转向架中央牵引装置强度仿真分析

张晓艳（长春轨道客车股份有限公司,长春　130000）

转向架中央牵引装置强度仿真分析

张晓艳
（长春轨道客车股份有限公司,长春130000）

摘要：本文以转向架中央牵引装置为研究对象，依据UIC615标准施加载荷，采用有限元软件Abaqus，输入材料非线性曲线，得出纵向超常载荷作用下中心销的永久变形小于0.2%，牵引装置静强度满足标准要求。

关键词：非线性；有限元；牵引装置；静强度

1　有限元模型

中央牵引装置主要由中心销、牵引梁、牵引拉杆、中心销套等零部件组成。中心销通过螺栓与车体枕梁连接。在车辆运行时，牵引装置起传递转向架牵引力和制动力的作用，在垂向不承担支撑车体的任务。车体相对于转向架的回转是通过中心销套的扭转来实现的。

将中心销、牵引梁、中心销套和枕梁等结构整体考虑，中心销通过8个M 24×110的螺栓与车体枕梁连接在一起，紧固力矩为500Nm。中心销与销套内筒之间为接触关系，摩擦系数取0.15。中心销下部通过1个M 36的螺栓与压板紧固，螺栓的紧固力矩为900Nm。中心销套外筒与牵引梁内壁采用MPCbeam连接来模拟二者之间的过盈装配关系，忽略中心销套中间的橡胶弹性，将销套内、外壁作为一个整体考虑，同时中心销与枕梁之间，压板与中心销套之间用接触来处理，枕梁与螺母、螺母与螺栓、中心销外筒与牵引梁及M 36螺栓与中心销之间建立绑定约束。中心销采用八节点六面体单元，牵引梁和横向减振器座采用十节点四面体单元进行网格划分。

2　载荷与工况

在分析过程中，枕梁、中心销套及牵引梁内壁用刚体单元模拟，在枕梁上施加固定约束，首先在M36螺栓上施加104167N的预紧力，在M24螺栓上施加的86805.6N的预紧力，纵向载荷按转向架5g冲击加速度施加。为便于在牵引拉杆中心位置施加纵向载荷，在牵引拉杆座上加一个平板用于模拟牵引拉杆进行加载，将平板与牵引拉杆座绑定用于施加载荷。

3　结果分析

在纵向5g的超常载荷作用下，中心销的Von-Mises应力如图1所示，忽略螺栓孔处的应力，在中心销筒与枕梁连接板的过渡圆弧位置及中心销与销套配合过渡区域的截面突变处应力已经超过屈服应力415MPa，最大为489MPa，因此对中心销进一步进行弹塑性分析，材料的应力-应变曲线如图2所示，弹塑性分析结果最大Von-Mises应力477MPa。

虽然477MPa已经超过了材料的屈服极限，但金属材料不一定有明显的屈服现象，通常按永久变形达到0.2%时的应力值作为屈服极限。中心销与枕梁连接板的过渡圆弧位置最大的等效塑性应变为0.0089%，如图3所示。按照这个定义，在纵向超常载荷作用下中心销的永久变形小于0.2%。

4　结论

在超常纵向5g加速度载荷作用下，中心销的最大等效应力为477MPa，超过C级钢的屈服强度415MPa，但其塑性变形为0.0089%小于0.2%，同时根据UIC615-1规定5g冲击加速度下，不允许产生任何故障，可以产生永久变形，因此设计符合要求。