CRH3动车轮对压装选配_王守杰王全先孙建军杨霄

轮对是由 1 根车轴和 2 个相同的车轮组成，在 轮轴结合部位采用过盈配合。 研究表明， 轮轴配 合部位的应力状态对车轴的疲劳强度有重要的影 响，因此，轮对压装质量的好坏很大程度上决定 了机车运行状况的好坏。 目前判断轮对压装是否 合格的唯一依据就是压装曲线。 轮轴压装过程中， 车轴的轮座部分在压装力的作用下沿车轮轮箍孔 移动，在压装配合面产生弹性和塑性变形， 当压 装力克服了压装配合面上正压力产生的摩擦阻力 时，车轴和轮箍孔表面产生相对移动， 从而实现 轮轴的压装。 在压装过程中， 可以通过压力表所
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轮毂最大等效 应力 / MPa 231. 446 282. 829 334. 194 378. 539
由表 1 可知， 随着过盈量的增加， 轮毂轮座 最大等效 应 力 以 及 最 大 压 装 力 均 有 明 显 的 增 加 。 过盈 量 取 0. 178 2 mm 时， 轮 毂 最 大 等 效 应 力 为 231. 446 MPa，轮座最大等效应力为 154. 800 MPa， 最大压装力为 740. 23 kN。当过盈量取 0. 217 8 mm 时，轮毂最大等效应力为 282. 829 MPa，轮座最大 等效应 力 为 189. 167 MPa， 最 大 压 装 力 为 904. 70 kN。在过盈量增加 0. 039 6 mm 的情况下， 轮毂轮 座最大等效应力及最大压装力分别增加了 51. 383 MPa、34. 367 MPa、164. 47 kN， 增长了 22. 20% 、 22. 20% 、22. 22% 。
《起重运输机械》 2014 （ 2 ）
由表 2 可以看出， 当摩擦因数变大时， 轮毂 轮座最大等效应力都有一定的增加， 但增加值都 较小。摩擦因数从 0. 05 增加到 0. 13 时，轮毂轮座 最大等效应力分别从 202. 987 MPa、135. 477 MPa 增加到 207. 126 MPa、138. 320 MPa， 仅分别增加 了 4. 139 MPa 和 2. 843 MPa。 而最大压装力受摩擦 — 73 —
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前言
指示的压力和自动记录器画出的压装曲线来判别 压装的质量。 压装曲线实际上就是压装力随位移 （ 时间） 变化的曲线。 现阶段轮对压装一般凭经验确定轮轴配合的 过盈量， 这 种 过 盈 量 的 选 择 方 法 有 很 大 的 弊 端， 对轮对的性能有很大影响， 尤其在摩擦因数改变 时，最终的压装力会与国家标准要求的数值有很 大出入，另外现阶段的研究较少涉及轮毂轮座的 形状公差对轮对压装曲线及配合应力的影响 。 本 文综合这几方面的因素， 通过有限元模拟仿真制 定了相应的标准，为 CＲH3 型动车轮对压装提供了 一定的理论依据。
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摩擦因数对轮对压装的影响
在有润滑的条件下， 钢与钢之间的摩擦因数 在 0. 05 ～ 0. 13 之间， 与表面粗糙度以及润滑油的 类型都有一定的关系。 在此区间内选取几组数值， 在不考虑轮毂轮座公差且过盈量取相同数值的前 提下来具体研究不同摩擦因数对轮对压装的影响， 结果见表 2 。
表2 摩擦 因数 0. 05 摩擦因数对轮对压装的影响 轮座最大 等效应力 / MPa 135. 477 135. 869 136. 924 137. 612 138. 320 最大压装 力 / kN 543. 97 764. 43 998. 65 1 210. 3 1 435. 7 最大压装 力 / 摩擦 因数 / kN 10 879. 4 10 920. 4 11 096. 2 11 002. 7 11 043. 8
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安徽省省属企业自主创新科技计划项目 （ 12010202144 ）
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有限元模型的建立
表1 过盈量 / mm 0. 178 2 0. 217 8 0. 257 4 0. 297 0
过盈量对轮对压装的影响 车轴最大等效 应力 / MPa 154. 800 189. 167 223. 522 253. 182 最大压装力 / kN 740. 23 904. 70 1 069. 10 1 210. 30
CＲH3 型动车组所使用的轮对由空心车轴及碾 钢整体车 轮 组 成。 车 轮 轮 毂 孔 直 径 为 198 mm， 轮毂 宽 180 mm， 轴 座 部 分 长 160 mm， 材 料 为 Ｒ8T，屈服强度 540 MPa， 强度极限 860 MPa， 弹 性模量为 2. 06 × 10 MPa，泊松比 0. 29 ； 车轴空心 部分直径 30 mm， 材料为 EA4T， 屈 服 强 度 685 MPa，强度极限 885 MPa， 弹性模量为 2. 06 × 10 5 MPa，泊松比 0. 29 。 为保证足够的计算精度， 有限元模型网格划 分得很 细， 导 致 实 体 模 型 使 用 时 网 格 数 量 巨 大， 这对计算机的配置以及计算速度都有很高的要 求 。 用 Ansys 2 D 轴 对 称 有 限 元 分 析 来 模 拟 轮 对 压 装 过程 ， 相 对 于 实 体 模 型 ， 可 以 减 少 模 型 规 模 ， 缩短计 算 时 间 ， 提 高 计 算 效 率 。 由 于 轮 对 压 装 对配合部 分 之 外 的 部 分 影 响 较 小 ， 所 以 只 取 了 配合部分附近的一段轴 进 行 研 究 。 划 分 网 格 时 ， 选择单元 plane 183 （ 有 中 间 节 点 ） ， 单 元 属 性 K3 设 为 axisymmetric ， 单 元 尺 寸 为 6 mm ， 在 过 盈配合处进行网格细分， 得到的有限元模型如图 1 ，整 个 模 型 共 包 含 了 2 143 个 单 元、 6 364 个 节点。
轮毂最大 等效应力 / MPa 202. 987 203. 644 204. 568 205. 748 207. 126
图1
轮对二维轴对称模型
0. 07 0. 09 0. 11
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过盈量对轮对压装的影响
0. 13
国家标准规定过盈量取值范围为轮座直径的 0. 8 ‰ ～ 1. 5 ‰ ， 轮 座 直 径 为 198 mm ， 因 此 过 盈量的范围为 0. 158 4 mm ～ 0. 297 mm ， 在此范 围内取几 组 过 盈 量 ， 在 不 考 虑 轮 毂 轮 座 公 差 且 摩擦因数取相 同 数 值 的 情 况 下 ， 得 到 表 1 中 几 组数据。
因数的影响则比较明显，增加了 891. 73 kN。另外， 最大压装力与摩擦因数的比值彼此差距很小，可以 推测出最大压装力随着摩擦因数的变化呈线性变化。
为压装是合格的。通过有限元模拟分析，得出不同 条件的理论压装曲线图，然后根据标准判断这些曲 线图是否符合要求。如果曲线图是合格的，那么这 些合格曲线图所对应的摩擦因数、过盈量、锥度等 条件就可以作为在压装进行前进行选配时的参考依 据。如果曲线图不合格，那么它所对应的影响压装 质量的参数范围将成为选配阶段要避免涉及的。 TBT 1718 —2003 《铁 道 车 辆 轮 对 组 装 技 术 条 件》 对轮对压装曲线的规定： 1 ） 压装力曲线图应均匀平稳上升， 其曲线投 影长度不小于理论长度的 80% ， 起点陡升不应超 过 98 kN，曲线不应有跳动。 2 ） 曲线中部不应有下降， 平直线长度不应超 过该曲线投影长度的 10% ， 平直线的两端均应圆 滑过渡。 3 ） 曲线末端平直线长度不应超过该曲线投影 长度的 15% 。 曲线末端下降的长度不应超过该曲 线投影长度的 10% ， 压装力的下降值不应超过按 该轮毂孔直径计算的最大压装力的 5% ，如曲线末 端平直和下降同时存在， 而压装力下降数值又未 超过规定值时， 其合并长度不应超过该曲线投影 长度的 15% ， 4 ） 曲线的最高点压装力不应大于按该轮毂孔 直径计算的最大压装力 1 164 kN； 曲线终点的最小 压装力不应小于按该轮毂孔直径计算的最小压装 力 679 kN。 轮毂轮座锥度确定后， 要考虑能保证压装曲 线合格的过盈量和摩擦因数的区间范围。 经数次 试验后，确定了相应的区间范围，见表 4 。在此区 间内，轮对压装能获得比较理想的曲线图。 如摩 擦因数取 0. 11 、过盈量在 0. 162 6 ～ 0. 278 8 mm 时 能保证压装曲线合格。
CＲH3 动车轮对压装选配
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1 安徽工业大学
摘
王守杰 王全先 孙建军 杨 霄 马鞍山 243032 2 马钢晋西轨道交通装备有限公司
Fra Baidu bibliotek马鞍山 243000
要： 轮对的压装质量与其性能有着直接的关系 。 传统的轮对压装多是依据经验来进行轮轴的选配，没
有明确的参考标准，因而导致压装合格率较低 。文章以 CＲH3 型动车组轮对为例，利用 Ansys 软件建立了二维轴 对称模型对轮对压装过程进行模拟仿真，通过非线性接触分析得出过盈量 、 摩擦因数、 公差等因素对轮对压装 应力分布及压装曲线的影响 。结果表明，过盈量对轮对应力及压装曲线均有较大的影响； 摩擦因数对应力值影 响较小，对压装曲线则影响较大； 公差对轮对应力影响比较明显，对压装曲线的影响则比较微弱 。 最后在满足 国家标准要求的前提下给出一个范围，以此作为轮对压装的参考标准，可提高轮对压装的质量，保证机车安全 平稳运行。 关键词： 轮对； CＲH3 ； Ansys； 选配； 过盈量； 摩擦因数； 公差； 压装曲线 中图分类号： U266 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 0785 （ 2014 ） 02 － 0072 － 04 Abstract： The pressfitting quality of the wheelset is closely related to its performance． For traditional wheelset pressfitting，wheels and axles are mainly matched based on experience without explicit reference standards，so the pressfitting conforming rate is low． The paper introduces the 2D axial symmetry model built by Ansys for simulation of the wheelset pressfitting process with the wheelset of CＲH3 motor train as an example． The effect of interference magnitude，friction factor，tolerance and other factors on the pressfitting stress distribution and curve of the wheelset is worked out through nonlinear contact analysis． The result shows that interference magnitude has great effect on the wheelset stress and pressfitting curve； the friction factor has small effect on the stress value but great effect on the pressfitting curve； tolerance has clear effect on the wheelset stress but weak effect on the pressfitting curve． Under the premise of meeting national standards，the range is provided based on the above information，as the reference standard for wheelset pressfitting，which can improve the wheelset pressfitting quality and guarantee safe and stable operation of locomotives． Keywords： wheelset； CＲH3 ； Ansys； match； magnitude of interference； friction factor； tolerance； pressfitting curve