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转向架构架技术设计强度计算分析
张开林 肖守纳 [西南交通大学机车车辆研究所]
转向架构架的强度计算依据UIC 515VE 标准，并参照《高速试验列车技术条件》有关规范进行的。

1. 构架计算模型：
构架结构为中间加横梁的柜形结构，由两根侧梁、横梁、牵引横梁及前后端梁组成，构架结构示意图见图1。

构架的强度计算采用ANSYS 5.31软件完成。

针对构架结构特点对构架计算模型均采用板单元进行离散。

构架有限元分析计算模型的节点数为22921个，单元总数24845个，计算模型质量为3414.5kg，构架结构模型离散图见图2。

2. 计算载荷及计算工况
2.1构架基本载荷 垂向静载荷
(1)
其中：Fz－构架一侧垂向静载荷（kN） Mc－动力车总质量（t） Mb－转向架质量（t）
(2)
其中： －左侧电机座垂向静载荷（kN） －电机质量（t）
模拟营运横向载荷
(3)
其中：Fy－构架模拟营运横向载荷（kN） Fz－构架一侧垂向静载荷（kN） 最大可能横向载荷
(4)
g m m F b c z )2(4
1
−=
g m F d z 10
7'
=)5.0(5.0g m F F b z y •+=)
1210(0.2max g m F c y +='z F d m
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其中：Fymax－构架最大可能横向载荷（kN） 模拟运营纵向载荷
机车以250km/h 的速度运行时的牵引力。

模拟纵向冲击载荷
（KN）
(5)
由基本参数计算各载荷值如下：
2.2构架载荷组合工况
根据上述基本载荷对构架的计算工况进行组合，其组合工况见表一。

对于作用在侧梁上的垂直÷向载荷按面力考虑； 对于作用在电机座上的垂向载荷按面力考虑； 对于纵向载荷，按线载荷作用于相应的位置；
b s m g F •=3KN
F KN F KN F KN F KN F KN F s y x y y z 0.721,5.120,5.746.245,2.169,3.218max max ======
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对于横向载荷，按节点载荷作用于相应的位置。

3. 构架静强度及疲劳强度的评定
对于载荷工况10，各点均不得大于材料的屈服强度极限。

对于载荷工况11，各点应力均不得大于材料的强度极限。

对于载荷工况1～9，构架上各点确定应力 ~ ，取其最小值 和最大值 ，按下式计算平均应力和应力幅值：
所有点的应力都按疲劳极限线图评定。

构架采用16Mn 材质，该材料的极限强度取580Mpa，屈服极限为350Mpa.
4. 各工况下的计算结果
计算结果的应力值取Von miss 等效应力，各工况下的最大应力、次大应力及其相应位置见表二，坐标参见图1。

对于各种工况，较大应力区主要分布在两根横梁与侧梁交接处的上下盖板与筋板上。

等效应力分布的应力等值线如图3～12所示。

对于工况1～9，选择部分主要点以评估构架的疲劳强度，其等效应力值见表三。

将表三中的 、 与疲劳极限曲线比较可知，表中的点皆满足疲劳强度的要求。

5. 结论
对于工况1～10，安全系数取2时，其应力值皆小于容许应力值。

构架的静强度满
足要求。

对于工况11，其最大应力值小于强度极限值。

构架满足冲击强度要求。

对于工况1～9的疲劳评定，将表三中的 , 与疲劳极限曲线比较可知，
表中的点皆满足疲劳强度的要求。

2,2min
max min
max σσσσσσ−=
Δ+=
m m σσΔσΔm σ1σ9σmin σmax σ
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图1 构架结构示意图
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图 2
表三 各工况下的主要点的应力值 (Mpa)
2006年用户年会论文以下为图3～12
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