整理CRH2型电力动车组大作业Word格式.docx

整理CRH2型电力动车组大作业Word格式.docx

《整理CRH2型电力动车组大作业Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整理CRH2型电力动车组大作业Word格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

13、拖车转向架车轴上装有机械制动盘（轴盘）

14、利用踏面清扫装置改善轮轨间运行噪声和黏着状态

本文以CRH2动车组轮对与轴箱弹簧为研究对象，建立其有限元模型。

按照相关标准，应用Soidworks2012对其进行CAD/CAE设计分析。

CRH2动车组转向架基本参数

项目

参数

最高试验速度/（km/h）

250

运营速度/（km/h）

200

定员时轴重（100%定员）/kN

137.2（14t）

满员时最大轴重（200%定员）/kN

156.8（16t）

一、轴箱弹簧的CAD/CAE分析

（一）、问题描述

CRH2弹簧参数如下：

（二）、轴箱内弹簧的CAD/CAE设计

1、轴箱内弹簧的CAD设计

内弹簧的建模过程，采用三段直线扫描法。

绘制三段直线→扫描下支撑圈→扫描有效圈→扫描上支撑圈→拉伸切除→完成如图1.1所示

图1.1内弹簧

2、轴箱内弹簧的CAE分析

2.1轴箱内弹簧刚度计算

2.1.1、受力分析

弹簧下端受到轴箱支撑面的支持力，上端施加1mm的位移，计算支反力即为弹簧刚度的大小。

2.1.2、应力计算

（1）前处理：

定类型：

CRH2轴箱内弹簧属于静态分析；

画模型：

运用solidworks2012建立弹簧模型；

设属性：

设弹簧材料为合金钢

分网格：

共15332个节点，8199个单元。

结果如图1.2所示。

图1.2轴箱内弹簧网格划分

（2）、求结果

添约束：

在弹簧下端加固定几何体约束。

加载荷：

在弹簧上端施加1mm的位移。

结果如图1.3所示

图1.3施加约束与载荷

查错误：

载荷列表后进行检查。

求结果：

进行有限元分析.

（3）、后处理

列结果：

列约束反力，如图1.4所示

图1.4轴箱内弹簧1mm位移下的合力

下结论：

轴箱内弹簧的刚度为363N/mm.

2.2轴箱内弹簧强度计算

2.2.1受力分析

由上可知，内弹簧的刚度为363N/mm,弹簧所受载荷最大为28700.84N.所以弹簧上端所发生的最大位移为28700.84/363mm=79.066mm,分析时可简化为一端固定，另一端发生79.066mm的位移。

2.2.2应力分析

CRH2轴箱内弹簧属于静态分析

运用solidworks2012建立弹簧模型。

共16063个节点，8652个单元。

结果如图1.5所示。

（2）、求解

在弹簧上端施加79.066mm的位移，结果如图1.5所示。

图1.5轴箱内弹簧分网格、加约束、加载荷

（3）后处理

列约束反力。

绘图形：

轴向弹簧加载后位移图、应力图应变图如图1.6、图1.7、图1、8所示

图1.6轴箱内弹簧应力图

图1.7轴箱内弹簧位移

图1.8轴箱内弹簧应变

2.2.3强度评价

（1）确定危险点：

由分析结果可以得出，弹簧受到的最大应力为12.049MPA，在弹簧端部。

（2）校核强度：

应力小于TB/T1335-1996规定轴箱弹簧的材料的许用应力340MPa，弹簧强度符合设计要求。

（二）、轴箱外弹簧的CAD/CAE设计

1、轴箱外弹簧的CAD设计

外弹簧的建模过程，采用三段直线扫描法。

图1.1外弹簧

2、轴箱外弹簧的CAE分析

2.1轴箱外弹簧刚度计算

2.1.2、应力分析

静态分析

共12469个节点，6707个单元。

结果如图2.2所示。

图2.2轴箱外弹簧网格划分

结果如图2.3所示

图2.3施加约束与载荷

列约束反力，如图2.4所示

图2.4轴箱外弹簧1mm位移下的合力

轴箱外弹簧的刚度为936N/mm.

2.2轴箱外弹簧强度计算

由上可知，外弹簧的刚度为936N/mm,弹簧所受载荷最大为74129.16N.所以弹簧上端所发生的最大位移为74129.16/936mm=79.198mm,分析时可简化为一端固定，另一端发生79.198mm的位移。

共12585个节点，6762个单元。

结果如图2.5所示。

在弹簧上端施加79.169mm的位移，结果如图2.5所示。

图2.5轴箱内弹簧分网格、加约束、加载荷

列约束反力

轴向弹簧加载后位移图、应力图和应变图如图2.6、图2.7、图2.8所示

图2.6轴箱外弹簧位移

图2.7轴箱外弹簧应力

图2.8轴箱外弹簧应变

由分析结果可以得出，弹簧受到的最大应力为19.538MPA，在弹簧端部。

二、轮对的CAD/CAE分析

（一）、车轴的CAD/CAE设计

1.问题分析

CRH2转向架车轴按照JISE4501（铁道车辆－车轴强度设计）进行设计，按JISE4502标准进行生产。

为提高车轴的疲劳安全性，采用高频淬火热处理和滚压工艺。

如图2.0所示。

图2.0CRH2车轴尺寸

2.CRH2车轴的CAD设计

车轴的建模过程：

拉伸轴身→切轴颈→切防尘板座→切轮座（切轴身）→倒角→镜像→完成如图2.1所示

图2.1CRH2车轴

3.CRH2车轴的CAE设计

3.1车轴受力分析

2.2应力分析

运用solidworks2012建立CRH2车轴模型。

设车轴材料为合金钢

共14450个节点，9066个单元。

结果如图3.5所示。

在轴承座下半表面添加弹性约束。

在左轴颈处施加大小为185.58KN的力，右轴颈处施加大小为87.95KN的力，方向均为上视基准面的法线方向。

图2.6车轴位移

图2.7车轴应力

图2.8车轴应变

3.3强度评价

由分析结果可以得出，车轴受到的最大应力为113.246MPA，在轴颈处。

CRH2动车组车轴材料S38C，采用高频淬火热处理和滚压工艺，根据JISE4502取车轴的疲劳许用应力为147MPa，可见，按照日本标准，该车轴满足设计要求。

经分析，车轴结构强度符合设计要求。

（三）车轮的CAD/CAE分析

车轮是轮对的重要组成部分，其疲劳强度直接关系到动车组运行的安全性、可靠性、稳定性等。

CRH2型动车组转向架车轮按JISE5402《铁道车辆—碳素钢整体辗压车轮》设计和生产，车轮采用整体轧制车轮，轮辋宽度为，踏面形状采用LMA型。

新造车轮滚动圆直径为Ø

860mm，最大磨耗直径为Ø

790mm。

在靠轮辋轮缘侧面Ø

790mm圆周上，设有磨耗到限标记。

CRH2车轮踏面形状见图3.1所示。

图3.1CRH2车轮踏面

图3.1CRH2车轮踏面形状

2.CRH2车轮的CAD设计

车轮的建模过程：

拉伸轮胚→切左腹板→切右腹板→旋踏面→打轮毂孔→倒角→完成如图3.2所示

图3.2车轮

3.CRH2车轮的CAE设计

3.1受力分析

根据UIC510-5：

2003（整体车轮技术）标准进行车轮设计，对于安装到动轴上的车轮，考虑车轮通过直线、曲线和道岔时的载荷。

载荷工况

垂向力

横向力

直线运行

Fz1=1.25Q

Fy1=0

曲线运行

Fz2=1.25Q

Fy2=0.7Q

过道岔

Fz3=1.25Q

Fy3=0.42Q

Q:

每个车轮承担的重量

图3.3CRH2车轮受力图

2003（整体车轮技术）标准进行车轮设计，对于安装到动轴上的车轮，考虑车轮通过直线运行、曲线通过和道岔通过三种工况，CRH2动车组车轮受力如图3.3所示，有关符号如下：

Q：

满轴重静态载荷Q=7250kg

g：

重力加速度（m/s2）Fz：

轮轨垂向力，Fz=1.25Q（KN）

Fy：

轮轨横向力，Fy=0.7Q（KN）

工况1：

直线运行

F1z=1.25Q=1.25×

7250×

9.8=88.8kN

横向力：

F1y=0

工况2：

曲线通过

F2z=1.25Q=1.25×

F2y=0.7Q=49.7kN

工况3：

道岔通过

F3z=1.25Q=1.25×

F3y=O.42Q=0.42×

9.8=29.8kN

3.2应力分析

4.选择评价方法画模型：

运用solidworks2012建立CRH2车轮模型。

设车轮材料为合金钢

A.环境影响报告表分网格：

共20673个节点，12125个单元。

结果如图3.4所示。

（3）环境影响技术评估。

在轮毂孔表面添加弹性约束。

由于车轮有蠕滑现象，所以踏面加载区域是一个椭圆面，在椭圆斑施加大小为88.8KN的力，方向为上视基准面的法线方向，结果如图3.4所示。

（三）环境价值的定义

《建设项目安全设施“三同时”监督管理暂行办法》（国家安全生产监督管理总局令第36号）第四条规定建设项目安全设施必须与主体工程“同时设计、同时施工、同时投入生产和使用”。

安全设施投资应当纳入建设项目概算。

并规定在进行建设项目可行性研究时，应当分别对其安全生产条件进行论证并进行安全预评价。

图3.4车轮分网格、加约束、加载荷

1）地方环境标准是对国家环境标准的补充和完善。

在执行上，地方环境标准优先于国家环境标准。

车轮加载后位移图、应力图和应变图如图3.5、图3.6、图3.7所示

3）选择价值。

选择价值（OV）又称期权价值。

我们在利用环境资源的时候，并不希望它的功能很快消耗殆尽，也许会设想未来该资源的使用价值会更大。

（3）安全现状评价。

图3.5车轮位移

图3.6车轮应力

2）间接使用价值。

间接使用价值（IUV）包括从环境所提供的用来支持目前的生产和消费活动的各种功能中间接获得的效益。

1.建设项目环境影响评价分类管理的原则规定图3.7车轮应变

车轮辐板上所有节点的动应力范围应低于许用应力，即：

（1）用加工中心加工的车轮＜360MPa；

（2）未用加工中心加工的车轮＜290MPa

（3）最大VonMises应力低于车轮材料弹性极限（355MPa）

经分析，车轮受力最大应力为57.907MPa发生在踏面符合强度评价准则。

（四）轮对的组装

轮对组装的工艺过程是轮轴套装→定位→压装→掉头压装，完成如图4.1所示。

图4.1轮对组装

三、心得体会及建议

经过本学期对动车组设计这门课程的学习及动车组的完成过程，我基本掌握了动车组车辆设计的相关知识，动车组总体设计的相关方法，动车组转向架设计，动车组车体设计，动车组零部件强度设计方法等。

本次完成大作业运用到的软件是Solidworks2012，在这次大作业中对Solidworks软件的应用更全面不仅有CAD建模，还有CAE分析。

首先建立CRH2动车组轮对和轴箱弹簧的三维CAD模型，后在Simulation插件中对模型划分网格、加约束与载荷进行力学分析求解，由求解结果对零部件按照相关标准进行强度评价分析。

通过完成

本次大作业，我的收获如下：

1.在对零件建模及分析的过程中，对Solidworks软件的各种命令功能更加熟练，对软件有

了更深入的学习。

2.将课堂上所学的知识应用到了实践中，掌握了动车组设计的基本思想与方法。

3.完成大作业需要查阅大量的标准和相关文献，提高了文献的查阅能力。

4.提高了自己动手的能力，将所学的理论知识和Solidworks建模紧密联系起来，对动车箱弹

簧和轮对有了一个系统的认识和了解。

在以后的学习中，自己将严格要求自己，对所做的事要持认真态度。

争取使自己动手能力

得到更高的提高。