混鐵車轉向架的設計與分析

摘 要：文章提出了大型混鐵車轉向架的技術參數。通過理論計算，從原理上對轉向架通過曲線時的參數進行了計算，確保技術參數的合理性。使用Pro/E軟件建立了轉向架的三維模型，使用ANSYS軟件對搖枕、側架進行了靜強度分析，獲得了不同工況條件下搖枕、側架的應力分布云圖和相關數據。

關鍵詞：轉向架；側架；搖枕；靜強度分析

1 引言

混鐵車是一種運輸高溫鐵水的專用冶金車輛。它可以協調高爐出鐵水量與煉鋼使用鐵水量兩者間短時出現的不均衡狀態；還可以進行“三脫”作業，以縮短鋼水在轉爐內的冶煉時間。混鐵車通過轉向架行走，隨著混鐵車裝載量的增大，目前轉向架的承載能力已不能滿足使用要求，因此需要開發一種新型的轉向架。

2 轉向架參數確定

混鐵車運行在鋼鐵企業的專用線路上，應該在保證轉向架零部件可靠性高，穩定和動態性能的前提下，最大限度地減少自身重量增加的負載。因此，轉向架的主要技術參數可以確定為：軸重、自重、車輪直徑、固定軸距和通過最小曲線半徑。這些技術參數決定了轉向架的運載力和穩定運行的主要技術指標。

轉向架主要技術參數見表1。

3 轉向架通過曲線計算

轉向架在通過曲線線路時，轉向架與鐵軌的相對位置是不同的，從而形成了不同的內接形式。在計算轉向架固定軸距可以通過的最小曲線半徑時，轉向架固定軸距1g與通過最小曲線半徑R有以下關系[1]：

4 側架承受的載荷及有限元分析

4.1 側架的綜合受力情況

側架在垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向載荷、側向力及輪軌間作用力所引起的水平載荷作用下的受力情況，受力計算如表2。

4.2 側架有限元分析

該轉向架的側架為一體鑄造結構，材質采用ZG270-500。分析單元采用實體solid92單元，建立靜強度有限元分析模型。

參照表2對側架進行施加載荷操作，在兩側軸承箱支承面上施加位移約束。在側架中間彈簧支承面部位施加垂向載荷，在搖枕導框的側立面施加橫向載荷。施加載荷后，運行求解，得到的側架的應力及應變如圖1所示[3]。

側架在垂直載荷和橫向載荷作用下各單元的最大合成應力為94MPa。

5 搖枕承受的載荷及有限元分析

5.1 搖枕的綜合受力情況

搖枕在垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向載荷、側向力及輪軌間作用力所引起的水平載荷作用下的受力情況，受力計算如表3。

5.2 搖枕有限元分析

該轉向架的搖枕為一體鑄造結構，材質采用ZG270-500，兩端有側架導框及彈簧定位凸臺，中間設有一體式下心盤。

在三維模型建立過程中，考慮搖枕的受力情況及結構特點，在保證模型可以進行良好的網格處理，對模型進行了處理。采用實體solid92單元對搖枕進行結構離散，進行有限元網格劃分。

在靜強度計算時，需要對側架進行施加載荷操作。施加載荷的大小及施加的位置參照表3。在搖枕兩彈簧支承面施加位移約束。在心盤面施加垂向載荷，在心盤環面施加水平載荷。施加載荷后，運行求解，得到的搖枕的應力及應變如圖2所示[4]。

6 結束語

本文分析了作用在轉向架上的載荷情況，使用Pro/E軟件建立了轉向架的三維模型，并將其主要承力的部件搖枕、側架的三維模型導入到大型有限元分析軟件ANSYS軟件中進行分析，對搖枕、側架進行了靜強度分析，獲得了工況條件下搖枕、側架的應力分布云圖和相關數據。分析結果表明：搖枕、側架的設計符合設計要求。

參考文獻

[1]何小玲.關于混鐵車固定軸距與鐵路曲線半徑的研究[J].職大學報，2001，4：45.

[2]冶金工業部.冶金企業鐵路技術管理規程[M].北京：冶金工業出版社，1980.

[3]王慶五，左 ，胡仁喜，等.ANSYS 10.0 機械設計高級應用實例（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2006.1.

[4]Saeed Moaveni.Finite element analysis：theory and application with ANSYS[M].北京：電子工業出版社，2008.

作者簡介：支國云（1979，9-），男，工程師，2003年7月畢業于石家莊鐵道學院機械工程分院機械工程及自動化專業，獲工學學士學位，2009年考入石家莊鐵道學院機械工程分院攻讀工程碩士學位，2008年11月取得中級職稱資格。endprint

摘 要：文章提出了大型混鐵車轉向架的技術參數。通過理論計算，從原理上對轉向架通過曲線時的參數進行了計算，確保技術參數的合理性。使用Pro/E軟件建立了轉向架的三維模型，使用ANSYS軟件對搖枕、側架進行了靜強度分析，獲得了不同工況條件下搖枕、側架的應力分布云圖和相關數據。

關鍵詞：轉向架；側架；搖枕；靜強度分析

1 引言

混鐵車是一種運輸高溫鐵水的專用冶金車輛。它可以協調高爐出鐵水量與煉鋼使用鐵水量兩者間短時出現的不均衡狀態；還可以進行“三脫”作業，以縮短鋼水在轉爐內的冶煉時間。混鐵車通過轉向架行走，隨著混鐵車裝載量的增大，目前轉向架的承載能力已不能滿足使用要求，因此需要開發一種新型的轉向架。

2 轉向架參數確定

混鐵車運行在鋼鐵企業的專用線路上，應該在保證轉向架零部件可靠性高，穩定和動態性能的前提下，最大限度地減少自身重量增加的負載。因此，轉向架的主要技術參數可以確定為：軸重、自重、車輪直徑、固定軸距和通過最小曲線半徑。這些技術參數決定了轉向架的運載力和穩定運行的主要技術指標。

轉向架主要技術參數見表1。

3 轉向架通過曲線計算

轉向架在通過曲線線路時，轉向架與鐵軌的相對位置是不同的，從而形成了不同的內接形式。在計算轉向架固定軸距可以通過的最小曲線半徑時，轉向架固定軸距1g與通過最小曲線半徑R有以下關系[1]：

4 側架承受的載荷及有限元分析

4.1 側架的綜合受力情況

側架在垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向載荷、側向力及輪軌間作用力所引起的水平載荷作用下的受力情況，受力計算如表2。

4.2 側架有限元分析

該轉向架的側架為一體鑄造結構，材質采用ZG270-500。分析單元采用實體solid92單元，建立靜強度有限元分析模型。

參照表2對側架進行施加載荷操作，在兩側軸承箱支承面上施加位移約束。在側架中間彈簧支承面部位施加垂向載荷，在搖枕導框的側立面施加橫向載荷。施加載荷后，運行求解，得到的側架的應力及應變如圖1所示[3]。

側架在垂直載荷和橫向載荷作用下各單元的最大合成應力為94MPa。

5 搖枕承受的載荷及有限元分析

5.1 搖枕的綜合受力情況

搖枕在垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向載荷、側向力及輪軌間作用力所引起的水平載荷作用下的受力情況，受力計算如表3。

5.2 搖枕有限元分析

該轉向架的搖枕為一體鑄造結構，材質采用ZG270-500，兩端有側架導框及彈簧定位凸臺，中間設有一體式下心盤。

在三維模型建立過程中，考慮搖枕的受力情況及結構特點，在保證模型可以進行良好的網格處理，對模型進行了處理。采用實體solid92單元對搖枕進行結構離散，進行有限元網格劃分。

在靜強度計算時，需要對側架進行施加載荷操作。施加載荷的大小及施加的位置參照表3。在搖枕兩彈簧支承面施加位移約束。在心盤面施加垂向載荷，在心盤環面施加水平載荷。施加載荷后，運行求解，得到的搖枕的應力及應變如圖2所示[4]。

6 結束語

本文分析了作用在轉向架上的載荷情況，使用Pro/E軟件建立了轉向架的三維模型，并將其主要承力的部件搖枕、側架的三維模型導入到大型有限元分析軟件ANSYS軟件中進行分析，對搖枕、側架進行了靜強度分析，獲得了工況條件下搖枕、側架的應力分布云圖和相關數據。分析結果表明：搖枕、側架的設計符合設計要求。

參考文獻

[1]何小玲.關于混鐵車固定軸距與鐵路曲線半徑的研究[J].職大學報，2001，4：45.

[2]冶金工業部.冶金企業鐵路技術管理規程[M].北京：冶金工業出版社，1980.

[3]王慶五，左 ，胡仁喜，等.ANSYS 10.0 機械設計高級應用實例（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2006.1.

[4]Saeed Moaveni.Finite element analysis：theory and application with ANSYS[M].北京：電子工業出版社，2008.

作者簡介：支國云（1979，9-），男，工程師，2003年7月畢業于石家莊鐵道學院機械工程分院機械工程及自動化專業，獲工學學士學位，2009年考入石家莊鐵道學院機械工程分院攻讀工程碩士學位，2008年11月取得中級職稱資格。endprint

摘 要：文章提出了大型混鐵車轉向架的技術參數。通過理論計算，從原理上對轉向架通過曲線時的參數進行了計算，確保技術參數的合理性。使用Pro/E軟件建立了轉向架的三維模型，使用ANSYS軟件對搖枕、側架進行了靜強度分析，獲得了不同工況條件下搖枕、側架的應力分布云圖和相關數據。

關鍵詞：轉向架；側架；搖枕；靜強度分析

1 引言

混鐵車是一種運輸高溫鐵水的專用冶金車輛。它可以協調高爐出鐵水量與煉鋼使用鐵水量兩者間短時出現的不均衡狀態；還可以進行“三脫”作業，以縮短鋼水在轉爐內的冶煉時間。混鐵車通過轉向架行走，隨著混鐵車裝載量的增大，目前轉向架的承載能力已不能滿足使用要求，因此需要開發一種新型的轉向架。

2 轉向架參數確定

混鐵車運行在鋼鐵企業的專用線路上，應該在保證轉向架零部件可靠性高，穩定和動態性能的前提下，最大限度地減少自身重量增加的負載。因此，轉向架的主要技術參數可以確定為：軸重、自重、車輪直徑、固定軸距和通過最小曲線半徑。這些技術參數決定了轉向架的運載力和穩定運行的主要技術指標。

轉向架主要技術參數見表1。

3 轉向架通過曲線計算

轉向架在通過曲線線路時，轉向架與鐵軌的相對位置是不同的，從而形成了不同的內接形式。在計算轉向架固定軸距可以通過的最小曲線半徑時，轉向架固定軸距1g與通過最小曲線半徑R有以下關系[1]：

4 側架承受的載荷及有限元分析

4.1 側架的綜合受力情況

側架在垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向載荷、側向力及輪軌間作用力所引起的水平載荷作用下的受力情況，受力計算如表2。

4.2 側架有限元分析

該轉向架的側架為一體鑄造結構，材質采用ZG270-500。分析單元采用實體solid92單元，建立靜強度有限元分析模型。

參照表2對側架進行施加載荷操作，在兩側軸承箱支承面上施加位移約束。在側架中間彈簧支承面部位施加垂向載荷，在搖枕導框的側立面施加橫向載荷。施加載荷后，運行求解，得到的側架的應力及應變如圖1所示[3]。

側架在垂直載荷和橫向載荷作用下各單元的最大合成應力為94MPa。

5 搖枕承受的載荷及有限元分析

5.1 搖枕的綜合受力情況

搖枕在垂向靜載荷、垂向動載荷、側向力引起的附加垂向載荷、側向力及輪軌間作用力所引起的水平載荷作用下的受力情況，受力計算如表3。

5.2 搖枕有限元分析

該轉向架的搖枕為一體鑄造結構，材質采用ZG270-500，兩端有側架導框及彈簧定位凸臺，中間設有一體式下心盤。

在三維模型建立過程中，考慮搖枕的受力情況及結構特點，在保證模型可以進行良好的網格處理，對模型進行了處理。采用實體solid92單元對搖枕進行結構離散，進行有限元網格劃分。

在靜強度計算時，需要對側架進行施加載荷操作。施加載荷的大小及施加的位置參照表3。在搖枕兩彈簧支承面施加位移約束。在心盤面施加垂向載荷，在心盤環面施加水平載荷。施加載荷后，運行求解，得到的搖枕的應力及應變如圖2所示[4]。

6 結束語

本文分析了作用在轉向架上的載荷情況，使用Pro/E軟件建立了轉向架的三維模型，并將其主要承力的部件搖枕、側架的三維模型導入到大型有限元分析軟件ANSYS軟件中進行分析，對搖枕、側架進行了靜強度分析，獲得了工況條件下搖枕、側架的應力分布云圖和相關數據。分析結果表明：搖枕、側架的設計符合設計要求。

參考文獻

[1]何小玲.關于混鐵車固定軸距與鐵路曲線半徑的研究[J].職大學報，2001，4：45.

[2]冶金工業部.冶金企業鐵路技術管理規程[M].北京：冶金工業出版社，1980.

[3]王慶五，左 ，胡仁喜，等.ANSYS 10.0 機械設計高級應用實例（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2006.1.

[4]Saeed Moaveni.Finite element analysis：theory and application with ANSYS[M].北京：電子工業出版社，2008.

作者簡介：支國云（1979，9-），男，工程師，2003年7月畢業于石家莊鐵道學院機械工程分院機械工程及自動化專業，獲工學學士學位，2009年考入石家莊鐵道學院機械工程分院攻讀工程碩士學位，2008年11月取得中級職稱資格。endprint