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1、第31卷第1期铁道机车车辆Vol.31No.12011年2月RAILWAYLOCOMOTIVE&CARFeb.2011文章编号:1008-7842(2011)01-0013-03*大轴重货车车轮热负荷下疲劳强度分析侯耐,李芾(西南交通大学机车车辆工程系,四川成都610031)摘要随着车辆轴重的不断提高,车轮所承受的工作载荷显著增加,随之而来的车轮疲劳寿命下降将直接影响列车的安全运行。运用有限元分析软件ANSYS仿真分析长大坡道制动下车轮的温
2、度场,根据国际铁路联盟标准UIC51052003确定计算载荷,计算了32.5t轴重车轮在计算载荷工况下的应力场。将多轴应力状态转化为单轴应力状态,对车轮辐板进行疲劳强度评定。关键词车轮;有限元法;温度场;辐板;疲劳强度中图分类号:U272文献标志码:A铁路运输以其运量大、快速、安全、低耗能及环保等CL60,材料的性能参数除弹性模量E、比热容C、热膨胀特点,已成为世界当今和未来主要发展的运输模式。随系数及屈服极限s随温度变化外,其他参数基本不着我国国民经济的快速发展,对铁路的运输能力要求也变
3、。越来越高。增大货车轴重、实现重载运输、提高货车运考虑到车轮结构和热载荷的对称性,取车轮的1/2行速度是提高铁路运输能力、解决运能不足的有效途结构进行分析,其有限元模型如图1所示,其由37466径。近年来,我国的通用货车轴重已由21t提高到23个节点和41128个单元组成。温度场计算采用Solid70t,运煤专用车提高到25t,为解决铁路货运能力不足的热分析单元进行网格划分,该单元每个节点只有节点温矛盾发挥了重要作用,取得了较好的经济效益和社会效度一个自由度。当进行应力场计算时,该单元转换为与益。为进一步提
4、高铁路运能,增加货车的承载能力,提之相对应的结构单元Solid45。高车辆的轴重将势在必行。为此,国内相关部门目前正在研究将通用货车的轴重提高到25t、运煤专用车的轴重提高到32.5t的可行性。车轮是机车车辆中走行部的部件之一,其性能直接影响车辆轴重的提高,车轮的可靠与否关系到整列车的运行安全。目前,货车的制动方式仍然是踏面制动,随着列车速度的提高和轴重的增加,列车的动能将急剧增大,由车轮踏面和闸瓦之间的机械摩擦而产生的热量也会大大增加。其结果将导致车轮热负荷的增加,对车轮的强度及疲劳寿命带来直接影响。在长
5、大坡道上制动,由于热量长时间输入,在辐板区域将产生高应力,此工况较常用制动和紧急制动工作条件更为恶劣。因此,以坡道制动下32.5t轴重、制动初速为80km/h的车轮为研究对象,对车轮辐板区域进图1车轮有限元模型行疲劳评定,以验证大轴重车轮的疲劳强度是否满足要求。2计算载荷工况1计算模型按照UIC51052003标准,选取以下3个载荷工根据国内现有的技术规范和相关技术条件,32.5t况:轴重货车车轮的轮径拟定为915mm,车轮材料为(1)直线运行坡道制动工况:垂直动载荷P1+过*国家科技支撑项目
6、(编号:2007BAG05B06),中央高校基本科研项目(西交校20097)侯耐(1986)女,河南商丘人,硕士(收稿日期:2010-07-15)14铁道机车车辆第31卷盈量+角速度+最高温度载荷。式中L为固体表面尺寸,m;为流体导热系数,W/(m(2)曲线运行坡道制动工况:垂直动载荷P2+横K);Nu为谢努尔特数。0.51/3向动载荷H2+过盈量+角速度+最高温度载荷。Nu=0.664RePr5(3)
7、道岔通过坡道制动工况:垂直动载荷P3+横当0.5510Pj=1.25P0(j=1,2,3)其中,Pr为普朗特数,Pr=0.687;Re为雷诺数。H2=0.7P0(1)uLRe=(8)H3=0.42P0式中P0为轮重。取过盈量为0.3mm。u为空气流动速度,m/s;为空气的运动黏度=2.42952在不同的载
8、荷工况下,作用于轮轨作用点的载荷对10,m/s。辐射系数取值为0.66。车轮作用力的方向和位置如图2所示。3疲劳强度评定方法车轮在计算载荷工况作用下,其应力状态为三向应力状态,而结构产生疲劳裂纹的方向与最大主应力方向相互垂直,由此按下面的方法将多轴应力转化为单轴应力:(1)确定结构在不同载荷工况作用下的主应力值和方向。(2)将所有载荷工况作用下结构的最大主应力方向确定为基本应力分布方向,其值为最大计算主应力
