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高速列車輪對(duì)是轉(zhuǎn)向架的重要組成部件，是影響車輛運(yùn)行安全的關(guān)鍵部件之一。動(dòng)車組車輪承受車輛與線路間相互作用的全部載荷及沖擊，與鋼軌形成粘著產(chǎn)生牽引力或制動(dòng)力，輪對(duì)滾動(dòng)使車輛前進(jìn)。隨著列車速度的提高、軸重的增大，輪對(duì)所承受的負(fù)荷越來越惡劣，其暴露在疲勞可靠性方面的問題越來越多。為確保鐵路車輛的運(yùn)行安全，就必須對(duì)輪對(duì)的安全性、可靠性設(shè)計(jì)提出更高的要求。
有限元分析基于ANSYS，以CRH型動(dòng)車的拖車車輪為研究對(duì)象，對(duì)輪對(duì)的過盈配合以及車輪靜強(qiáng)度進(jìn)行有限元計(jì)算分析，采用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析評(píng)價(jià)。CRH型拖車車輪采用整體軋制車輪，車輪輪轂厚度為135mm，車輪的公稱直徑為915mm。車輪用R8T牌號(hào)鋼制造，其彈性模量E=206000N/mm，泊松比0.29。
車軸按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，Solidworks中建好的輪對(duì)三維模型導(dǎo)入ANSYS中，對(duì)車輪的材料屬性進(jìn)行設(shè)置，基于車輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用自動(dòng)劃分法對(duì)車輪進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。離散后的車輪輪軸過盈配合接觸問題是非線性接觸問題，輪軸是通過接觸面壓力產(chǎn)生的摩擦力來傳遞扭矩和軸向力的。在ANSYS計(jì)算過盈配合接觸時(shí)，能得到接觸面之間的壓力。按照CRH動(dòng)車組技術(shù)資料和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，新車輪和磨耗到限車輪的輪軸之間的過盈量分別取0.3mm和0.24mm，在軸向方向上，CRH動(dòng)車組拖車車輪輪毅長(zhǎng)度為170mm。CRH動(dòng)車組拖車輪軸之間的過盈量為0.24mm時(shí)的最大等效應(yīng)力為192.26MPa。輪軸之間的過盈量為0.3mm時(shí)的最大等效應(yīng)力為192.39MPa。軌道對(duì)車輪徑向和橫向作用力、不同的輪對(duì)壓裝過盈量、高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力等均對(duì)車輪的應(yīng)力分布有著很大的影響。
通過ANSYS計(jì)算分析表明，CRH型動(dòng)車拖車車輪設(shè)計(jì)的靜強(qiáng)度滿足運(yùn)用要求。用有限元方法對(duì)車輛車輪的強(qiáng)度分析和評(píng)定方法能夠更加合理地反映車輪的實(shí)際受力狀況，對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性有著重要意義。優(yōu)化后后縱梁支架的耐撞性得到顯著提高，并且與整個(gè)后縱梁總成之間有良好的匹配，有利于改善整車追尾碰撞的耐撞性。該結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法能用較小的計(jì)算成本來有效預(yù)測(cè)和指導(dǎo)提高工程實(shí)踐中產(chǎn)品設(shè)計(jì)的吸能性和耐撞性，具有一定的實(shí)用與推廣價(jià)值。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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