CRH3型动车组车轮的疲劳寿命分析

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【 要】 真实计算动车组车 摘 为了 轮疲劳寿 在分析国内 命， 外车 轮相关标准的基础上， 提出了 利用 ｉ
》车轮静强度分析和有限元名义应力方法的高速动车组车轮强度的分析方法。 基于 Ｕ Ｃ １— 标准 ， Ｉ５０ ５ 确定 《
；了车轮强度分析的计算载荷工况， 利用有限元静强度分析方法对 Ｃ Ｈ Ｒ ３型动车组车轮进行疲劳强度评 ｊ ｌ价 ， 结果表明机械载荷工况下车轮 强度满足要求； 最后基于线性损伤累积法则 ， 利用有限元名义应力方 ： 》法和 Ａ ｓ ｓ Ｏ Ｋ Ｅ ｃ Ｎ Ｙ Ｒ Ｂ Ｎ Ｈ得 出车轮的疲 劳寿命预测图及安全 系数 图， 计算结果满足疲劳寿命要 求，《 ｝为动车组的安全性维护提供 了 理论依据 ， 对动车组的安全运行有极强的实际应用价值。 ； ； 关键词： 动车组； ； 车轮 有限元； 疲劳寿命 ２
李树林 石启龙 杨建伟 张 骄 ２ （太原重 工股份有 限公 司 轮 轴分公 司 ， ’ 太原 ００ ２ ）（太原 科技大学 机械 电子工 程学院 ， 原 ００ ２ ） ３０４ 太 ３０ ４ （北京建筑 工程学 院 机 电与汽 车工程学 院 ， 京 １０ ４ ） ｓ 北 ０ ０４
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机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ
文章编号 ：０ １ ３９ （ ０ ）２ ０ ２ — ３ １０ — ９ ７ ２ １ １ — ２ ８ ０ １
第 １ ２期
２１ 年 ｌ ０１ ２月
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Ｃ Ｈ 型动车组车轮的疲劳寿命分析 术 Ｒ ３
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结构材料。 车轮在直线工况下 、 曲线工况下 、 道岔工况下的应力分布
将载荷等效为垂 向力和横向力 ， 位置如图 １ 所示 。 直线 、 曲线和道
岔３ 种工况的载荷值为 ：
图， ４ 如图 所示。由图 ４可得车轮在 ３ 种工况下的最大应力分别为 ： １４ １ ａ１ １ ７ Ｍ ａ２ ５ ２ ａ 均小于其弹性极限 ３ １ ａ ７ ． ＭＰ ，８ ． ６ Ｐ ，０ ． ＭＰ ， ９ ６ ２ ９ ＭＰ 。 车轮的静强度满 足设计要求 。
采用有限元崩 玫值模拟了运行状态下车轮的应力变化规律 ， 方面的问题表现的越来越突出 ， 要确保列车的行 车安全 ， 就必须 工况， 对车轮的可靠性和疲劳寿命提 出更高的要求。 在吸取国内外经验 进行了车轮疲劳强度评定。—些科研 人员喂 出了主动轮和从动轮车 的基础上 ， 展开对我国 Ｃ Ｈ３ Ｒ 动车组车轮疲劳强度的研究。 当量静应力及疲劳应力计算方法。
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我国铁路全面展 开了第 ６次大提速后 ，高速动车组的开行
员 于国际铁路联盟相关标准， 确定了国产中华之星动力车车轮强 度分析的计算载荷工况， 建立了车轮有限元模型 ， 模拟了运行状态下
对车轮强度进行分析 。一些科研人员［基于 ５ １ 使 我国跻身世界高速铁路行列【车轮是保证高速动车组 安全 运 的车轮应力分布规律， ｌ Ｊ ， Ｉ ５Ｏ ３ １ 确定了车轮疲劳强度分析的计算载荷 行的关键走行部部件。在动车组高速化发展的同时 ， 车轮可靠度 ＵＣ ＿ 规程和热负荷试验，
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（） ２曲线｛２ ． Ｑ＝ １ ２ １ Ｎ ２０ Ｑ＝ ８６ ． 尸一１ ５ｇ一０ ３． Ｈ － ． ｇ５３９ Ｎ ２ ４ ３ －７ ５
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２国内外车轮的强度标准与分析方法
２１国外车轮强度标准 ．
国际铁路联盟组织的 ｕＣ ｌ＿ 闭 Ｉ５ｏ５ 规定在车轮强度检验时 ， 静
２３ 分析 方法 ．
国内车轮强度 的研究 中针对高速动车组车轮 的研究较 少 ， 也没有进行车轮疲劳强度评估的研究。Ｃ Ｈ Ｒ ３型动车组在京津高
由于其时速较高 ， 车轮负荷条件经常变化 ， 加上 强度的要求为：ｏ Ｍｉ ｓ Ｖ ｎ ｓ 应力必须小于弹性极限；车轮轮心已加工 速专线上的运营 ， ｅ 因 的动应力全 幅值 Ａ ｒ３０ Ｐ，车轮轮心未加工的动应力全幅值 轨道的不平顺等因素的影 响，使车轮承受着复杂的随机载荷 ， ￣ ６Ｍ ａ ＜
Ａ ｒ ９Ｍ ａ 美 国Ａ Ｒ ｃ ２０ Ｐ。 ＜ Ａ 标准 Ｓ６０８（ －６－３ － －（ ￣
国内对车轮的研究较少， 没有相关的标准和规程。一些科研 ＾ 津运营专线运行状态进行疲劳强度分析。
★ 来稿 日 ： １ ２２ ★基金项 目：十二五” 期 ２ 卜０—０ ０ “ 国家科技支撑计划重大项 目资助（０ １Ａ ０Ｂ ０， ２１Ｂ Ｇ １０ ） 北京建筑工程学院博士启动基金（００ １０ ） １１０７４ 太原市科技明星项 目资助（０９１０ ）山西省优秀青年学术带头人项 目（０８０６ ２０００９， ２０ １６ ）
第１ ２期
李树林 等 ：Ｒ Ｃ Ｈ３型动车组 车轮 的疲 劳寿命分析
２９ ２
３车轮载荷工况
依 据 Ｕ Ｃ５０ ５ 准对 Ｃ Ｈ３型车轮进行疲劳强度分析 ， Ｉ １— 标 Ｒ
２６ Ｐ ； Ｏ Ｇ ａ泊松 比 ｖ Ｏ ９ 密度 ｐ ７８ １ ｇ 定 义其 为各 向同性 ＝．百度文库； ２ ＝ ．ｘ０ｋ／ ； ｍ
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中图分类 号 ：Ｈ１ ，２ ０２ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｕ ７． Ａ ｌ 刚・—‘ ● —・舀 —— ￡
以 Ｒ 车车轮设计分析 此车轮的疲劳强度的分析方法研究很重要 。据此 ， Ｃ Ｈ３型动 提出了利用车轮静强度分析和有限元名义 评定办法》规定了 唧 计算载荷和工况， 采用了安全系 比寝ｉ定办法。 车组车轮为研究对象 ， 数 平 应力方法 的高速动车组车轮强度的分析方法 ， 对动车组车轮在京 ２２国内车轮相关研究 Ｉ