基于柔性輪對(duì)的動(dòng)車組輪軸疲勞壽命研究.pdf

1、隨著列車運(yùn)行速度的提高，線路對(duì)車輛的激擾頻率范圍更為寬廣。輕量化承載結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題日漸突出。論文以高速動(dòng)車組的輪對(duì)為對(duì)象，研究其結(jié)構(gòu)剛度特性與車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為和輪軸隨機(jī)疲勞壽命之間的關(guān)系。研究車輪輻板孔碰傷位置和形狀對(duì)輻板孔靜強(qiáng)度和疲勞壽命的影響，提出了輻板孔邊碰傷的修復(fù)方法。
　　使用有限元法建立動(dòng)車組動(dòng)力輪對(duì)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析模型，獲得1000Hz以內(nèi)的輪對(duì)振型。給出了輪對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度和傘形剛度的定義。將車軸由“部分

2、車軸”分成多段，通過(guò)改變“部分車軸”材料物理性能的方式，構(gòu)建了具有不同剛度特性的輪對(duì)模型，改變輪對(duì)剛度導(dǎo)致各模態(tài)的特征頻率變化，根據(jù)柔性體動(dòng)力學(xué)理論，創(chuàng)建了車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究模型，在模型中引入了輪對(duì)的結(jié)構(gòu)剛度特性，分析車輛在不同計(jì)算工況下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，研究輪對(duì)的剛度和各模態(tài)特征頻率對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明，輪對(duì)傘形模態(tài)主要使軸箱和車軸齒輪處的橫向振動(dòng)加速度有較大程度的增大。一階彎曲模態(tài)的引入使車輛運(yùn)行穩(wěn)定性降低，橫向平穩(wěn)

3、性變差，使脫軌系數(shù)、輪軌導(dǎo)向力之和、整車的磨耗功率、軸箱與車軸齒輪處的橫向和垂向振動(dòng)加速度的值變大。輪對(duì)的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)和高階彎曲模態(tài)對(duì)各動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的影響較小。隨著輪對(duì)剛度和模態(tài)特征頻率的降低，對(duì)以上指標(biāo)的影響增大。輪對(duì)剛度對(duì)輪軌垂向力、車輛運(yùn)行垂向平穩(wěn)性和輪重減載率的影響很小。
　　通過(guò)研究齒輪箱的垂向相對(duì)振動(dòng)加速度隨車輛直線和曲線運(yùn)行速度的變化關(guān)系，為車軸疲勞強(qiáng)度校核中簧下集中質(zhì)量垂向振動(dòng)加速度的取值提供參考。分析結(jié)果表明，車輛

4、運(yùn)行速度的提高使一系簧下集中質(zhì)量的最大動(dòng)態(tài)垂向相對(duì)振動(dòng)加速度增大。
　　使用臨界距離法中的點(diǎn)法考慮缺口效應(yīng)現(xiàn)象，采用基于臨界面的適用于高周疲勞的Spagnoli多軸循環(huán)計(jì)數(shù)方法和等效應(yīng)力幅計(jì)算方法對(duì)車輪輻板區(qū)域和車軸進(jìn)行隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)，研究輪對(duì)結(jié)構(gòu)剛度對(duì)車輪輻板區(qū)域和車軸疲勞壽命的影響。提出在三維有限元模型中使用約束方程模擬輪軸過(guò)盈配合和連接，使非線性接觸分析線性化，得以在壽命預(yù)測(cè)過(guò)程中使用準(zhǔn)靜態(tài)疊加法得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力時(shí)間歷程。研

5、究結(jié)果表明，輪對(duì)剛度對(duì)車輪輻板區(qū)域的隨機(jī)疲勞壽命有較大的影響，在論文給出的幾種車軸剛度情況下，隨著車軸剛度降低，車輪輻板區(qū)域的壽命降低。在車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中引入輪對(duì)柔性后得到的車軸疲勞壽命較小，車輪輻板處的剛度對(duì)車軸疲勞壽命的影響不大。
　　為研究輻板孔碰傷位置以及碰傷缺口半徑大小對(duì)其靜強(qiáng)度和隨機(jī)疲勞壽命的影響，建立了不同缺口半徑的多個(gè)車輪應(yīng)力計(jì)算有限元模型，對(duì)輻板孔碰傷進(jìn)行模擬，基于UIC510-5標(biāo)準(zhǔn)中給出的超常載荷工況的載