基于有限元法的通用货车车轮强度计算及评定.PDF

基于有限元法的通用货车车轮强度计算及评定 范俊 1 （1.江苏瑞泰铁路配件有限公司，江苏张家港 215600） 摘 要 重载运输，是铁路运输扩能提效的有效措施，但轴重的增加导致轮轨接触应力增大，货车车 轮作为货车安全运行的关键部件之一，在货车所有部件之中工作条件是最恶劣的。车辆运行中，车轮不仅要 支撑重载货车的全部质量，同时要承受大量的轨道冲击载荷，这些轨道冲击和车上载荷同时对车轮持续不断 的施加作用力，引起很高的机械应力，并由此造成机械损伤。本文将根据 UIC 和欧洲 EN 的有关标准确定车 轮的机械载荷及载荷工况，考虑到轮轴过盈配合，计算了通用货车车轮的应力，对该车轮进行了静强度和疲 劳强度评定。计算结果表明，车轮的静强度和疲劳强度均满足标准规定的设计要求。 关键词 货车车轮； 静强度； 疲劳； 应力分析 中图分类号： U270. 1+ 2 文献标志码：A 轮对是铁路机车车辆安全运行的重要部件。随着货运速度的提高、轴重的增大，作为重要 承载部件，车轮的负荷越来越恶劣，暴露在强度可靠性方面的问题越来越多。车辆的运行安全， 对车轮的强度及可靠性设计提出更高的要求。我国轮对强度的分析和评定办法主要参照美国 AAR标准S-660-83《机车和货车车轮设计分析评定办法》，该标准规定了垂直载荷及横向载荷， UIC EN 但没有考虑轮对运行的滚动角速度。相比较而言，国际铁路联盟 和欧洲铁路联盟 标准 详细规定了车轮的各项设计要求、相关应用目的的具体参数、计算分析方法、试验程序步骤以 及相关判定的准则；同时给出了车轮在轨道的直线区间、完全曲线路段及轨道交叉处通过等工 况下机械载荷的大小以及相应的加载位置；使用Goodman曲线评定车轮疲劳强度的方法。本文 将采用通用有限元软件ANSYS对通用货车车轮进行有限元分析，参照UIC510-5《整体车轮技 EN13979-1 — — 术条件》和 《铁路应用 轮对和转向架 车轮技术验收程序的第一部分：锻制和轧 制车轮》计算车轮在直线条件、曲线条件和道岔条件工况下的应力，采用多轴应力转化为单轴 Haigh-Goodman [1,2] 应力的方法，利用 修正曲线对货车车轮疲劳强度进行评定 。 1 研究对象 轨道车辆车轮按构造可以分为整体车轮和带箍车轮；按车轮材质可以分为辗钢车轮和铸钢 车轮。我国铁道车辆装备使用的车轮按照车轮直径可化分为915mm车轮和840mm车轮，前者 S 主要用于客车，后者多用于货车；按照车轮辐板断面形状可分为直辐板车轮和 型辐板；按照 LM TB 车轮踏面断面形状国内车轮又可分为磨耗形车轮轮缘踏面（ 型）和锥形车轮踏面（ 型）。 LM S 本文采用目前广泛用于货车的整体辗钢车轮为研究对象，这种车轮采用 形踏面， 型辐板， CL60 1-1 材料为 钢，如图 所示。本文将以上述三维几何模型为基础，应用大型商业有限元软 件ANSYS 对该货车车轮建立有限元网格模型。同时为保证计算精度的同时节省计算资源，计 8 算中采用 节点六面体单元。 1-2 轮对实体模型及有限元模型如图 所示。 -1 - 图1-1 货车车轮三维模型 图1