GMC-96B钢轨打磨车 A车构架静强度分析

GMC-96B钢轨打磨车 A车构架静强度分析

李振浩 1 兰首超 2 杜煜东 3

1. 太原理工大学 机械工程学院 山西太原 030027

2.中车太原机车车辆有限公司 山西太原 030027

3.中车太原机车车辆有限公司 山西太原 030027

摘　要：GMC-96B钢轨打磨车原由中车北京二七机车有限公司研制生产，2018年转入中车太原机车车辆有限公司生产，根据中车集团标准已定型的转向架转厂生产时需重新进行型式试验，本文就是在太原公司型式试验前对A车构架进行静强度分析。通过15种工况的静强度分析，结果显示最大应力为100.17MPa，低于构架材料Q355NE的许用应力。并针对应力集中部位，提出合理化建议。

关键词：钢轨打磨车；转向架；构架；静强度；

Abstract: GMC-96B rail grinding vehicle was originally developed and manufactured by CRRC Beijing Erqi LLC.Transferred to CRRC Taiyuan Locomotive and Rolling Stock LLC in 2018. According to CRRC standards that the typed bogie needs to be retyped when it is turned into production.This article is the static strength analysis of the vehicle A frame before the type test of Taiyuan Company.Experiment the static strength analysis of 15 kinds of working conditions for the vehicle A frame. The results show that the maximum stress is 100.17MPa that below Q355NE allowable stress.And some reasonable suggestions are put forward for stress concentration part.

Key words: Rail griding vehicle;Bogie;Frame;Static Strength

A车构架简介

A车转向架主要由前端梁、侧梁、横梁、后端梁组焊成“目”字形框架。在其基础上分别焊接有旁承座、拉杆座、外侧弹簧座、牵引拐臂座、拉臂座、制动座、制动缸座、砂箱座等^[1]。A车转向架总体布局如图1所示。

图1 A车转向架总体布局

Figure1 The general layout of bogie A

有限元模型建立

依据图纸EQY07A-50-00-000BF（A车转向架），利用三维绘图软件Solidworks一比一建立A车构架三维模型，去除非关键部位的小孔、槽和连接座，如图2所示。

图2 A车构架三维模型

Figure2 3D model of frame A

定义材料及网格划分

A车构架各板材料为Q355NE，经查阅相关文献，得知Q355NE材料主要参数^[2]如表1所示。

表1 Q355NE性能指标

Tab1 Q355NE performance index

将材料的相关参数填入Static Structural模块Engineering Data中，再导入Solidworks建好的三维模型。将网格划分形式定义为四面体，网格基本单元尺寸定义为10mm。通过设置将A车构架划分为550667个节点，278231个基本单元。网格划分结果如图3所示。

图3 A车构架网格划分

Figuire3 Meshing of frame A

静强度分析

依据《TB/T2368-2005动力转向架构架强度试验方法》^[3]，对A车构架进行15种工况静强度分析。其中构架两侧的垂向载荷加载于A车构架的二系旁承座处；横向载荷加载于A车构架侧梁的立板处；扭曲载荷是由垂向减震器引起的，故分别加载于A车构架对角的两处垂向减震器座处。为了方便计算，规定构架纵向为X轴，横向为Y轴，垂向为Z轴。15种工况加载情况如表2所示。

表2 A车构架静强度试验载荷工况表

Tab2 Load condition table for static strength test of A frame

根据表2.得出的A车构架静强度分析的15种工况，利用Ansys Workbench中的Static Structural模块进行加载。加载结果如表3所示。

表3 A车构架15种工况结果分析表

Tab 3 The 15 kinds of working condition of vehicle A frame result analysis

结语

由表3可以看出，在A车构架的15种静强度分析工况中，最大应力值为100.17MPa，远远低于Q355NE材料的许用应力，故A车构架设计合理。

值得注意的是：

A车构架左侧梁上位于中部的水平杠杆座多次出现最大应力，右侧梁上位于中部的水平杠杆座与左侧应力相差不超过5MPa，而且最大应力都集中于水平杠杆座与侧梁立板的交接处，说明此位置特别容易出现应力集中。提醒工艺技术人员及班组人员在组焊中部的水平杠杆座时应适当增大焊角，选用合适的焊条，防止疲劳损伤造成构架的损坏及人员的危险。

在模拟运营载荷加载工况中，工况15的应力值最大，应力最大值发生于一位横梁右侧的弹簧座内部，离加载的扭曲载荷距离最近。在列车运行过程中，一系弹簧起到的减震作用极其重要，该部位特别容易出现疲劳损伤。提醒设计人员可以适当加厚该部位弹簧座的厚度，或者在该部位选用疲劳极限更高的弹簧垫板，由此来降低该部位的疲劳损伤，防止A车构架在运行中出现疲劳破坏，避免造成人员伤亡及经济损失。

参考文献

李斌.GMC96B钢轨打磨列车动力车的设计研究[J].内燃机车,2012(7):25-26.

唐愈,郭建新,张合有,等.Q355B钢板化学成分和生产工艺设计[J].宽厚板,2019,25(4),41-45.

TB/T2368-2005,动力转向架构架强度试验方法[S].北京:中华人名共和国铁道部,2005.