地铁拖车车轮强度分析

地铁拖车车轮强度分析

邱创华

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：随着地铁车辆长期运行，车轮作为地铁接触钢轨最为直接的部件，轮对在受力方面也极其复杂，因此，对车轮强度进行分析，以确保行车安全具有重要意义。本文根据多年工作实践，对车轮强度进行分析，以供参考。

关键词：地铁车辆；轮对；强度

前言

轮对作为转向架中与轨道接触的零部件，其受力情况及其复杂，其强度直接关系到车辆运行的安全性，一直以来都是国内外专家重点研究的对象。通过大量的理论和实验，国外也制定出了轮对设计、质量要求及产品认证等系列标。轮对是轨道交通车辆转向架中最重要的承载部件之一，直接接受来自于轨道的各种冲击，其强度直接影响车辆运行安全，故需要在设计阶段对其强度进行分析，确保其在使用寿命期间具有足够的安全性和可靠性的前提下，应充分发挥材料和结构的整体承载能力，尽量减小轮对自重，减轻簧下质量，改善轨道交通车辆的动力学性能。

一、地铁车辆轮对

转向架轮对分为应用在动车上的轮对和应用在拖车上的轮对，两种结构基本类似，动车轮对上设有齿轮和齿轮箱安装座。车轮采用整体结构车轮，选用辗钢材质上面安装有制动盘。车轴采用EAIN为材料，适用于英国标准EN13261的规定。经过锻压、热处理后，再进行机械加工制造，然后实行冷处理滚压制成。轮对通过压装机冷压装而成，压装的主要控制尺寸轮缘内侧距和轮位差，压装质量控制项目为压装曲线。

两种车轴除了驱动装置是否安装上不同，其他结构非常接近的，动车车轴上是安装有驱动装置，包括齿轮箱安装座和驱动齿轮，而拖车车轮则没有设置此套装置。车轮使用材料为模具钢材，型号为ER8型，适用于英国标准EN13262的规定。其构造是整体碾钢轮。整体碾钢车轮为了能将制动盘在辐板两侧固定，在设计车轮时将其辐板制造成直辐板。车轮踏面则选用了高耐磨损的踏面配型，型号为德国发布的DIN5573标准踏面。试验结果表明，综合性能最佳的车轮是直辐板型车轮，其盘型制动也显著地增加了制动摩擦力，辐射率相对较小，能迅速在车轮轴向和径向进行衰弱、减退。

在结构仿真中，车轮和车轴都采用圆柱胚料、材料去除的方式成型。踏面的成型方式采用在Solidworks中自定义的踏面成型工具完成。制动盘由于是盘型结构，在仿真过程中采用旋转特征生成，之后使用异型孔在车轮上打出制动盘安装孔。轮对压装采用装配功能完成。轮缘内侧距的尺寸控制靠添加距离配合关系实现，轮位差尺寸控制靠在两个轮对内侧面添加与车轮中心面的对称几何关系来实现仿真。轮轴的过盈配合，轮轴同转通过轮座面和轮毂孔表面添加同轴心并锁定旋转来实现。最终完成的轮对的结构仿真如图1。

三、强度评价

在上述载荷的作用下，车轮静强度满足设计和运行的条件为:其最大VonMises应力不大于许用应力，即σmax≤[σ]。在不同载荷工况下，车轮的最大VonMises应力及其位置见表3，其值均小于ER8钢的许用应力355Mpa，因此该地铁拖车车轮强度满足使用要求。

四、结束语

综上所述，根据UIC510-5标准，针对三种不同的运营工况，对车轮进行了静强度分析，在不同载荷工况下，车轮的最大VonMines应力值均小于ER8钢的许用应力355Mpa，因此该地铁拖车车轮静强度满足使用要求。

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