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1.機(jī)車(chē)輪對(duì)輪箍加裝扣環(huán)方案簡(jiǎn)介
此方案是將機(jī)車(chē)輪對(duì)輪輞由原設(shè)計(jì)寬128 mm減少到107 mm，在輪箍?jī)?nèi)側(cè)根據(jù)擋深107 mm加工10 mmX10 mm的扣環(huán)槽，扣環(huán)槽內(nèi)鑲裝截面尺寸為10 mmX16 mm的扣環(huán)，扣環(huán)在輪箍熱狀態(tài)下鑲裝，輪箍加裝扣環(huán)后的裝配圖見(jiàn)圖，下面對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。
2.計(jì)算對(duì)象的選取
本次計(jì)算選取某系列機(jī)車(chē)輪對(duì)作為計(jì)算對(duì)象。計(jì)算過(guò)程中，首先按照輪對(duì)實(shí)際尺寸在SolidWorks下建立輪對(duì)的實(shí)體模型，通過(guò)parasolid文件格式導(dǎo)人到有限元分析軟件ANSYS中。考慮到磨耗到限車(chē)輪(輪箍厚度38 mm，輪緣厚度26 mm)比新制造車(chē)輪的受力狀態(tài)更惡劣，因此選用磨耗到限車(chē)輪作為對(duì)象進(jìn)行計(jì)算更具有說(shuō)服力，其實(shí)體模型如圖。為方便計(jì)算，在建立輪對(duì)實(shí)體模型時(shí)進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，根據(jù)其幾何模型和載荷的對(duì)稱性采用半個(gè)車(chē)輪，去掉了輪輞上的油孔及幅板上的起吊孔，忽略模型中較小倒角和圓角對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。
3.計(jì)算工況選取
車(chē)輪在運(yùn)用過(guò)程中承受多種復(fù)雜的載荷。軌道對(duì)車(chē)輪有徑向和橫向作用力、制動(dòng)過(guò)程中閘瓦對(duì)車(chē)輪的摩擦熱負(fù)荷、輪對(duì)裝配過(guò)程中采用過(guò)盈配合、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)引起的離心力等均對(duì)車(chē)輪的應(yīng)力分布有著很大的影響。
由于輪與軸、輪箍與輪輞采用過(guò)盈配合，存在于各種工況。不同的過(guò)盈量對(duì)車(chē)輪的應(yīng)力影響較大，同時(shí)對(duì)輪軸壓裝配合的緊固度也有很大影響。但實(shí)際的車(chē)輪生產(chǎn)過(guò)程中，磨耗到限的車(chē)輪其過(guò)盈量一般小于最大過(guò)盈量，因此計(jì)算中取過(guò)盈量的平均值，并取車(chē)輪運(yùn)行中最惡劣的曲線制動(dòng)工況。在此工況下車(chē)輪的載荷情況，見(jiàn)圖，各載荷作用位置符合AAR的s-660-83標(biāo)準(zhǔn)C37。其中，Pr為曲線工況下作用在增載側(cè)(輪重轉(zhuǎn)移)軸頸上的垂直載荷；R為曲線工況下鋼軌對(duì)增載側(cè)車(chē)輪的垂直支反力；H為曲線工況下鋼軌對(duì)車(chē)輪的橫向反作用力；T為制動(dòng)熱負(fù)荷；a為平均過(guò)盈量。
4.有限元計(jì)算及計(jì)算的邊界條件
4.1.計(jì)算模型
采用Solid45及Mesh200兩種單元對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元模型見(jiàn)圖。
在ANSYS軟件中，可以通過(guò)點(diǎn)一點(diǎn)單元和面-面單元實(shí)現(xiàn)輪軸之間的過(guò)盈配合。此次計(jì)算采用面-面單元，利用軟件中的接觸向?qū)б訥UI方式分別創(chuàng)建軸與輪輛、輪輞與輪箍之間的過(guò)盈配合，取軸與輪輞之間的平均過(guò)盈量為0.32 mm，輪輞與輪箍之間的平均過(guò)盈量為1.275 mm。
4.2.溫度場(chǎng)計(jì)算
計(jì)算中考慮比較惡劣的工況，假設(shè)熱量全部被車(chē)輪吸收，且在整個(gè)車(chē)輪踏面周?chē)鶆虻胤植迹嗉礋嶝?fù)荷是軸對(duì)稱的，該問(wèn)題屬于軸對(duì)稱問(wèn)題。為了在應(yīng)力計(jì)算中采用同一模型，以便利用溫度場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果，取1/2車(chē)輪進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)圖。溫度場(chǎng)計(jì)算的載荷是由于對(duì)車(chē)輪施行恒速制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱負(fù)荷，本次計(jì)算以30 km/h恒速，制動(dòng)10 min。
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