混鐵車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計與分析

摘 要：文章提出了大型混鐵車轉(zhuǎn)向架的技術(shù)參數(shù)。通過理論計算，從原理上對轉(zhuǎn)向架通過曲線時的參數(shù)進行了計算，確保技術(shù)參數(shù)的合理性。使用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)向架的三維模型，使用ANSYS軟件對搖枕、側(cè)架進行了靜強度分析，獲得了不同工況條件下?lián)u枕、側(cè)架的應(yīng)力分布云圖和相關(guān)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架；側(cè)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(xié)調(diào)高爐出鐵水量與煉鋼使用鐵水量兩者間短時出現(xiàn)的不均衡狀態(tài)；還可以進行“三脫”作業(yè)，以縮短鋼水在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的冶煉時間?；扈F車通過轉(zhuǎn)向架行走，隨著混鐵車裝載量的增大，目前轉(zhuǎn)向架的承載能力已不能滿足使用要求，因此需要開發(fā)一種新型的轉(zhuǎn)向架。

2 轉(zhuǎn)向架參數(shù)確定

混鐵車運行在鋼鐵企業(yè)的專用線路上，應(yīng)該在保證轉(zhuǎn)向架零部件可靠性高，穩(wěn)定和動態(tài)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(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)決定了轉(zhuǎn)向架的運載力和穩(wěn)定運行的主要技術(shù)指標。

轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 轉(zhuǎn)向架通過曲線計算

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

4 側(cè)架承受的載荷及有限元分析

4.1 側(cè)架的綜合受力情況

側(cè)架在垂向靜載荷、垂向動載荷、側(cè)向力引起的附加垂向載荷、側(cè)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(cè)架有限元分析

該轉(zhuǎn)向架的側(cè)架為一體鑄造結(jié)構(gòu)，材質(zhì)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(cè)架進行施加載荷操作，在兩側(cè)軸承箱支承面上施加位移約束。在側(cè)架中間彈簧支承面部位施加垂向載荷，在搖枕導(dǎo)框的側(cè)立面施加橫向載荷。施加載荷后，運行求解，得到的側(cè)架的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D1所示[3]。

側(cè)架在垂直載荷和橫向載荷作用下各單元的最大合成應(yīng)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(cè)向力引起的附加垂向載荷、側(cè)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(zhuǎn)向架的搖枕為一體鑄造結(jié)構(gòu)，材質(zhì)采用ZG270-500，兩端有側(cè)架導(dǎo)框及彈簧定位凸臺，中間設(shè)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(jié)構(gòu)特點，在保證模型可以進行良好的網(wǎng)格處理，對模型進行了處理。采用實體solid92單元對搖枕進行結(jié)構(gòu)離散，進行有限元網(wǎng)格劃分。

在靜強度計算時，需要對側(cè)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(huán)面施加水平載荷。施加載荷后，運行求解，得到的搖枕的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D2所示[4]。

6 結(jié)束語

本文分析了作用在轉(zhuǎn)向架上的載荷情況，使用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)向架的三維模型，并將其主要承力的部件搖枕、側(cè)架的三維模型導(dǎo)入到大型有限元分析軟件ANSYS軟件中進行分析，對搖枕、側(cè)架進行了靜強度分析，獲得了工況條件下?lián)u枕、側(cè)架的應(yīng)力分布云圖和相關(guān)數(shù)據(jù)。分析結(jié)果表明：搖枕、側(cè)架的設(shè)計符合設(shè)計要求。

參考文獻

[1]何小玲.關(guān)于混鐵車固定軸距與鐵路曲線半徑的研究[J].職大學(xué)報，2001，4：45.

[2]冶金工業(yè)部.冶金企業(yè)鐵路技術(shù)管理規(guī)程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

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

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

作者簡介：支國云（1979，9-），男，工程師，2003年7月畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院機械工程分院機械工程及自動化專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2009年考入石家莊鐵道學(xué)院機械工程分院攻讀工程碩士學(xué)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(zhuǎn)向架的技術(shù)參數(shù)。通過理論計算，從原理上對轉(zhuǎn)向架通過曲線時的參數(shù)進行了計算，確保技術(shù)參數(shù)的合理性。使用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)向架的三維模型，使用ANSYS軟件對搖枕、側(cè)架進行了靜強度分析，獲得了不同工況條件下?lián)u枕、側(cè)架的應(yīng)力分布云圖和相關(guān)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架；側(cè)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(xié)調(diào)高爐出鐵水量與煉鋼使用鐵水量兩者間短時出現(xiàn)的不均衡狀態(tài)；還可以進行“三脫”作業(yè)，以縮短鋼水在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的冶煉時間?；扈F車通過轉(zhuǎn)向架行走，隨著混鐵車裝載量的增大，目前轉(zhuǎn)向架的承載能力已不能滿足使用要求，因此需要開發(fā)一種新型的轉(zhuǎn)向架。

2 轉(zhuǎn)向架參數(shù)確定

混鐵車運行在鋼鐵企業(yè)的專用線路上，應(yīng)該在保證轉(zhuǎn)向架零部件可靠性高，穩(wěn)定和動態(tài)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(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)決定了轉(zhuǎn)向架的運載力和穩(wěn)定運行的主要技術(shù)指標。

轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 轉(zhuǎn)向架通過曲線計算

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

4 側(cè)架承受的載荷及有限元分析

4.1 側(cè)架的綜合受力情況

側(cè)架在垂向靜載荷、垂向動載荷、側(cè)向力引起的附加垂向載荷、側(cè)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(cè)架有限元分析

該轉(zhuǎn)向架的側(cè)架為一體鑄造結(jié)構(gòu)，材質(zhì)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(cè)架進行施加載荷操作，在兩側(cè)軸承箱支承面上施加位移約束。在側(cè)架中間彈簧支承面部位施加垂向載荷，在搖枕導(dǎo)框的側(cè)立面施加橫向載荷。施加載荷后，運行求解，得到的側(cè)架的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D1所示[3]。

側(cè)架在垂直載荷和橫向載荷作用下各單元的最大合成應(yīng)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(cè)向力引起的附加垂向載荷、側(cè)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(zhuǎn)向架的搖枕為一體鑄造結(jié)構(gòu)，材質(zhì)采用ZG270-500，兩端有側(cè)架導(dǎo)框及彈簧定位凸臺，中間設(shè)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(jié)構(gòu)特點，在保證模型可以進行良好的網(wǎng)格處理，對模型進行了處理。采用實體solid92單元對搖枕進行結(jié)構(gòu)離散，進行有限元網(wǎng)格劃分。

在靜強度計算時，需要對側(cè)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(huán)面施加水平載荷。施加載荷后，運行求解，得到的搖枕的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D2所示[4]。

6 結(jié)束語

本文分析了作用在轉(zhuǎn)向架上的載荷情況，使用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)向架的三維模型，并將其主要承力的部件搖枕、側(cè)架的三維模型導(dǎo)入到大型有限元分析軟件ANSYS軟件中進行分析，對搖枕、側(cè)架進行了靜強度分析，獲得了工況條件下?lián)u枕、側(cè)架的應(yīng)力分布云圖和相關(guān)數(shù)據(jù)。分析結(jié)果表明：搖枕、側(cè)架的設(shè)計符合設(shè)計要求。

參考文獻

[1]何小玲.關(guān)于混鐵車固定軸距與鐵路曲線半徑的研究[J].職大學(xué)報，2001，4：45.

[2]冶金工業(yè)部.冶金企業(yè)鐵路技術(shù)管理規(guī)程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

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

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

作者簡介：支國云（1979，9-），男，工程師，2003年7月畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院機械工程分院機械工程及自動化專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2009年考入石家莊鐵道學(xué)院機械工程分院攻讀工程碩士學(xué)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(zhuǎn)向架的技術(shù)參數(shù)。通過理論計算，從原理上對轉(zhuǎn)向架通過曲線時的參數(shù)進行了計算，確保技術(shù)參數(shù)的合理性。使用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)向架的三維模型，使用ANSYS軟件對搖枕、側(cè)架進行了靜強度分析，獲得了不同工況條件下?lián)u枕、側(cè)架的應(yīng)力分布云圖和相關(guān)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架；側(cè)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(xié)調(diào)高爐出鐵水量與煉鋼使用鐵水量兩者間短時出現(xiàn)的不均衡狀態(tài)；還可以進行“三脫”作業(yè)，以縮短鋼水在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的冶煉時間?；扈F車通過轉(zhuǎn)向架行走，隨著混鐵車裝載量的增大，目前轉(zhuǎn)向架的承載能力已不能滿足使用要求，因此需要開發(fā)一種新型的轉(zhuǎn)向架。

2 轉(zhuǎn)向架參數(shù)確定

混鐵車運行在鋼鐵企業(yè)的專用線路上，應(yīng)該在保證轉(zhuǎn)向架零部件可靠性高，穩(wěn)定和動態(tài)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(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)決定了轉(zhuǎn)向架的運載力和穩(wěn)定運行的主要技術(shù)指標。

轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 轉(zhuǎn)向架通過曲線計算

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

4 側(cè)架承受的載荷及有限元分析

4.1 側(cè)架的綜合受力情況

側(cè)架在垂向靜載荷、垂向動載荷、側(cè)向力引起的附加垂向載荷、側(cè)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(cè)架有限元分析

該轉(zhuǎn)向架的側(cè)架為一體鑄造結(jié)構(gòu)，材質(zhì)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(cè)架進行施加載荷操作，在兩側(cè)軸承箱支承面上施加位移約束。在側(cè)架中間彈簧支承面部位施加垂向載荷，在搖枕導(dǎo)框的側(cè)立面施加橫向載荷。施加載荷后，運行求解，得到的側(cè)架的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D1所示[3]。

側(cè)架在垂直載荷和橫向載荷作用下各單元的最大合成應(yīng)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(cè)向力引起的附加垂向載荷、側(cè)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(zhuǎn)向架的搖枕為一體鑄造結(jié)構(gòu)，材質(zhì)采用ZG270-500，兩端有側(cè)架導(dǎo)框及彈簧定位凸臺，中間設(shè)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(jié)構(gòu)特點，在保證模型可以進行良好的網(wǎng)格處理，對模型進行了處理。采用實體solid92單元對搖枕進行結(jié)構(gòu)離散，進行有限元網(wǎng)格劃分。

在靜強度計算時，需要對側(cè)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(huán)面施加水平載荷。施加載荷后，運行求解，得到的搖枕的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D2所示[4]。

6 結(jié)束語

本文分析了作用在轉(zhuǎn)向架上的載荷情況，使用Pro/E軟件建立了轉(zhuǎn)向架的三維模型，并將其主要承力的部件搖枕、側(cè)架的三維模型導(dǎo)入到大型有限元分析軟件ANSYS軟件中進行分析，對搖枕、側(cè)架進行了靜強度分析，獲得了工況條件下?lián)u枕、側(cè)架的應(yīng)力分布云圖和相關(guān)數(shù)據(jù)。分析結(jié)果表明：搖枕、側(cè)架的設(shè)計符合設(shè)計要求。

參考文獻

[1]何小玲.關(guān)于混鐵車固定軸距與鐵路曲線半徑的研究[J].職大學(xué)報，2001，4：45.

[2]冶金工業(yè)部.冶金企業(yè)鐵路技術(shù)管理規(guī)程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

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

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

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