轉向架中央牽引裝置強度仿真分析

張曉艷（長春軌道客車股份有限公司,長春　130000）

轉向架中央牽引裝置強度仿真分析

張曉艷
（長春軌道客車股份有限公司,長春130000）

摘要：本文以轉向架中央牽引裝置為研究對象，依據UIC615標準施加載荷，采用有限元軟件Abaqus，輸入材料非線性曲線，得出縱向超常載荷作用下中心銷的永久變形小于0.2%，牽引裝置靜強度滿足標準要求。

關鍵詞：非線性；有限元；牽引裝置；靜強度

1　有限元模型

中央牽引裝置主要由中心銷、牽引梁、牽引拉桿、中心銷套等零部件組成。中心銷通過螺栓與車體枕梁連接。在車輛運行時，牽引裝置起傳遞轉向架牽引力和制動力的作用，在垂向不承擔支撐車體的任務。車體相對于轉向架的回轉是通過中心銷套的扭轉來實現的。

將中心銷、牽引梁、中心銷套和枕梁等結構整體考慮，中心銷通過8個M 24×110的螺栓與車體枕梁連接在一起，緊固力矩為500Nm。中心銷與銷套內筒之間為接觸關系，摩擦系數取0.15。中心銷下部通過1個M 36的螺栓與壓板緊固，螺栓的緊固力矩為900Nm。中心銷套外筒與牽引梁內壁采用MPCbeam連接來模擬二者之間的過盈裝配關系，忽略中心銷套中間的橡膠彈性，將銷套內、外壁作為一個整體考慮，同時中心銷與枕梁之間，壓板與中心銷套之間用接觸來處理，枕梁與螺母、螺母與螺栓、中心銷外筒與牽引梁及M 36螺栓與中心銷之間建立綁定約束。中心銷采用八節點六面體單元，牽引梁和橫向減振器座采用十節點四面體單元進行網格劃分。

2　載荷與工況

在分析過程中，枕梁、中心銷套及牽引梁內壁用剛體單元模擬，在枕梁上施加固定約束，首先在M36螺栓上施加104167N的預緊力，在M24螺栓上施加的86805.6N的預緊力，縱向載荷按轉向架5g沖擊加速度施加。為便于在牽引拉桿中心位置施加縱向載荷，在牽引拉桿座上加一個平板用于模擬牽引拉桿進行加載，將平板與牽引拉桿座綁定用于施加載荷。

3　結果分析

在縱向5g的超常載荷作用下，中心銷的Von-Mises應力如圖1所示，忽略螺栓孔處的應力，在中心銷筒與枕梁連接板的過渡圓弧位置及中心銷與銷套配合過渡區域的截面突變處應力已經超過屈服應力415MPa，最大為489MPa，因此對中心銷進一步進行彈塑性分析，材料的應力-應變曲線如圖2所示，彈塑性分析結果最大Von-Mises應力477MPa。

雖然477MPa已經超過了材料的屈服極限，但金屬材料不一定有明顯的屈服現象，通常按永久變形達到0.2%時的應力值作為屈服極限。中心銷與枕梁連接板的過渡圓弧位置最大的等效塑性應變為0.0089%，如圖3所示。按照這個定義，在縱向超常載荷作用下中心銷的永久變形小于0.2%。

4　結論

在超常縱向5g加速度載荷作用下，中心銷的最大等效應力為477MPa，超過C級鋼的屈服強度415MPa，但其塑性變形為0.0089%小于0.2%，同時根據UIC615-1規定5g沖擊加速度下，不允許產生任何故障，可以產生永久變形，因此設計符合要求。