鐵路特種貨車底架結構改造設計

鐵路特種貨車底架結構改造設計摘要：特種車輛主要用于運輸超長、超重、超高貨物。由于其承載能力比普通平板車高，車輛重量更大。為了適應市場競爭的要求和日益增長的鐵路運輸需求，各國鐵路運輸的質量和技術都有了很大的提高。在時效性、安全性、可靠性質量和環(huán)保性等方面，貨車的基本技術條件比過去有了很大的提高，我國貨車在鐵路貨運方面與國外發(fā)達國家還有很大差距，而貨車的技術水平難以滿足經濟發(fā)展和運輸市場競爭的要求。對鐵路專用貨運底架結構改造設計分析。關鍵詞：改造設計；底架；有限元分析；模態(tài)分析隨著國民經濟的發(fā)展，特別是冶金、電力、化工、軍工等行業(yè)的發(fā)展，大型軍用機械設備越來越多，這些超重物品的運輸關系到國家的建設和發(fā)展，特種貨物車在結構、數量和技術參數上都有了很大的進步。一、底架方案及結構改造設計1?方案分析。在初步方案中，根據TB/tl335-96《鐵路車輛設計及強度試驗規(guī)范》和最不利條件的組合原則。底架強度計算荷載組合如下：總垂直荷載=靜態(tài)垂直荷載X（動荷載系數+側向力系數）；總垂直荷載+縱向壓縮力+扭轉荷載；垂直總載荷＋縱向拉伸力＋扭轉載荷；根據初步設計資料，上述三種工況下凹底底架的最大應力分別為139.5mpa、135.7mpa和104.7mpa。這遠遠低于所用材料的允許值，底架中心的最大撓度為46mm，撓跨的比值（撓度底架兩個中心板之間的中心距離）為1/328。以上數據顯示，底架具有更大的儲能減壓能力。對于凹底底架，凹底底架的長度和寬度、底架凹底表面與軌面之間的高度、下支架兩個中心板之間的距離在科學任務書中有明確規(guī)定，不得更改。凹底底架下平面距軌面300mm，為鐵路車輛的變窄寬度限制區(qū)。因此，本次改造的主要設計方向是降低自重系數，提高運行速度，降低復合重心高度。其他技術參數盡量修改，凈重系數在0.3?0.4之間。長貨車的汽車重量系數通常約為0.6。凈重系數是鐵路貨車設計水平的重要指標，具有許多實際意義。在設計過程中，盡量減輕重量，提高過橋的能力原設備和車輛的組合重心太高，只能以50公里/小時的速度行駛。希望改裝后的11米凹底平車不僅能夠整體裝卸，而且能夠在裝載后以120公里/小時的速度運輸，大大縮短了車輛占用的時間，凹底底架的主要材料是Q345-D低合金鋼，許用應力為216Mpa。它們是低碳低錳合金鋼，具有較高的強度和塑性,更重要的是具有低溫沖擊強度它易于焊接，適合鐵路車輛的制造特點和多區(qū)域環(huán)境特點。梁截面高度將從366mm增加到450mm，且不會改變承載曲面相對于軌道曲面的高度，因為底部和間隙之間仍有很多空間。同時，重心向下移動，降低了整個汽車的重心。按照TB1335的要求鐵路車輛設計和強度試驗規(guī)范及鋼材市場標準?？紤]到安全運營鐵路的重要性，并根據多年的設計和生產經驗，側、橫、枕、牽引梁使用不同的截面組合，希望從不同的解決方案中找到更合理的解決辦法。在原始方案中，上下蓋板幾腹板厚度分別為25mm、25mm、20mm，12mm筋隔板厚度。2.改造后的技術參數。可達到的性能參數見表2-1:V32自Jit泵數-<O.K坯行迪蟲<kni/li)1'!)5i￡JKiRC.t/m)A387表1改造后期望的參數表3.改造進程面臨的挑戰(zhàn)。底架改造的設計存在若干困難:(1)許用應力是材料極限應力與安全系數之間的關系，是測量結構強度的基礎。安全因素的選擇意味著適當管理安全與經濟之間的關系。從安全角度看，安全因素應該增加，這將不可避免地增加材料和車輛的重量，并對經濟產生不利影響。從經濟角度來看，雖然使用較少的材料可以減輕自重，但這不利于安全。(2)底架不同部分的厚度(甚至由于重量減輕而減小，從而降低底架本身的強度、剛度和穩(wěn)定性)以及底架結構參數(包括底架重量、垂直剛度和扭轉剛度對以下各項的影響)還要考慮底架更改對生產流程的影響。(3)底架結構改變后，空氣制動裝置和手制動裝置也發(fā)生變化，需要重新計算制動比、制動率和制動距離。(4)底架所有零件的板相應地變薄后，材料中板和零件的剛性降低可能導致相應的提升困難等。與有關部門的技術人員協(xié)調和討論了這些問題，并加強或增加了相應的工裝、吊具。在底盤制造過程中，對所有生產工序進行了檢查，以確保前一工序的質量，并為裝配提供可靠的保證二、凹底底架強度和剛度及模態(tài)分析由于傳統(tǒng)方法計算的應力應變不能分析構件的所有變化，ANSYS可以避免傳統(tǒng)方法計算量大的問題，并可以重新驗證設計的安全性和評估結果的準確性，以供參考。結構參數。底架為封閉箱型結構，由側、牽引、枕和橫梁組成。底架縱橫對稱，側梁中央高450mm，兩梁高330mm，即上蓋、下蓋、腹板焊接的箱梁、側,牽引，枕和橫的腹板厚厚度為12mm，蓋板底板厚度16mm，底架全部采用q345-d低合金鋼。結構有限元分析模型。離散結構模型。由于需要計算預埋底架的扭轉條件，需要對整個底架結構進行建模，采用殼單元模擬凹底底架結構。有限元模型采用8節(jié)點Solid45節(jié)點單元。整個底架結構分為188485個離散單元。如圖1所示，凹底平車用于運輸專用設備，兩個油壓千斤頂放置在底架的支承面上，最壞的情況下，車輛的總重量可以考慮由兩個千斤頂支撐。兩千斤頂之間的距離越小，各工況的應力應變越大，千斤頂之間的距離越大，為7米。根據《鐵道車輛強度設計與試驗規(guī)范》TB/T1335,底架荷載為垂向、側向和扭轉。圖1底架離散模型4?模態(tài)分析。根據gb5599-85,ANSYS模態(tài)分析是一個理論建模過程。采用有限元法對振動結構進行離散，建立了系統(tǒng)特征值問題的數學模型，得到了系統(tǒng)的函數值和函數向量。它是系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)矢量。模態(tài)是振動系統(tǒng)的一種表示。載荷條件按gb5599-86《鐵道車輛動態(tài)性能評價試驗規(guī)程》確定荷載工況為：垂直靜荷載(自重+荷載)和心盤的載荷之和；垂直載荷動荷系數X垂直靜載，垂直動載系數為0.34；枕梁兩端的旁承上的扭轉載荷為50kN.m垂向力，并進行了計算，結構振型模態(tài)應變可以表示為每個序列固有模態(tài)應變的線性組合。低振幅振型與高振幅振型相比，低振幅振型對結構動力特性的影響更大，因此低振幅振型決定了結構的動力特性。它們是垂直彎曲和扭轉，充分反映了模型結構的響應。有限元模態(tài)分析為下軸承的響應分析提供了重要的模態(tài)參數。這為改進結構設計提供了理論依據，進一步推導了結構振動方程，預測了系統(tǒng)在外力作用下的響應，為進一步研究振動和疲勞問題奠定了基礎?？傊?，設計方案的選擇是科學合理的。底架的成功開發(fā)具有重要的現實意義不僅降低了制造成本，而且解決了鐵路運營中的諸多實際困難。它可以組織與常規(guī)車輛的通信，提高速度，提高過橋能力，減少鐵路養(yǎng)護工作量和費用，解決特種設備快速運輸的問題，滿足戰(zhàn)時需要，減少車輛估算。具有良好的社會效益和經濟效益參考文獻：魏德.鐵道車輛用鋼焊接接頭的疲勞和斷裂行為.鐵道車輛.2019,2~18龐濤.凹底平車移動心盤有限元分析及其改造設計.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學學報.2019,5:19~22劉金.