CW-200K转向架构架疲劳强度及模态分析研究

Ｃ ２ ０ 转 向架构 架 疲 劳 强 度及 模 态 分 析 研 究 Ｗ一０ Ｋ
吴 丹 ， 郭 富 强 ， 商跃 进 ， 王 红
（ 兰州交通大学 机电工程学院 ， 甘肃 兰州 ７ ０７ ） ３０ ０
摘
要： 根据 Ｃ ２ ０ Ｗ－０ Ｋ转 向架构 架的结构和承载特 点 ， 用 Ｓ ｌ ｗ ｒｓ 立构 架的实体模型 ， 运 ｏｉ ｏｋ 建 ｄ 并将 模型导入 ＡＮ—
１ ３ 评 价标 准 ．
横梁采用 日本进 口无缝钢管 ， 外径为 １ ５２ｍｍ， ６ ． 壁 厚 １ ． ｍ 在侧梁上焊有定位座、 向减震器座 、 ４ ３ｍ ． 横 高度 阀座和防过充装 置座等 ， 在横梁上焊有盘形制 动吊座 ， 抗侧滚扭杆座 、 牵引拉杆座．
１ ３ １ 载荷 条件 ．．
由两根侧梁和两根横梁组成． 侧梁为 中间下 凹的鱼
腹形 ， ４块钢板 组 焊成 箱形 封 闭结构 ， 内部 由密 由 其 封板 隔 开 ， 侧梁 内腔变 成空 气 弹簧 的 附加 空气 室． 将
图 １ 构 架有 限 元 模 型
Ｈ ｇ １ Ｈｎ ｔ ｌ ｅ ｔｍｏ ｅ ｏ ｒ ｍｅ ． ｉｅｅｅ ｎ ｍ ｄ ｆｆａ
疲 劳强 度 和模态 分 析 ， 以便 评 价 构 架 是 否 满 足 强 度
和动态特性 的设计要求 ， 并为构架结构优化提供相 关的参数依据．
１ ＣＷ一０ Ｋ型转 向架构 架 ２０
１ １ 构 架 结构 ．
Ｃ ２ ０ 转 向 架 构 架 是 Ｈ 形 钢 板 焊 接 结 构 ， 、 ０Ｋ
构架的强度和动态特性的研究却很少 ， 因此 ， Ｃ 对 Ｗ ２０ ０Ｋ转 向架构架进行强度和动态评估具有重要的 意义 ． 文 在基 于 ＪＳ ２７ ２ Ｏ 范 的基 础 上 ， 本 ＩＥ ４Ｏ— Ｏ４规
一
运用 Ｃ ／ ＡＥ技术 对 Ｃ ２ ０ 转 向架 构架 进 行 ＡＤ Ｃ Ｗ一０ Ｋ
频 率为 ３．４ ｚ能够有效地避开激振频 率． 为优化 构架结构提供相 关的参数依 据． ３９４Ｈ ， 这
关键词 ： 架； 构 有限元 ； 疲劳强度 ； 态分析 模
中 图分 类 号 ： ７ ． ３ Ｕ２ Ｏ ３ １ 文献标 志码 ： Ａ
转向架构架是车辆 的主要 承载 和传 力部 件， 车 辆在运行过程中， 构架不仅要承受载荷作用 ， 还需要 传递车体与轮对间 的各种作用力 ， 其可靠性直接影 响车辆的运行安全 ， 而且其振动也会影 响车辆 的稳 定性和安全性． 以， 所 国内外对构架的强度分析和动 态评估很重视 ， 国内专家对各主型转 向架都做 了相
第 ３ 卷 第 ３期 Ｏ ２ １ 年 ６月 ０１
兰
州
交
通
大
学
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报
ＶＯ ． Ｏ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｊ ｕｎ １ ｆ ａ ｚ ｏ ｉ ｔｎ ｉｅｓｔ ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｈ ｕｊａ ｏ ｇＵｎｖｒｉ Ｌ ｏ ｙ
Ｊ ｎ ０ １ ｕ ｅ２ １
文 章 编 号 ：０ １４ ７ （ ０ １ ０－０ １０ １ ０ －３ ３ ２ １） ３０ ５ －４
报
第 ３ Ｏ卷
２ 应力计算结果
运 用 大型通 用 有限元 分析 软 件 ＡＮ ＹＳ分析 出 Ｓ ９ 载荷 工况 下 的应 力 值 ， 按 照 ＪＳＥ ２ ７ ２０ 种 并 Ｉ ４０ － ０４ 规范将 ９种载荷 工 况 下 的应 力 组合 叠 加 ， 算 出驱 计
斜 对
动工况下 的平均应力 和应力 幅分别 为 ２６ １ＭＰ １． ａ 和 ８． ａ制动工况下的平均应力和应力幅分别 ０２ ＭＰ ，
Ｓ Ｓ中 Ｙ 进行 有 限元分析 ， 据分析结果 并参 照标准 Ｊ ４０－２０ 和焊接材料 的 Ｇ ｏ ｍ ｎ 依 Ｉ Ｅ ２７ ０４ Ｓ ｏｄ ａ 疲劳极限 图对 构架进
行疲 劳强度评 估． 此外， 还对构架进行模 态分析 ， 分析 构 架在 某一频域 内的振 动模 态 ， 而评价 构 架的动 态性 能是 从 否满足设 计要 求． 分析 结果表 明 ： 关键 点的等效应 力均 小于许 用值 ， 各 构架 满足疲 劳强度 的要 求； 架的 最低 自振 构
应 的强 度 和动 态 分 析 ， 是 针 对 Ｃ －０Ｋ 转 向架 但 Ｗ ２０
１ ２ 有 限元 模型 ．
综合考虑整个构架的计算精度及结构的实际情 况， 选定整体构架作为离散模型 ， 对构架的离散模型 采用 １ Ｏ节点实体单元 Ｓ ｌ ２运用大型通用有限 ｏｉ ９ ， ｄ 元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 对构架整体进行有限元离散和 计算 ， 在构架的轴箱弹簧安装座下 面加 １ 个 Ｃ ｍ ２ ｏ－ ｂ ｅ４ ｉ 弹簧单元 ， ｎ１ 弹簧单元的刚度系数和轴箱弹簧 的刚 度一 致． 最终 离 散 出 的节 点 数 为 ３９４ ９ 单 元 １ ５ ， 数为 １３２２ 离 散 的有 限元 模 型如 图 １ 示 Ｌ． ６ ９ ， 所 １ ］
规范组合后施加在 构架上 ， 分析计算 出构架 的平均 应 力和应 力 幅 ， 表 １所示 ． 如
表 １ 应力计算结果
１ Ｓ ｒ ｓ Ｍｃ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｔ ｅｓ ｃ ｕ ａ ｉ ｅ ｕ ｔ ｏ ｓ ＭＰ ａ
１ ３ ２ 平 均应 力 ．．
为 ２３ ７ＭＰ 和 ８． ａ并 运用 ＡＮＳ ０． ａ ７８ＭＰ ， ＹＳ软 件 中
的工况组合项 ， ９ 将 种工况载荷按 ＪＳＥ ２７ ２０ Ｉ ４０ － ０ ４
图 ２ Ｃ ２０ 转 向 架构 架 Ｗ－０ Ｋ
Ｆ ｇ ２ Ｂ０ ｒ ｍｅｏ ｉ． ｅ ｆ ａ ｆＣＷ － ０ Ｋ ２０
依据 ＪＳＥ ２７ ２０ 规范计算出 ９ Ｉ ４ ０－ ０４ 种载荷工 况下构架受到 的各种载荷值 ， 其大小和方 向如图 ２
所示 ．
收稿 日期 ：０ １０ —３ ２ １ —１１
作者 简介： 丹 （ ９ ６）男 ， 吴 １ ８・ ， 甘肃平凉人 ， 硕士生．
５ ２
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