高速铁路平台式桥梁检查车构架强度分析

王淑琴1　白雁飞2

（1.常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州 213011；2.南车戚墅堰机车有限公司，江苏 常州 213011）

【摘　要】针对高速铁路平台式桥梁检查车转向架构架结构特点和技术要求，利用有限元ANSYS软件开展了对该构架在运用工况中的强度分析，得到了在载荷工况下的应力结果。计算结果表明：该转向架构架在运用工况下的最大应力小于其材料的许用屈服强度且在主要受力位置无明显应力集中，结构安全可靠。

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关键词 高速铁路平台式桥梁检查车；转向架构架；有限元；ANSYS

0　前言

高速铁路平台式桥梁检查车转向架是一个全新设计的转向架。

桥检车采用两个三轴转向架作为它的走行部，每个转向架的两根端轴为带交流牵引电机的动轴。构架为焊接结构。轴箱采用独立作用弹簧、单轴箱拉杆定位的结构。二系采用高圆钢簧与橡胶减振垫串联作为承载旁承。牵引装置采用单拉杆式中央牵引装置结构。电机悬挂方式为架悬，采用挠性浮动齿式联轴节传递动力。交流牵引电机内置布置，中心对称。基础制动采用带弹簧制动的单元制动器，单侧制动。转向架总图如图1所示。

作为机车转向架重要承载部件——构架，其结构设计和材料选用的技术特点与国内同类产品有较大的区别。为此，本文从桥检车构架的设计结构入手，通过PRO/E和ANSYSY完成了三维建模和静强度的有限元计算，进行全面研究和分析，准确掌握了构架及其部件的应力分布情况，研究其设计理念，为今后我国高速工程车构架结构设计和分析计算提供借鉴。

1　三维模型

桥检车的构架是由两根左右对称分布的侧梁、两根横梁、前端梁、后端梁及各支座组成。为了减轻重量、提高刚度和强度，侧梁、横梁及后端梁为Q345E 钢板组成的箱形截面焊接结构，并在箱形内部设置筋板以提高整体刚度、改善受力情况。前端梁同样采用材料为Q345E的管形结构。其三维模型如图2所示。

2　工况与载荷

根据该转向架工作的实际情况并参照UIC 615-4《动力转向架构架结构强度试验》，为了验证在机车运行时可能出现的最大载荷的共同作用下，构架没有永久变形的危险，本次分析采用超常载荷下的三种工况（表1所示），主要运营载荷下的十三种工况（表2所示）。

（3）超常载荷——车轮卸载

超常车轮卸载作用对应于转向架翘曲至一个车轮100%减载时的脱轨工况。

注：上述式中：FZ为转向架整体所受垂向载荷；g为重力加速度；mv为整备状态下的空车重量；m+为转向架重量；nb为转向架的数量；ne为每转向架轮对的数量。

3　有限元分析

本次分析所使用的有限元分析软件为ANSYS 15.0，进行了高速铁路平台式桥梁检查车转向架构架的载荷工况静力学分析。

3.1　有限元模型的建立

构架有限元模型是在Pro/E三维模型的基础上，在Ansys Workbench中使用六面体对整个实体进行网格划分，同时对一些需要关注的部位进行网格细化和网格映射，最后得到构架单元总数为207795个，节点总数为130788个。具体有限元模型如图3所示。

3.2　有限元分析求解

构架使用材料为Q345E，弹性模量为205GPa，泊松比为0.3，屈服强度为340MPa，抗拉强度为470～630MPa。有限元分析的应力结果不允许超过其屈服强度。

通过计算得到三种超常工况下的应力结果云图和主要运营工况下的最大应力值，如图4、图5、图6所示，图中显示了不同工况下构架应力云图和应力较为集中的区域，可以看出三种超常工况下最大应力都没有超过材料的屈服强度340MPa；十三种主要运营工况下的监测点的节点应力均在goodman曲线图中的相应范围之内（见图7所示），可以说明符合设计要求结构安全。

4　结论

本文针对桥梁检查车转向架构架，结合实际运行中的受力情况，使用Ansys分析计算了超常载荷下的三种工况和主要运营载荷十三种工况，得出结论如下：

（1）结合机车运行状态，参照UIC 615-4《动力转向架构架结构强度试验》设计了各工况载荷施加位置，符合静强度仿真分析要求；

（2）利用Ansys软件根据不同工况施加不同的边界条件，与标准吻合；

（3）构架在各工况下的最大应力没有超过其材料的许用屈服强度并且在主要受力位置无明显应力集中现象，结构安全可靠。

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参考文献

［１］余伟炜，高炳军.ANSYS 在机械与化工装备中的应用[M].北京:中国水利水电出版社，2007.

［２］UIC 615-4，动力转向架构架结构强度试验[S].

［３］TB/T 3312-2013 机车转向架构架[S].

［责任编辑：汤静］