铁路货车摇枕、侧架是什么材质

早期主型货车转向架为转8A型转向架,该转向架结构简单，自重较轻，但其强度较大，对于线路不平顺的适应能力强，在低速运转的情况下性能表现较好，所以很长一段时间内转8A型转向架成为我国50t、60t级货车使用的主型。但是在之后多年的使用过程中，转8A型转向架也出现了一些问题，由于其固有的缺陷，已不能满足提速要求，为此我国又设计制造了转8AG型和转8G型转向架。21世纪初，我国各工厂先后引进了侧架交叉支撑技术、侧架摆动式技术、副构架自导向技术、整体焊接构架技术等，同时结合我国的基本国情，阶段性的开发了用于60t级货车的21t轴重的转K1、转K2、转K3、转K4型转向架，和用于70t级通用货车、80t级专用货车的25t轴重的转K5、转K6和转K7型转向架。1.转8A型转向架转8A型转向架是属于三大件式转向架，在04年之前，该转向架是我国大量运用的主型货车D轴转向架。它的主要优点在于:其结构比较简单；方便后期的检测维修；在低速运行的状态下，能具有较好的运行品质。但是在多年的运用中，转8A型转向架也被发现存在一些问题，例如：它的抗菱刚度低，变形大；减震装置的性能不稳定，当斜楔和与其配合的磨耗板磨耗到要接近段修限度，减震装置便会失去减震作用。图2-3-1 转8A型转向架2.转8AG型转向架转8AG型转向架是在原转8A型转向架的基础上，加上侧架交叉支撑装置，其同样属于变摩擦三大件式转向架，在保留转8A型转向架的基本结构特点，有采用了新的技术和新结构：（1）侧架间加装弹性交叉支撑装置，在增大转向架抗菱刚度以及抗剪刚度的同时，又可以改善蛇行运动的稳定性；（2）加装了心盘磨耗盘，保证心盘的受力均匀，减少上下心盘的磨耗；（3）使用两级刚度弹簧，加大空车弹簧静挠度，使空车在磨耗板和斜楔磨耗到段修限度时，转向架还能有一定的相对摩擦因数，有效缓解了减震系统失效问题。图2-3-2 转8AG型转向架的三维图3.转K2型转向架转K2型转向架在原转8A的基础上，在其两侧架间加装弹性下交叉支撑拉杆装置、两级刚度弹簧、双作用常接触的弹性旁承和心盘磨耗盘等设计而成，转K2型转向架与转8G型转向架基本结构类似，具有良好的动学性能。图2-3-3 转K2型转向架4.转K6型转向架转K6型转向架是属于25t轴重且携带变摩擦减振装置的新型的铸铁三大件式转向架，它与转K2的基本结构相同。不同之处在于：转K6的车轴采用的是E轴，轴距增大到了1830mm，增设弹性橡胶垫来确保轮对的弹性定位，选用直径为375mm的下心盘，加大摇枕和侧架的断面来实现满足25t轴重强高度的要求。图2-3-4 转K6型转向架的三维图转向架摇枕的三维结构设计3.1整体结构设计摇枕的结构并不是凭空的臆想和随意发挥，为了适应摇枕中间部位受到弯矩较大，而两端受到弯矩较小的情况，其中间部位的截面要比两段大，使得中间部位具有比较大的截面模数，此称为鱼腹形设计。 在综合考虑到各种因素，如正常装配、生产工艺简单而要不复杂、生产成本尽可能的低，我决定借鉴我国转K6型经典25t轴重货车转向架的总体结构尺寸来完成设计。图 3-1 摇枕的整体结构模型3.2外壁和内部筋板的设计摇枕的整体结构强度取决于摇枕外壁和中间支撑筋板的强度，因此，外壁和筋板的设计要满足25t轴重重载的要求，但凡事不能太过，不能为了仅追求强度而忽视了其自重太重的问题，要按照相关的结构设计标准，在满足强度要求的同时降低自重。图3-2 摇枕的内部板筋3.3排水口、漏沙孔等设计在摇枕设计中，有些工艺孔是必不可少的，例如排水口、漏沙孔等，这些工艺孔的设计，不仅便于铸造时的起模和掉沙，在摇枕的日常使用或者检修中也扮演者重要的角色。比如排水口，货车在正常运行过程中偶遇下雨天气，雨水就有可能囤积在摇枕中。如果不能及时排除就会使得摇枕能内部锈蚀，长此以往，便会降低摇枕的强度，减少摇枕的使用寿命。图 3-3 摇枕的内部工艺孔3.4摇枕斜楔的设计斜楔作为转向架的重要减振元件，构成了转向架的摩擦减振器。本设计中参考的K6型转向架采用摩擦减振器与弹簧一起构成了弹簧减振装置。弹簧主要是起缓冲作用，用来缓和轨道的冲击及振动激扰力，摩擦减振器的作用是减少振动。摩擦式减振器的原理是借助金属摩擦副的相对运动，从而产生摩擦，将车辆振动的动能转变成热量散发到大气中去。一般摩擦楔块的一边成45度角斜嵌入摇枕端部的楔形槽里，另一边紧紧压在侧架立柱的磨耗板上。它的工作原理：车体传给摇枕的垂向力使弹簧压缩。因为摇枕和楔块之间有45度角斜面，所以在车体作用力和弹簧反作用力的作用下，楔块和摇枕、楔块和侧架立柱磨耗板之间产生一定的压力。在转向架振动过程中，各摩擦面间产生相对位移和摩擦，将车辆振动冲击的能量转化为热能，从而起减振作用。图 3-4 摇枕斜楔的剖面视图3.5旁承台座的设计旁承承载是用来改善心盘的受力状态，25t及以上轴重转向架的旁承，一般由弹簧与橡胶复合生产而成。旁承的使用增加了车体与转向架间的回转阻尼，有效抑制转向架与车体的摇头蛇行运动和车体侧滚振动，从而有效的解决了空、重车回转阻力难以协调的技术难题，进一步提高了车辆的临界速度，有效保证车辆运行品质，降低了运行时的横向加速度，并一定程度上缓解了心盘的承载压力，减少了心盘裂纹的产生。图 3-5 摇枕的旁承台3.6心盘部分的设计心盘的作用包括：支撑并传递车体重量；连接转向架与车体，承受纵向牵引力、冲击力、垂向力等，确保牵引任务完成；完成转向架与车体的相对转动作用，随时准备进行运行中的转向。心盘从作用位置上可分为与车体连接的上心盘，与转向架连接的下心盘；从结构上分，下心盘可分为与摇枕一体式和组合式两种。本次毕设中采用的是组合式的设计，在摇枕的中心部分设计下心盘，并留有心盘螺栓孔、心盘销孔。为了使上下心盘吻合以及防止在运行过程中因发生跳动导致分离，上下盘间用中心销连接。摇枕的心盘部位主要是用来承载载荷的，所以，必须有一定的强度要求，其厚度一定要达到承载的要求标准。图 3-6 摇枕的心盘3.7摇枕的吊耳设计吊耳的作用主要是便于摇枕的搬运和铸造时摇枕的起模。吊耳设计的位置选择必须要能够在起吊时能均衡的承受载荷，还要求两两对称；在强度设计方面，摇枕的吊耳一定要保证在起吊和铸造翻模时能承受摇枕的自身重量。图 3-7 摇枕的吊耳转向架摇枕的有限元分析ANSYS是ANSYS公司推出的一款工程设计仿真软件，它可以用来求解结构，电力，电磁场以及流体等诸多问题。因此它在工业领域的应用非常广泛，其中包括:航空航天，生物医学，重型机械，电子产品等。 ANSYS有限元软件主要包括三大部分:前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 （1）前处理模块中ANSYS为我们提供了强大的实体建模以及网格划分的工具，使得我们可以更加方便地构造有限元模型；分析计算模块中主要包含结构分析(线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析以及多物理的耦合分析，可以模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析和优化分析的能力； （3）后处理模块可以将计算结果进行彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、透明及半透明显示等图片形式显示出来，同样的，也可以将计算结果通过图表、曲线的形式输出。4.1 有限元求解问题的思路及方法4.1.1基本思路1.导入几何模型。在此次毕设过程中，我是先在三维软件SolidWorks中建立重载货车转向架摇枕的几何模型，在将其以