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文章编号:1008-7842(2008)05-0028-04重载货车转向架摇枕有限元分析及结构优化廖永亮,卜继玲,傅茂海(西南交通大学 机械工程学院,四川成都610031)摘 要 介绍国外重载运输的发展现状,总结出提高货车轴重是实现重载运输的有效途径。
运用大型通用有限元软件ANSY S对重载货车转向架摇枕进行了静强度分析,并对其进行结构优化使之满足AAR标准的使用要求。
关键词 重载运输;摇枕;强度;结构优化中图分类号:U2721331+17 文献标志码:A 从1978年第一届国际重载运输大会在澳大利亚柏斯城召开以来,铁路货物重载运输从提出概念到蓬勃发展经历了一个技术不断进步的过程,已被国际上公认为铁路货运的发展方向。
重载运输在美国、加拿大、澳大利亚、巴西、南非等一些国家得到了广泛的应用,以其高效率和高效益的独特优势给这些国家的铁路运输带来了巨大的经济效益。
美国铁路自发展重载运输以来,铁路货运占美国货运市场的份额直线上升,从1980年的35%增加到2000年的41%,车辆的平均载重增加了1511%,虽然运价已降至116美分/t・km,但运行成本还下降了60%,线路维修成本下降了42%,劳动生产率提高了2171倍,创造的年利润已达美国铁路历史上的最高水平(81亿美元)。
西澳大利亚的BHP重载铁路运输公司从1980年到2000年,由于开行重载列车,运输油耗下降43%,机车利用率提高36%,车轮、钢轨寿命提高3～5倍,劳动生产率提高5倍,达到6000万t・km/人年,居世界铁路之首位。
昆士兰铁路营业里程1万km(基本是窄轨1067mm), 2004～2005年货物发送量1176亿t,其中煤重载运量达111425亿t,每周开行1万t重载列车460列,年营业收入23亿澳元,税前利润1191亿澳元〔1〕。
增加列车编组数量和开发大轴重货车是提高列车质量、发展重载运输的两个重要技术措施。
采取增大轴重发展重载铁路运输已经得到世界上越来越多国家的重视。
货车摇枕的有限元分析机制B09*班 *** ************摘要：通过分析摇枕的结构特点，选用ANSYS软件作为有限元分析工具，根据摇枕结构特征及载荷情况，按照与实际相符合的原则建立摇枕模型。
依据TB/T1335-1996《铁道车辆强度及试验鉴定规范》，对摇枕的主要载荷进行计算和工况分析。
由于摇枕结构复杂，需要用第四强度理论进行评价，即用当量应力对静强度进行了评定。
关键词：摇枕；有限元分析；载荷工况；强度计算1、概述伴随着国家经济的迅速发展，以及我国制造业的迅猛成长和运输车辆向高速、重载和轻量化方向的迅速发展，对于运输车辆的可靠性的要求也越来越高。
摇枕作为车辆转向架主要承载部件之一，在使用过程中承受着巨大的拉、压、冲击、弯曲等交变载荷作用，工况十分复杂恶劣。
其主要失效形式是疲劳破坏，摇枕的疲劳裂纹失效问题已成为影响货车发展的重要因素。
实践证明，目前采用传统强度设计方法的机车车辆结构，在使用中暴露出不少疲劳损伤方面的问题，虽然其成因较为复杂，但在设计阶段对关键结构部件的疲劳寿命预测研究不足却是重要的原因之一。
2、基于有限元分析的理论基础(1)材料的S N-曲线Ｓ－Ｎ曲线就是材料所承受的应力幅水平与该应力幅下发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数的关系曲线。
如图２所示，纵坐标表示试样承受的应力幅σ，横坐标表示应力循环σ。
对钢铁材次数N，S N-曲线中的水平直线部分对应的应力水平就是材料的疲劳极限e料，此“无限”的定义一般为710次应力循环。
疲劳极限是材料抗疲劳能力的重要性能指标，也是进行疲劳强度的无限寿命设计的主要依据。
图1 材料的S N-曲线m N Cσ= （1）式（1）中 ：σ ——— 应 力 幅 ；N ——— 达 到 疲 劳 破 坏 时 的 应 力 循 环 次 数 ； m C 、———材料数(2)疲劳载荷类型疲劳载荷一般有稳定循环变应力和非稳定性循环变应力２种。
稳定循环分为对称循环、脉动循环和非对称循环；非稳定性循环分为规律性非稳定循环和随机性的非稳定循环。
关于对转8A型转向架的浅析和探讨摘要：本文介绍了我国现有转向架的特点，分析了转8A型转向架的组成，性能以及它的损伤及其原因，在它的优处提取精华，在它不足之处提出其改进方法，为转8A型转向架，进一步的改进提供了依据和论证。
关健词：转向架，轮对、轴裂纹磨损检修组装轴承损伤原因。
转向架是车辆最重要的部件之一，因此对它的检修要求特别严，对于运行中的列车，转向架也是重点的检查部件之一。
目前我国货车转向架主要采用三大件的模式。
我国于1958年参考前苏联的货车转向架自行设计了8系列转向架，经过60年代的改进设计，该系列转向架已经逐步成为我国新型货车转向架，我国目前正在运用的50多万辆货车中，90%以上的车装臵装用8A型转向架，其他由轮对，轴承装臵，侧架和摇枕，弹簧减振装臵，基础制动装臵等组成，它采用铸钢三大件，自重轻，结构简单，检修方便，有足够强度和较好的动力性能，能充份利用线路的承载能力，其运行速度维持在70公里/小时，在一段时间内基本上满足了我国铁路货动的要求。
随着铁路运输的发展及列车速度的提高，转8A型转向架在运用中也出现了一些问题。
比如：斜楔在各力作用下容易形成旋转力矩，引起转向架减振性能不稳定；三大件式结构很难保证构架正位，转向架搞菱性能差，搞蛇行能力差，转8A型转向架，簧下质量大，轮轨作用力争，空车弹簧争绕度小，直线运行空车脱线；心盘磨耗严重，裂纹段修工修量加大等缺陷，而制约了该转向架运行速度的进一步提高，已难以满足运输市场的要求。
而转向架在车辆中的作用是极大的，它的损坏形式也是各种各样的，它包括轮对，侧架、摇枕、弹簧等多方面因素的破损，我们就要从中找出它的破坏部位、原因及改进方法，以从中去完善它。
一、车轴的损伤轮对是转向架中最重要部件之一，往往它也是损伤易发生的部位，车轴损伤的形式有车轴裂纹、折损、弯曲变形、磨损、碰伤、电焊打火凹痕、燃轴造成的轴颈辗稀薄等。
车轴裂纹及损：一般分为疲劳折损及断裂两种。
转8a简绍1、组成：铸钢侧架、鱼腹形铸钢摇、铸钢下心盘用螺栓固定在摇枕上、下旁承体、摇枕弹、制动梁、固定杠杆支点、下拉杆、轮对、承载鞍、滚动轴承、中心销。
2、转8A型转向架优缺点(1).优点是：三大件，结构简单、检修方便。
(2).缺点是：①抗菱刚度低、②车体与转向架间的回转阻力矩小、③斜楔减振装置减振能力弱、④车体侧滚阻力矩小、⑤摇枕弹簧静挠度偏小且疲劳强度差。
3、技术参数转8A型转向架是上世纪50年代末在引进前苏联的“哈宁式”转8型转向架的基础上，经过改进后定型的。
对转8A型转向架进行动力学性能实验的结果表明：在40～110km/h的速度范围内，其弹簧挠度平均值为静挠度的0.213（弹簧动力系数），最大值为0.408；心盘处的垂向加速度在运行速度为100km/h时，其平均值为0.264g，小于容许标准0.7g；水平加速度在40～100km/h的速度范围内，其平均值为0.097～0.18g，最大值为0.27g，小于容许值0.5g。
转8A型转向架的主要零部件经静强度实验测定，在铅垂载荷下各部分的应力均小于许用应力值。
该转向架是典型的三大件式转向架，由于具有结构简单、制造容易、检修方便和重车动力性能较好等优点而成为我国过去几十年的货车主型转向架。
但是多年来，特别是列车提速后的运用实践表明，转8A型转向架存在一些严重缺陷，主要有：轮缘磨耗严重；没有轴箱弹性悬挂，簧下质量过大，使滚动轴承寿命降低；侧架摇枕定位刚度不足，容易产生菱形变形，加之弹簧静挠度小（空车时仅有5～6mm），致使转向架的动力学性能差，尤其是空车动力性能更差；特别是当斜楔、摇枕八字面，侧架立柱磨耗板均磨耗到一定程度（如段修限度）时，横向定位作用减弱，列车高速运行时，由于车辆的蛇行运行加剧，容易诱发脱轨。
转8A货车转向架是在转8的基础上，经过长期运用实践和多次改进设计的货车主型转向架。
它具有结构简单、坚固和检修方便的优点，在120km/h的速度范围内，具有良好的运行品质，它属D轴货车转向架，用在60t的货车上。
摘要伴着生产力的提高及铁路技术的发展，我国目前拥有各型铁路货车约100万辆，货车使用的转向架形式各异。
其中绝大部分都是两轴转向架。
转8A即为其中的一种。
它用于载重60-70t的货车上，是铸钢导框式转向架也是我国铁路货车使用众多转向架当中的典型之一。
但是，随着我国铁路货运向高速重载的方向发展。
转8A型转向架各类故障频繁发生，危及铁路货车的行车安全，制约铁路货车的快速发展。
为此，有必要对转8A型转向架的检修工艺做出分析并提出合理的改正方案，以提高铁路货车的运行安全及运输效率，促进我国铁路货车向高速重载方向和谐发展。
本文根据转8A型转向架在实际检修中出现的各种不足，结合实际经验摸索和探讨，对其逐一进行分析并设计出合理的改进措施。
关键词：货车转向架；转8A；检修流程；工艺改进目录第1章铁路货车的转向架 (1)1.1概述 (1)1.2铁路货车转向架的作用 (2)1.3铁路货车转向架的检修形式 (2)1.4铁路货车转向架一般检修流程 (3)1.5铁路货车转向架的主要形式 (5)①三大件式转向架 (5)第2章转8A型转向架的检修工艺分析 (6)2.1转8A型转向架 (6)2.2转8A转向架的组成 (7)①基础制动装置 (7)2.3转8A型转向架各部件的检修工艺 (8)2.3.4轮对和轴箱 (14)2.4转8A转向架的优缺点 (17)第3章：近几年转8A型和新型货车转向架的工艺改进 (18)3.1近年来转8A型转向架的工艺改进 (18)3.2新型货车转向架使用的新技术 (19)第4章：转8A转向架检修工艺的改进优化方案 (21)4.1导框式侧架磨损严重原因分析及工艺改进 (21)4.2摇枕裂纹原因分析及工艺改进 (22)第5章：结论 (24)第1章铁路货车的转向架1.1概述货物运输是铁路运输的重要组成部分,货物的南来北往，都需要车辆来装运。
因此，我们把铁路上用于载运货物的车辆统称为货车。
而货车转向架是铁路货车的关键部位，转向架是车辆上的走行装置，是支承车辆的走行部分，转向架是能相对车体回转的一种走行装置，它是由两个或两个以上轮对用专门构架（或侧架）及其他配件共同组成的一个独立小车。
