检所,对制动梁运用情况进行了调查,弓型滑槽制动梁经常发生的规律性裂损现象大致如表所示。让大家来试探分析弓型制动梁裂损产生的原因所在。该种制动梁最为常见的裂损发生在弓形杆两端的下弯角处,且情况严重,甚至厂段修交车试风时也常发生断裂。从前面理论计算及多次测试结果可知该处应力值均超过材料的屈服极限。其应力最高值在内挡箍边内侧缘及曲杆与直杆分界面的外缘,加以因此处截面变化,材质及焊接影响等因素造成的应力集中等原因,致使弓形杆极易由曲直杆分界处外缘或内挡箍边内缘起产生裂断。


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