磁悬浮列车下滑台结构研究

2017-07-19李兆盈樊强米丽艳

科学与财富 2017年19期

关键词：磁悬浮列车

李兆盈+樊强+米丽艳

摘要：介绍了时速160公里磁悬浮列车下滑台的工作特点，着重介绍了焊接结构和铸造结构方案的对比。

关键词：磁悬浮列车；焊接结构；铸造结构；下滑台

引言

下滑台是160公里磁悬浮车走行机构中关键的部件，与空气弹簧组合使用，承载车体的重量，同时作为空气弹簧的附加气室，降低了轨道与转向架间的激扰对车体振动的敏感度，提高了车辆的舒适性。

1 下滑台结构特点

下滑台与空气弹簧组合是连接车体底架和悬浮架的机械结构。

下滑台作用包括：①为导轨滑块安装座提供安装接口，连接直线导轨，承受并传递来自车体的垂向载荷；②下表面与空气弹簧相连，作为空气弹簧的附加气室，起到调节空气弹簧刚度的作用；③通过横向拉杆和横向拉杆座与悬浮架相连，限制空气弹簧的横向刚度，保证横行稳定；④当车辆过曲线时，通过转向推杆、T型臂传递车体和悬浮架间的力，使车辆顺利通过曲线；⑤连接防过充钢丝绳，防止因高度阀故障导致空气弹簧过充，超出其正常工作范围。

2 下滑台方案对比

160公里磁悬浮试验车项目下滑台方案1采用铝板焊接而成，主要由气室上盖板、气室、进气管、气室下盖板、筋板、空簧连接板组成，焊接质量要求按照EN15085标准执行，此部件认证等级为CL1级，焊缝质量等级为CP C2级。焊缝主要采用了单面HY坡口焊缝和角焊缝，保证气室具有良好的气密性。材质为EN AW6082-T6，材料母材屈服强度260MPa，焊缝区屈服强度为125MPa，根据安装接口需要，共有四种结构，仅充风进气口和防过充钢丝绳安装孔方向有差异，整体重量为8kg。下文受力计算分析以第一种为例，下滑台焊接结构如图1所示。

方案2为铝合金铸件，材质为EN AC42100-T6，材料屈服强度190MPa，为减少模具成本，预先设计出两个方向的充风进气口和防过充钢丝绳安装孔，整体重量为9.2kg。下滑台铸造结构如图2所示

3 计算分析

3.1有限元模型及边界条件

下滑台主要受如下四种力的作用：①受来自车体的垂向载荷Fz；②防过充钢丝绳的拉力Fs；③转向推杆的作用力F2；④横向拉杆的作用力F1

采用有限元分析软件，对结构进行计算仿真。下滑台两种方案模型结构及其载荷施加情况如图1、2所示。

计算采用实体单元进行模型简化，使用HyperMesh软件进行建模和网格划分，使用刚性元单元模拟衬套连接关系。

根据载荷分布，按照超常载荷工况和运营工况分别对下滑台进行计算，各种载荷作用下计算工况如表1所示

3.2 静强度评估

通过仿真计算，对各工况进行分析，下滑台焊接结构最恶劣工况计算结果如下：超常載荷工况下，下滑台焊缝区最大应力值为120.4MPa，材料许用应力125MPa。满足强度要求。

下滑台铸造最恶劣工况计算结果如下：超常载荷工况下，下滑台最大应力值为140.6MPa，材料屈服强度190MPa。满足强度要求。两种方案最大载荷工况应力云图如图3、4所示。

3.3 疲劳强度评估

在运营载荷工况下，考虑下滑台的疲劳强度性能。焊接结构选取结构关键焊缝节点进行分析。经计算，焊接结构疲劳因数最大值为0.274。由于铸造结构为左右对称结构，选取结构的二分之一外表面节点进行分析。经计算，疲劳因数最大值为0.174，小于1，具体计算结果云图如图5、6所示。