CW-200K转向架构架疲劳强度及模态分析研究

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动车转向架构架疲劳强度分析

动车转向架构架疲劳强度分析

动车转向架构架疲劳强度分析摘要:随着动车工程的不断进步与发展,研究动车转向架构架疲劳强度极为关键。

本文首先对相关内容做了概述,分析了构架结构和制造过程中的相关工艺,在探讨质量控制模式构建的基础上,结合相关实践经验,分别从构架制作等多个角度与方面就构架制作工艺运用遇到的难点和解决办法做了深入研究,望对相关工作的开展有所裨益。

关键词:动车转向架;构架;疲劳强度;分析1前言随着动车转向架应用条件的不断变化,对其构架疲劳强度分析提出了新的要求,因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨,以期用以指导相关工作的开展与实践,并取得理想效果。

基于此,本文从介绍架构制造相关内容着手本课题的研究。

2构架结构和制造过程中的相关工艺探究2.1以地铁车辆为代表的“结合型”构架2.1.1结构特点(1)H型结构,横梁和侧梁大件组合。

(2)侧梁为U型结构。

(3)轴箱弹簧座为8处阶梯平面结构,通过一系橡胶弹簧与轮对轴箱组成联接。

(4)横梁结构复杂,连接转向架其他系统。

2.1.2工艺特点结合对地铁车辆结构特点的分析,可以进一步归纳出其工艺特点,分为三个部分:一是工序具有一定的分散性。

针对较为关键的位置还需要对其进行整体加工;二是要实施“一面两销”定位统一工艺基准;三是对三坐标进行全尺寸检测。

2.1.3工艺流程首先,需要做的就是实施一次划线;其次,进行正反实施精加工;然后对其他相关一系列的工序进行有效实施;最后,才能实施全尺寸检测。

2.2以动车组为代表的“转臂式”构架2.2.1结构特点对转臂式构架进行分析,其结构特点主要以动车组为代表进行探究,进一步提出该结构特点分为四个部分:一是H型结构组成的大件是由横梁和侧梁组成;二是侧梁属于U型结构;三是使用转臂式轴箱体以及轴箱弹簧将其架构和轮进行连接;四是横梁在结构上具有复杂性它不仅是转向架实施牵引的骨架,同时,也在一定程度上是驱动装置的骨架。

2.2.2工艺特点(1)工序分散,关键部位整体加工。

CW-K转向架

CW-K转向架

CW-200K型转向架为无摇枕结构,取消了 传统结构的悬吊件,由大变位空气弹簧直 接支撑车体。其中制动盘为两盘,动力学 参数按160km/h要求重新进行了优化。设 计中尽可能采用无磨耗结构,因此使转向 架结构简单、可靠性强、易维修。
2 转向架基本结构
CW-200K转向架基本结构为无摇枕、 无摇动台、无旁承型式。轴箱定位采用 可分离式轴箱转臂定位方式。中央悬挂 采用空气弹簧及减振器。牵引方式为单 牵引拉杆。基础制动为每轴两制动盘的 单元制动方式。转向架主要由构架组成、 轴箱定位装置、中央悬挂装置、盘形制 动装置及轴温报警装置部分组成。
2.2.3 轴箱弹簧组成
弹簧装置由内、外圈弹簧、弹簧上、下夹 板及预压紧螺栓、螺母组成为一体,螺母上 开有销孔。弹簧组装高度为300 mm,组装 后用销子穿入螺母销孔处。
内、外圈弹簧材料为60Si2CrVA
3.2.4 一系垂向减振器
在轴箱转臂和构架间设有垂向油压减振器。 该减振器用以有效地控制转向架的垂直振动 和点头振动。轴箱减振器主要为进口产品。 参数可根据动力学优化进行修正。
(4)应保证空气弹簧无气状态下,车 辆能够安全运行。
空气弹簧主要由以下四部分组成:
(1) 上盖板; (2) 空气胶囊; (3) 底座橡胶垫 (4) 可变节流阀
2.3.2 附加空气室、高度控制阀、差压 阀和管路
空气弹簧附加空气室由侧梁内室组成, 两个附加空气室由管子相通,管路间设有压 差阀,防止两侧空簧压差过大影响安全。压 差阀压差为1.2Mpa,空气弹簧系统设有高度 控制阀,以保证车体在任何静载下与轨面保 持相同高度。
(2) 应具有稳定的水平方向复原能力, 同时在通过曲线时,不会形成过大的回 转阻力而使车辆产生较大的侧向力增大 车轮和钢轨的磨耗。在直线上运行时又 需要较大的回转阻力,以不致因回转阻 力过小而使车辆产生蛇形失稳。

铁道车辆转向架构架疲劳强度研究

铁道车辆转向架构架疲劳强度研究

铁道车辆转向架构架疲劳强度研究研究背景铁道车辆转向架是保证列车在行驶中正常转向和稳定行驶的关键部件。

由于长时间的使用和高强度的工作负荷,转向架会经受来自车辆自身和轨道的巨大冲击和振动,容易导致疲劳损伤。

因此,研究转向架的疲劳强度,对确保铁道车辆的运行安全和提高转向架的使用寿命具有重要意义。

研究目的本文旨在探讨铁道车辆转向架的疲劳强度及其影响因素,为提高转向架的可靠性和使用寿命提供理论依据。

转向架的结构与功能转向架是连接车轮和车体的重要部件,主要由横梁、侧架、轴承、齿轮等组成。

它的主要功能包括支撑车轮、传递车辆重量和转向力、减震和缓冲等。

疲劳强度分析方法1.应力分析:通过有限元分析等方法,模拟转向架在实际运行条件下所受到的各种力,确定关键部位的应力分布情况。

2.疲劳寿命预测:根据转向架在实际运行中的载荷数据,结合疲劳寿命曲线,预测转向架的使用寿命。

3.动态特性测试:通过振动台试验等方式,测试转向架在不同工况下的振动响应,从而评估其疲劳强度。

影响转向架疲劳强度的因素1.车速和曲线半径:车速和曲线半径的增大会导致转向架受到更大的侧向载荷,增加疲劳损伤的风险。

2.载荷条件:不同运行状态下,列车所受到的载荷大小与方向会不同,对转向架的疲劳强度有重要影响。

3.材料性能:转向架所采用的材料的强度和韧性特性直接影响其抗疲劳能力。

4.设计参数:转向架的结构参数,如横梁长度、轴承布置方式等,也会对其疲劳性能产生影响。

疲劳强度改进措施1.材料优化:选择高强度、高韧性的材料,提高转向架的抗疲劳能力。

2.结构改进:优化转向架的结构设计,减轻其自重,减少应力集中点,提高疲劳寿命。

3.装配工艺:提高转向架的装配精度,减少装配应力,防止缺陷引起的裂纹扩展。

4.检测监测:建立转向架的实时监测系统,及时发现损伤并进行修复或更换。

实验研究与工程应用1.利用有限元分析、振动台试验等方法,开展转向架的疲劳强度试验研究,验证理论模型和分析方法的准确性和可靠性。

地铁转向架构架设计及疲劳强度分析

地铁转向架构架设计及疲劳强度分析

地铁转向架构架设计及疲劳强度分析发布时间:2022-09-07T02:01:18.694Z 来源:《科技新时代》2022年4期作者:韩庆磊张佳琪[导读] 当前,我国城市规模不断扩大,人口急剧增加。

为了缓解城市交通压力,便于人们出行,近年轨道韩庆磊张佳琪沈阳地铁集团有限公司运营分公司辽宁沈阳 110000摘要:当前,我国城市规模不断扩大,人口急剧增加。

为了缓解城市交通压力,便于人们出行,近年轨道交通设施推陈出新,地铁等交通基础设施发展迅速。

转向架是轨道交通车辆得以正常行驶的基石。

转向架构架作为转向架重要的承载部件,不仅起到支撑车体的作用,而且还是转向架各零部件的安装载体,在运行过程中起到传递来自各方向的交变载荷的作用。

构架为转向架各零部件提供了安装接口定位,其主要作用是承受、传递各种作用力及载荷。

为保证转向架在正常运行中的安全可靠性能,设计之初对转向架构架及其关键受力件进行强度和刚度校核分析与优化就显得尤为重要。

关键词:地铁转向架;构架设计;疲劳强度作为轨道交通的重要组成部分,地铁以其运量大、高速、准时及节省空间等优势,已成为解决城市道路拥堵、缓解交通压力的重要方法。

同时,随着地铁车辆运营里程和服务年限的增加,部分转向架构架出现了大量的疲劳裂纹问题。

转向架是地铁车辆的重要组成部件之一,其结构的可靠性直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。

转向架构架在运用过程中时常发生疲劳裂纹、疲劳断裂以及测试寿命无法满足合同要求等问题,其原因各不相同。

一、地铁转向架构架裂纹产生原因1、裂纹产生情况。

某地铁车辆运行时为6 节编组,共34 列,最长运用里程接近90 万公里,动车构架出现疲劳裂纹,裂纹位于齿轮箱吊座立板与补强板连接根部焊缝处,裂纹从焊趾部位开始,沿熔合线向上延伸,但未扩展至母材。

之后对全部地铁车辆进行普查,共发现裂纹81 起。

为保证车辆的正常运营,制定了焊修方案作为临时措施,对裂纹进行了焊修。

2、强度计算及试验。

CW200K转向架构架焊接残余应力无损测量

CW200K转向架构架焊接残余应力无损测量

CW200K转向架构架焊接残余应力无损测量卢峰华;范玮;马传平【摘要】转向架构架在焊接过程中不可避免地会产生焊接残余应力,焊接残余应力的存在对构架的疲劳强度和疲劳寿命均有很大的影响,测定和掌握构架不同状态下残余应力的大小和分布规律十分必要.利用X射线衍射法测试CW200K转向架构架热处理前后的残余应力.结果表明,构架焊缝区存在高值残余拉伸应力;构架退火可以使纵向残余应力的峰值得到削弱,分布得到均化.在保温时间相同的条件下,提高退火温度有利于提高构架焊接残余应力的平均消除率.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)001【总页数】4页(P36-39)【关键词】转向架构架;X射线衍射法;焊接残余应力;热处理【作者】卢峰华;范玮;马传平【作者单位】唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山063035;唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山063035;西南交通大学材料学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TG404转向架是机车车辆的主要部件之一,对行车安全起着至关重要的作用,而构架又是转向架的重要承载和传力构件[1]。

目前,绝大部分转向架构架均采用焊接形式,焊接是转向架的基本连接形式[2]。

由于焊接过程是一个局部不均匀的加热过程,不均匀温度场会导致受约束的热变形和塑性变形,不可避免的产生残余应力[3-4]。

残余应力不仅要影响构架外观尺寸精度和尺寸稳定性,还会降低焊接构架的疲劳强度,对构架的疲劳强度和疲劳寿命均有很大的影响[5]。

针对构架浅表层因应力过大造成的变形和起裂,X射线衍射法以其无损、便捷和数据稳定等特性成为研究构架整体浅表层残余应力分布的最佳选择。

X射线衍射残余应力检测方法可以在较短时间内获得构架在多种状态下的残余应力的分布情况,为优化构架不同处理工艺提供了测试技术的支持。

本研究利用X射线衍射法对CW200K转向架构架热处理前后的残余应力进行测试,获得两种状态下残余应力的大小和分布规律以及热处理温度对残余应力消除的影响。

25K型客车改装CW_200型转向架的探讨_刘雅秋

25K型客车改装CW_200型转向架的探讨_刘雅秋

文章编号:1002-7602(2005)05-0032-0425K型客车改装CW 200型转向架的探讨刘雅秋1,娄彦君2,李 韬2(1.北京交通大学电气工程学院,北京100044;2.长春长客轨道交通设备有限责任公司,吉林长春130062)摘 要:根据25K型客车转向架在运用中屡次发生险性事故的情况以及CW 200型转向架安全、稳定的运行品质,提出了更换转向架的建议,并从理论上分析了在A4级检修时将25K型客车转向架改装为CW 200型转向架的可行性、经济性。

关键词:客车转向架;改造;CW 2型;CW 200型中图分类号:U270.331 文献标识码:B1 现状及说明随着旅客列车的5次大提速,25K型客车已经成为旅客运输的主型客车。

在线运行的25K型客车主要采用209H S、CW 2、SW 160等型转向架。

而长春客车厂生产的25K型快速客车主要以CW 2系列转向架为主。

收稿日期:2004-11-19作者简介:刘雅秋(1967-),女,工程硕士研究生。

CW 2系列转向架是在吸收、消化英国T10型转向架的基础上设计而成的,构造速度为160km/h。

该转向架在西南交通大学进行了动力学性能试验,并经过环行道试验。

自1994年投入运用,在广深线运行效果较好。

1998年批量生产,运用在提速干线上,开始进入产品成长、成熟阶段。

多年来,CW 2系列转向架运行平稳,性能良好,证明其设计是基本成功的。

但在近几年的运行中也暴露出一些问题。

2002年3月,乌鲁木齐铁路局及广州铁路(集团)公司连续发生CW 2B型转向架摇枕吊(6)焊接缺陷对疲劳强度的影响。

焊缝质量较差时会产生热裂纹、冷裂纹、未焊透、气孔和夹渣等缺陷,这些缺陷会造成严重的应力集中,从而影响构件的疲劳强度。

焊接缺陷对疲劳强度的影响与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关,片状缺陷对疲劳强度的影响比带圆角的缺陷更严重;位于残余拉应力场的缺陷比位于压应力场的缺陷影响大;同时,不同材料具有不同的缺口敏感性,所以对焊接缺陷的评定比较困难。

地铁车辆转向架构架疲劳研究

地铁车辆转向架构架疲劳研究

地铁车辆转向架构架疲劳研究摘要:地铁车辆转向架构架是车辆的主要承载部件,随着车辆的不断投入使用,所承受的是频繁的随机载荷,工况较为恶劣,容易出现裂纹,导致使用寿命远远小于设计寿命,严重影响运行安全性。

本文采用准静态应力叠加法对构架电机吊座结构进行了疲劳寿命预测。

仿真结果与该型构架实际出现疲劳破坏的位置吻合,验证了对构架进行疲劳分析方法的正确性。

关键词:转向架构架;多体动力学;刚柔耦合;疲劳寿命前言地铁车辆转向架构架在运行中所承受的耦合动载荷场比较复杂,并且局部刚度较小,很容易出现局部共振现象。

因此,从转向架的构架结构自身的振动特性出发,建立模型对构架的疲劳分析。

一、柔性构架的建立(一)柔体动力学理论柔性体的理论思想主是要赋予一个模态集,应用模态向量和模态坐标的线性组合表示物体的弹性位移,通过计算每一时刻物体的弹性位移来表示其变形,令柔性部件r的界面固定,并建立模态矩阵,其中模态矩阵可表示为:其中:为节点对应产生的模态位移;为节点对应的第j阶模态;为节点对应的第j阶模态产生的应变场;为节点对应的第j阶模态产生的应力场。

由此可知,只要获取柔性体中每个节点的模态位移,则可以得到柔性体中每一个节点的动应力响应。

三、地铁车辆刚柔耦合模型的建立与仿真利用上边得到的柔性构架,根据该型地铁车辆真实动力学参数以及结构参数,最终建立该型地铁车辆的刚柔耦合多体动力学模型如图1所示。

在建模过程中对柔性构架所受初始载荷进行预平衡,则在动力学仿真过程中柔性构架所承受的随机载荷也就模拟了车辆运行过程中构架的实际受力状态。

以该型地铁车辆在满载 AW2下时速72km/h作为仿真的边界条件,并以美国五级谱作为轨道激励进行仿真,仿真时间设为80s。

由图15得知,电机吊座安装座整体铸件结构为无限寿命,疲劳寿命最短的位置出现在电机吊座工字型加强板与电机安装座的焊缝连接处,仿真获得的电机吊座疲劳寿命较短位置与实际电机吊座发生疲劳破坏的位置吻合的很好。

CW-200K转向架G

CW-200K转向架G

• 每个速度级的转向架在研究、设计过程中,
均进行了如下计算和试验:构架及各种吊 座的强度计算和1000万次疲劳试验;转向 架动力学性能计算;试验台滚振试验、环 行道试验和正线试验及运行考核,使参数 更加优化,设计结构更加合理,从而保证 了转向架具有优良的性能且方便检修。
• CW-200K型转向架为无摇枕结构,取消了
25轴温报警装置?在构架侧梁外侧安装有轴温报警装置的接线盒和连接线温度传感头安装在轴箱体上用来检测车辆运行过程中轴箱内部温度的变化一旦轴箱内部的温度高于外界温度40车上报警器立即发出警报此时必须立即停车进行检查排除故障并进行彻底修复后方可继续运行
CW-200K转向架
长春轨道客车股份有限公司 二○○三年十二月
• (2)车轮
车轮采用KKD车轮,LM磨耗型踏面。
• (3)制动盘
制动盘使用铁科院产品较多,其余 还有戚墅堰机车车辆研究所、沈阳铁道 制动机厂产品。 轮对组装要求 : a. 车轮内侧距:1353±1mm b. 同一轮对轮径差:不大于0.3mm c. 轮对组成后残余动不平衡不大于50g.m d. 轮位差、盘位差≤1mm


转向架构架侧梁内部用作空气弹簧 的附加空气室,空气弹簧的下部通风口 与附加空气室连接,上部进风口与车体 的管路连接。空气弹簧的胶囊气室与附 加空气室间的节流孔,对车体的垂向振 动起到一定的衰减作用,因此不需要加 装垂直油压减振器。

胶囊下部的叠层橡胶堆是为了通过 曲线时减小胶囊的载荷。另外,当空气 弹簧内无空气压力时,叠层橡胶堆能起 到一定的垂直减振作用,也能保证车辆 安全行驶(需要限速)。安装空气弹簧 时,上部进风口和下部通风口的外部表 面,需涂润滑脂防锈,“O”形圈需涂润 滑脂进行保护。
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C 2 0 转 向架构 架 疲 劳 强 度及 模 态 分 析 研 究 W一0 K
吴 丹 , 郭 富 强 , 商跃 进 , 王 红
( 兰州交通大学 机电工程学院 , 甘肃 兰州 7 07 ) 30 0

要: 根据 C 2 0 W-0 K转 向架构 架的结构和承载特 点 , 用 S l w rs 立构 架的实体模型 , 运 oi ok 建 d 并将 模型导入 AN—
疲 劳强 度 和模态 分 析 , 以便 评 价 构 架 是 否 满 足 强 度
和动态特性 的设计要求 , 并为构架结构优化提供相 关的参数依据.
1 CW一0 K型转 向架构 架 20
1 1 构 架 结构 .
C 2 0 转 向 架 构 架 是 H 形 钢 板 焊 接 结 构 , 、 0K
构架的强度和动态特性的研究却很少 , 因此 , C 对 W 20 0K转 向架构架进行强度和动态评估具有重要的 意义 . 文 在基 于 JS 27 2 O 范 的基 础 上 , 本 IE 4O— O4规

运用 C / AE技术 对 C 2 0 转 向架 构架 进 行 AD C W一0 K
由两根侧梁和两根横梁组成. 侧梁为 中间下 凹的鱼
腹形 , 4块钢板 组 焊成 箱形 封 闭结构 , 内部 由密 由 其 封板 隔 开 , 侧梁 内腔变 成空 气 弹簧 的 附加 空气 室. 将
图 1 构 架有 限 元 模 型
H g 1 Hn t l e tmo e o r me . ieee n m d ffa
第 3 卷 第 3期 O 2 1 年 6月 01








VO . O No 3 13 .
J un 1 f a z o i tn iest o r a o n h uja o gUnvri L o y
J n 0 1 u e2 1
文 章 编 号 :0 14 7 ( 0 1 0-0 10 1 0 -3 3 2 1) 30 5 -4
频 率为 3.4 z能够有效地避开激振频 率. 为优化 构架结构提供相 关的参数依 据. 394H , 这
关键词 : 架; 构 有限元 ; 疲劳强度 ; 态分析 模
中 图分 类 号 : 7 . 3 U2 O 3 1 文献标 志码 : A
转向架构架是车辆 的主要 承载 和传 力部 件, 车 辆在运行过程中, 构架不仅要承受载荷作用 , 还需要 传递车体与轮对间 的各种作用力 , 其可靠性直接影 响车辆的运行安全 , 而且其振动也会影 响车辆 的稳 定性和安全性. 以, 所 国内外对构架的强度分析和动 态评估很重视 , 国内专家对各主型转 向架都做 了相

第 3 O卷
2 应力计算结果
运 用 大型通 用 有限元 分析 软 件 AN YS分析 出 S 9 载荷 工况 下 的应 力 值 , 按 照 JSE 2 7 20 种 并 I 40 - 04 规范将 9种载荷 工 况 下 的应 力 组合 叠 加 , 算 出驱 计
斜 对
动工况下 的平均应力 和应力 幅分别 为 26 1MP 1. a 和 8. a制动工况下的平均应力和应力幅分别 02 MP ,
1 3 评 价标 准 .
横梁采用 日本进 口无缝钢管 , 外径为 1 52mm, 6 . 壁 厚 1 . m 在侧梁上焊有定位座、 向减震器座 、 4 3m . 横 பைடு நூலகம்高度 阀座和防过充装 置座等 , 在横梁上焊有盘形制 动吊座 , 抗侧滚扭杆座 、 牵引拉杆座.
1 3 1 载荷 条件 ..
规范组合后施加在 构架上 , 分析计算 出构架 的平均 应 力和应 力 幅 , 表 1所示 . 如
表 1 应力计算结果
1 S r s Mc l t n r s l t es c u a i e u t o s MP a
1 3 2 平 均应 力 ..
应 的强 度 和动 态 分 析 , 是 针 对 C -0K 转 向架 但 W 20
1 2 有 限元 模型 .
综合考虑整个构架的计算精度及结构的实际情 况, 选定整体构架作为离散模型 , 对构架的离散模型 采用 1 O节点实体单元 S l 2运用大型通用有限 oi 9 , d 元分析软件 A S S N Y 对构架整体进行有限元离散和 计算 , 在构架的轴箱弹簧安装座下 面加 1 个 C m 2 o- b e4 i 弹簧单元 , n1 弹簧单元的刚度系数和轴箱弹簧 的刚 度一 致. 最终 离 散 出 的节 点 数 为 394 9 单 元 1 5 , 数为 1322 离 散 的有 限元 模 型如 图 1 示 L. 6 9 , 所 1 ]
依据 JSE 27 20 规范计算出 9 I 4 0- 04 种载荷工 况下构架受到 的各种载荷值 , 其大小和方 向如图 2
所示 .
收稿 日期 :0 10 —3 2 1 —11
作者 简介: 丹 ( 9 6)男 , 吴 1 8・ , 甘肃平凉人 , 硕士生.
5 2







为 23 7MP 和 8. a并 运用 ANS 0. a 78MP , YS软 件 中
的工况组合项 , 9 将 种工况载荷按 JSE 27 20 I 40 - 0 4
图 2 C 20 转 向 架构 架 W-0 K
F g 2 B0 r meo i. e f a fCW - 0 K 20
S S中 Y 进行 有 限元分析 , 据分析结果 并参 照标准 J 40-20 和焊接材料 的 G o m n 依 I E 27 04 S od a 疲劳极限 图对 构架进
行疲 劳强度评 估. 此外, 还对构架进行模 态分析 , 分析 构 架在 某一频域 内的振 动模 态 , 而评价 构 架的动 态性 能是 从 否满足设 计要 求. 分析 结果表 明 : 关键 点的等效应 力均 小于许 用值 , 各 构架 满足疲 劳强度 的要 求; 架的 最低 自振 构
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