铁路特种货车底架结构改造设计

铁路特种货车底架结构改造设计摘要：特种车辆主要用于运输超长、超重、超高货物。由于其承载能力比普通平板车高，车辆重量更大。为了适应市场竞争的要求和日益增长的铁路运输需求，各国铁路运输的质量和技术都有了很大的提高。在时效性、安全性、可靠性质量和环保性等方面，货车的基本技术条件比过去有了很大的提高，我国货车在铁路货运方面与国外发达国家还有很大差距，而货车的技术水平难以满足经济发展和运输市场竞争的要求。对铁路专用货运底架结构改造设计分析。关键词：改造设计；底架；有限元分析；模态分析随着国民经济的发展，特别是冶金、电力、化工、军工等行业的发展，大型军用机械设备越来越多，这些超重物品的运输关系到国家的建设和发展，特种货物车在结构、数量和技术参数上都有了很大的进步。一、底架方案及结构改造设计1•方案分析。在初步方案中，根据TB/tl335-96《铁路车辆设计及强度试验规范》和最不利条件的组合原则。底架强度计算荷载组合如下：总垂直荷载=静态垂直荷载X（动荷载系数+侧向力系数）；总垂直荷载+纵向压缩力+扭转荷载；垂直总载荷＋纵向拉伸力＋扭转载荷；根据初步设计资料，上述三种工况下凹底底架的最大应力分别为139.5mpa、135.7mpa和104.7mpa。这远远低于所用材料的允许值，底架中心的最大挠度为46mm，挠跨的比值（挠度底架两个中心板之间的中心距离）为1/328。以上数据显示，底架具有更大的储能减压能力。对于凹底底架，凹底底架的长度和宽度、底架凹底表面与轨面之间的高度、下支架两个中心板之间的距离在科学任务书中有明确规定，不得更改。凹底底架下平面距轨面300mm，为铁路车辆的变窄宽度限制区。因此，本次改造的主要设计方向是降低自重系数，提高运行速度，降低复合重心高度。其他技术参数尽量修改，净重系数在0.3〜0.4之间。长货车的汽车重量系数通常约为0.6。净重系数是铁路货车设计水平的重要指标，具有许多实际意义。在设计过程中，尽量减轻重量，提高过桥的能力原设备和车辆的组合重心太高，只能以50公里/小时的速度行驶。希望改装后的11米凹底平车不仅能够整体装卸，而且能够在装载后以120公里/小时的速度运输，大大缩短了车辆占用的时间，凹底底架的主要材料是Q345-D低合金钢，许用应力为216Mpa。它们是低碳低锰合金钢，具有较高的强度和塑性,更重要的是具有低温冲击强度它易于焊接，适合铁路车辆的制造特点和多区域环境特点。梁截面高度将从366mm增加到450mm，且不会改变承载曲面相对于轨道曲面的高度，因为底部和间隙之间仍有很多空间。同时，重心向下移动，降低了整个汽车的重心。按照TB1335的要求铁路车辆设计和强度试验规范及钢材市场标准。考虑到安全运营铁路的重要性，并根据多年的设计和生产经验，侧、横、枕、牵引梁使用不同的截面组合，希望从不同的解决方案中找到更合理的解决办法。在原始方案中，上下盖板几腹板厚度分别为25mm、25mm、20mm，12mm筋隔板厚度。2.改造后的技术参数。可达到的性能参数见表2-1:V32自Jit泵数-<O.K坯行迪虫<kni/li)1'!)5i£JKiRC.t/m)A387表1改造后期望的参数表3.改造进程面临的挑战。底架改造的设计存在若干困难:(1)许用应力是材料极限应力与安全系数之间的关系，是测量结构强度的基础。安全因素的选择意味着适当管理安全与经济之间的关系。从安全角度看，安全因素应该增加，这将不可避免地增加材料和车辆的重量，并对经济产生不利影响。从经济角度来看，虽然使用较少的材料可以减轻自重，但这不利于安全。(2)底架不同部分的厚度(甚至由于重量减轻而减小，从而降低底架本身的强度、刚度和稳定性)以及底架结构参数(包括底架重量、垂直刚度和扭转刚度对以下各项的影响)还要考虑底架更改对生产流程的影响。(3)底架结构改变后，空气制动装置和手制动装置也发生变化，需要重新计算制动比、制动率和制动距离。(4)底架所有零件的板相应地变薄后，材料中板和零件的刚性降低可能导致相应的提升困难等。与有关部门的技术人员协调和讨论了这些问题，并加强或增加了相应的工装、吊具。在底盘制造过程中，对所有生产工序进行了检查，以确保前一工序的质量，并为装配提供可靠的保证二、凹底底架强度和刚度及模态分析由于传统方法计算的应力应变不能分析构件的所有变化，ANSYS可以避免传统方法计算量大的问题，并可以重新验证设计的安全性和评估结果的准确性，以供参考。结构参数。底架为封闭箱型结构，由侧、牵引、枕和横梁组成。底架纵横对称，侧梁中央高450mm，两梁高330mm，即上盖、下盖、腹板焊接的箱梁、侧,牵引，枕和横的腹板厚厚度为12mm，盖板底板厚度16mm，底架全部采用q345-d低合金钢。结构有限元分析模型。离散结构模型。由于需要计算预埋底架的扭转条件，需要对整个底架结构进行建模，采用壳单元模拟凹底底架结构。有限元模型采用8节点Solid45节点单元。整个底架结构分为188485个离散单元。如图1所示，凹底平车用于运输专用设备，两个油压千斤顶放置在底架的支承面上，最坏的情况下，车辆的总重量可以考虑由两个千斤顶支撑。两千斤顶之间的距离越小，各工况的应力应变越大，千斤顶之间的距离越大，为7米。根据《铁道车辆强度设计与试验规范》TB/T1335,底架荷载为垂向、侧向和扭转。图1底架离散模型4•模态分析。根据gb5599-85,ANSYS模态分析是一个理论建模过程。采用有限元法对振动结构进行离散，建立了系统特征值问题的数学模型，得到了系统的函数值和函数向量。它是系统的固有频率和模态矢量。模态是振动系统的一种表示。载荷条件按gb5599-86《铁道车辆动态性能评价试验规程》确定荷载工况为：垂直静荷载(自重+荷载)和心盘的载荷之和；垂直载荷动荷系数X垂直静载，垂直动载系数为0.34；枕梁两端的旁承上的扭转载荷为50kN.m垂向力，并进行了计算，结构振型模态应变可以表示为每个序列固有模态应变的线性组合。低振幅振型与高振幅振型相比，低振幅振型对结构动力特性的影响更大，因此低振幅振型决定了结构的动力特性。它们是垂直弯曲和扭转，充分反映了模型结构的响应。有限元模态分析为下轴承的响应分析提供了重要的模态参数。这为改进结构设计提供了理论依据，进一步推导了结构振动方程，预测了系统在外力作用下的响应，为进一步研究振动和疲劳问题奠定了基础。总之，设计方案的选择是科学合理的。底架的成功开发具有重要的现实意义不仅降低了制造成本，而且解决了铁路运营中的诸多实际困难。它可以组织与常规车辆的通信，提高速度，提高过桥能力，减少铁路养护工作量和费用，解决特种设备快速运输的问题，满足战时需要，减少车辆估算。具有良好的社会效益和经济效益参考文献：魏德.铁道车辆用钢焊接接头的疲劳和断裂行为.铁道车辆.2019,2~18庞涛.凹底平车移动心盘有限元分析及其改造设计.哈尔滨.哈尔滨工业大学学报.2019,5:19~22刘金.