CRH2型动车组转向架构架.docx
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CRH2型动车组转向架构架
CRH理动车组转向架构架
5.2.1基本结构
CRH型动车组转向架构架分为动车构架和拖车构架两种。
构架为焊接钢结构,主体框架呈H形,由两侧梁和横梁构成侧梁为箱形断面,横梁采用无缝钢管型材。
5.2.2构架组成
构架由侧梁、横梁、纵向连接梁、空气弹簧支承梁及其
他焊接附件组成。
动车转向架构架和拖车转向架构架主结构相似,不同之处主要是动车转向架构架设有电动机吊座和齿
轮箱吊座,拖车转向架构架设有轴盘制动吊座。
动车转向架
构架和拖车转向架构架结构分别见图5.4、图5.5
CRH型动车组转向架构架侧梁内设有筋板,以提高侧梁
承载刚度,并在侧梁外侧及两横梁间设置空气弹簧支承梁,两支承梁分别与两横梁连通,共同组成空气弹簧附加气室。
靠近横梁与侧梁的连接处设置4个轮盘制动吊座
两横梁之间设纵向连接梁,主要用于吊挂增压缸和设置横向减振器安装座及横向缓冲挡安装座。
为保证动车组20年的使用寿命,在满足强度要求的前提下,为降低转向架自重,构架的主要承载构件采用了符合JISG3114标准的耐候钢材料,其他部位采用合金结构钢。
转向架构架在焊接完成后,进行整体退火处理和整体机加工。
522.1侧梁
动车构架侧梁和拖车构架侧梁结构相同。
侧梁采用薄板焊接,内腔设加强筋板。
图二6働梁组应
侧梁组成如图5.6所示。
侧梁中央有两个加工形成的圆孔,以便横梁通过。
侧梁两端采用筒体结构,支承在轴箱弹簧上。
筒壁与侧梁梁体腹板采用对接焊缝,上盖板采用厚钢板,与侧梁上盖板对接。
轴箱弹簧简体外设轴箱减振器座,除了安装减振器外,还有两个目的:
一是在内侧立板上开设吊装孔,在转向架进行起吊时用于安装吊钩;二是用于安装轮对提吊,能够在转向架整体起吊时,通过轮对提吊使轮对
装置随构架整体吊装
522.2横梁动车构架横梁和拖车构架横梁略有不同,动车构架横梁
斜对称布置两电动机吊座和齿轮箱吊座;拖车构架横梁上相
应位置设置轴盘制动吊座。
横梁组成如图5.7所示
为了方便电动机吊座与横梁的焊接作业和降低自重,在
电动机吊座的安装板上开设有圆形或长圆形孔,如图5.8(a)所示。
与电动机吊座相对的另一侧设齿轮箱吊座。
齿轮箱吊
座下盖板上设安全挡座,如图5.8(b)所示。
在安全挡座间安
装挡销.在故障工况下起到对齿轮箱的安全防护作用。
刖5•卜电看||齡座(11儿幽轮常昂宦
构架横梁采用耐候钢无缝钢管.两横梁作为两空气弹簧
的附加空气室,分别与两侧的空气弹簧支承梁连通,因此在横梁的端部开设通孔和排水孔。
横梁中央内侧设垂向限位止挡,作用是一旦空气弹簧过充风,车体侧的牵引拉杆在随车体上升一定高度被该止挡限止,因此也被称为防过充止挡。
522.3纵向连接梁
在两横梁间设两纵向连接梁.以连接两横梁提高横梁刚度。
纵向连接梁上设横向减振器安装座、增压缸安装座和差压阀安装座。
5.2.2.4空气弹簧支承梁
空气弹簧支承梁沿纵向跨于两端横梁之问并与构架侧
梁形成封闭腔体,成为空气弹簧的支承构件和附加空气室的一部分。
梁体内有一钢管型材制成的空气弹簧座导筒,用于空气弹簧与气室的连通和定位,导简与相应的横梁相连通,保证两侧空气弹簧附加气室相互独立,空气弹簧支承梁的焊接有较高的密封性要求。
图5.9空虫弹捷忙哦巣|
空气弹簧支承梁上为空气弹簧支承座板,加工后安放空气弹簧。
为了安装抗蛇行减振器,在支承梁下盖板上设有减振器安装座,空气弹簧支承梁结构如图5.9所示。
523构架强度设计
构架强度设计根据JISE4207《铁路车辆用转向架构架设计通则》,强度试验依据JISE4208((铁路车辆转向架静载荷试验方法》。
5.2.3.1铁道车辆用转向架构架设计通则(LIISE4207)
标准
设计通用条件分为载荷条件、强度设计条件、结构设计条件及刚性设计条件。
其中载荷条件分为静载荷和动态载荷;强度设计条件分为应力计算及容许应力。
标准中,对转向架构架不同部位的动载荷有详细的规定,如表5.3所示。
表5.3J1SE4207动载荷的规定
分类
起因
动载荷
备注(例)
垂向
由静载何垂直振动产生的载何
(0.2〜0.5)XW
由安装零部件的振动引
起的载荷
侧梁上
(1〜2)XLP
制动件
横梁上
(3〜5)XLP
牵引电动机、驱动装
置
端粱上
(5〜10)XLP
制动件、排障器
由驱动引起的载荷
(0.2〜0.4)XLa
由制动引起的载荷
PXf
由垂向减振器引起的载荷
决定于减振器特性
横向
由横向振动和离心力引起的载荷
(0.2〜0.4)XW,
由安装的零部件振动引起的载何
(2〜4)XLP
牵引电动机、制动件
由横向减振器引起的载荷
决定于减振器特性
纵向
由纵向振动和牵引力引起的载荷
(0.2〜0.4)XW
由安装零部件的振动引起的载何
(1〜3)XLP
牵引电动机、制动件
由制动引起的载荷
P
扭转
由外轨超咼等引起的载何
按转向架对角车轮相对
水平位置变位10〜
15mm时的静载何计算
注:
W为构架上的静载荷;LP为安装的零部件的自重;La为轴重;P为闸片压力;,为闸
片与制动盘问的摩擦系数。
在构架上作用静载荷和动载荷的情况下,按每种载荷计算应力,并区分为平均应力和动应力(应力幅值),按下述方法进行应力合成:
(1)平均应力
平均应力为静载荷产生的应力,但具有脉动载荷时的平均应力,应把脉动载荷应力的1/2加到静载荷产生的应力上
去,作为静载荷工况下的平均应力。
(2)动应力
动应力为动载荷产生的应力,按下式进行计算
JISE4207规定采用图5.10所示的疲劳极限图。
图中,ab为材料的抗拉强度.[a0]为材料的屈服许用应力;aw,aW2aW3分别为母材、未修磨和修磨后焊接接头在
对称循环下的疲劳许用应力,而且这些值与母材静强度无关。
图5.10的疲劳极限图是以材料的屈服许用应力为纵坐标和横坐标,构成一个等腰三角形,在其高上截取aw(aW2aw3,分别与横坐标正向的抗拉强度ab相连,得到的实线图
即为母材、修磨后和未修磨焊接接头的疲劳极限图。
转向架主要用材的抗拉强度、屈服许用应力及疲劳许用应力列于表
5.4中。
表5.4许用应力及疲劳许用应力(MPa)
项目
JISG3101
SS400
JISG3106
SM400
JISG3114
SMA490
材料的抗拉强度ab
400
490
材料的屈服极限as
235
355
材料的屈服许用应力a0
205
305
疲劳许用
应力
母材(awi)
135
157
焊缝
未修磨(a
W2)
69
修磨后(a
W3)
108
5.2.3.2铁路车辆用转向架静载荷试验方法(JISE4208:
2004)标准标准中构架的静载荷试验工况,主要包括:
(1)垂向载荷试验;
(2)横向载荷试验;
(3)纵向载荷试验;
(4)扭转载荷试验;
(5)牵引电动机座载荷试验;
(6)驱动装置座载荷试验;
(7)制动装置座载荷试验;
(8)减振器座载荷试验;
(9)横向止挡座载荷试验;
(10)抗蛇行减振器座载荷试验。
标准中对上述每一工况载荷的试验加载方法以及使用的检测设备、应变片贴片和位置等内容有详细的规定,对实施构架的静载荷试验具有良好的指导意义。
5.2.4构架强度计算
采用有限元(FEA)分析软件对CRH型动车组转向架构架建立计算模型,模型的网格划分一般采用壳单元,部分则用实体单元.构架的有限元分析模型如图5.11所示。
首先,确定构架所承受的载荷,包括静态和动态载荷,然后分别计算出包括在牵引和制动工况构架中各单元的平均应力(am)和应力幅(aa),利用材料的疲劳极限图进行疲劳强度评价,如平均应力和应力幅均在疲劳极限图的界限之内.则该构架结构安全,否则为不安全。
计算结果表明,在各工况下静强度满足JISE4207标准规定的要求.母材及焊缝处的应力幅与平均应力都在疲劳极限图线以下,满足疲劳强度的设计要求。
5.2.5构架静载荷试验
构架按照JISE4208标准进行静强度试验.如图5.12所示。
对构架分别施加垂向载荷、斜对称载荷(扭转载荷)、纵
向载荷、横向载荷、牵引电动机载荷(三向)、齿轮箱载荷、制动载荷和减振器载荷等共计12种载荷,通过应变片测试各点的应变,继而求出应力,进行强度评价。
大多数单元的应力在非打磨区域内,对超出非打磨区的焊缝增加打磨要求后,可使所有单元的应力均处于焊接打磨的疲劳强度极限范围内,满足强度要求。
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- 关 键 词:
- CRH2 车组 转向架 构架