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1.機車輪對輪箍加裝扣環(huán)方案簡介
此方案是將機車輪對輪輞由原設(shè)計寬128 mm減少到107 mm，在輪箍內(nèi)側(cè)根據(jù)擋深107 mm加工10 mmX10 mm的扣環(huán)槽，扣環(huán)槽內(nèi)鑲裝截面尺寸為10 mmX16 mm的扣環(huán)，扣環(huán)在輪箍熱狀態(tài)下鑲裝，輪箍加裝扣環(huán)后的裝配圖見圖，下面對該結(jié)構(gòu)進行強度分析。
2.計算對象的選取
本次計算選取某系列機車輪對作為計算對象。計算過程中，首先按照輪對實際尺寸在SolidWorks下建立輪對的實體模型，通過parasolid文件格式導(dǎo)人到有限元分析軟件ANSYS中。考慮到磨耗到限車輪(輪箍厚度38 mm，輪緣厚度26 mm)比新制造車輪的受力狀態(tài)更惡劣，因此選用磨耗到限車輪作為對象進行計算更具有說服力，其實體模型如圖。為方便計算，在建立輪對實體模型時進行一些簡化，根據(jù)其幾何模型和載荷的對稱性采用半個車輪，去掉了輪輞上的油孔及幅板上的起吊孔，忽略模型中較小倒角和圓角對整體結(jié)構(gòu)的影響。
3.計算工況選取
車輪在運用過程中承受多種復(fù)雜的載荷。軌道對車輪有徑向和橫向作用力、制動過程中閘瓦對車輪的摩擦熱負荷、輪對裝配過程中采用過盈配合、高速旋轉(zhuǎn)時引起的離心力等均對車輪的應(yīng)力分布有著很大的影響。
由于輪與軸、輪箍與輪輞采用過盈配合，存在于各種工況。不同的過盈量對車輪的應(yīng)力影響較大，同時對輪軸壓裝配合的緊固度也有很大影響。但實際的車輪生產(chǎn)過程中，磨耗到限的車輪其過盈量一般小于最大過盈量，因此計算中取過盈量的平均值，并取車輪運行中最惡劣的曲線制動工況。在此工況下車輪的載荷情況，見圖，各載荷作用位置符合AAR的s-660-83標準C37。其中，Pr為曲線工況下作用在增載側(cè)(輪重轉(zhuǎn)移)軸頸上的垂直載荷；R為曲線工況下鋼軌對增載側(cè)車輪的垂直支反力；H為曲線工況下鋼軌對車輪的橫向反作用力；T為制動熱負荷；a為平均過盈量。
4.有限元計算及計算的邊界條件
4.1.計算模型
采用Solid45及Mesh200兩種單元對實體模型進行網(wǎng)格劃分，得到有限元模型見圖。
在ANSYS軟件中，可以通過點一點單元和面-面單元實現(xiàn)輪軸之間的過盈配合。此次計算采用面-面單元，利用軟件中的接觸向?qū)б訥UI方式分別創(chuàng)建軸與輪輛、輪輞與輪箍之間的過盈配合，取軸與輪輞之間的平均過盈量為0.32 mm，輪輞與輪箍之間的平均過盈量為1.275 mm。
4.2.溫度場計算
計算中考慮比較惡劣的工況，假設(shè)熱量全部被車輪吸收，且在整個車輪踏面周圍均勻地分布，亦即熱負荷是軸對稱的，該問題屬于軸對稱問題。為了在應(yīng)力計算中采用同一模型，以便利用溫度場計算的結(jié)果，取1/2車輪進行計算，見圖。溫度場計算的載荷是由于對車輪施行恒速制動或緊急制動時產(chǎn)生的熱負荷，本次計算以30 km/h恒速，制動10 min。
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