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制動(dòng)梁是鐵道車輛上最重要的部件之一，它的損傷故障對(duì)行車安全影響極大，尤其我國鐵路貨運(yùn)不斷實(shí)施重載以來，制動(dòng)梁方面的損傷故障顯得更為突出，成為一個(gè)不可忽視的問題.鐵路貨車組合式制動(dòng)梁自問世以來，裝車后出現(xiàn)了許多的質(zhì)量問題。制動(dòng)梁是一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，在車輛運(yùn)行中承受較大的交變載荷及沖擊力，制動(dòng)時(shí)承受制動(dòng)力以及車輪對(duì)閘瓦的反作用力，因此受力狀況較為惡劣。本文運(yùn)用有限元分析對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行了分析，并用實(shí)物進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，以期為企業(yè)對(duì)組合式制動(dòng)梁在強(qiáng)度依據(jù)方面提供參考。
組合式制動(dòng)梁適用于三大件式轉(zhuǎn)向架(滑槽式)，如圖所示，制動(dòng)梁主要由閘瓦托、端頭、撐桿、弓形梁和支柱等五部分組成.其中端頭為整體式鍛件，兩端口處有加強(qiáng)肋，撐桿為外徑50 mm，內(nèi)徑為30 mm的管材，弓形梁是直徑33 mm的棒材，3個(gè)零件通過熱套裝工藝組合成制動(dòng)梁梁體.同時(shí)，用滑塊取代滾子軸在滑槽中導(dǎo)向和支撐，閘瓦托與梁體使用SFT折頭螺栓進(jìn)行緊固。根據(jù)TB/T 1978-2007《鐵道貨車組合式制動(dòng)梁》中相關(guān)規(guī)定，組合式制動(dòng)梁在進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)時(shí)，將制動(dòng)梁兩端的閘瓦托支撐在模擬閘瓦上，載荷施加在支柱圓銷上.所需施加的試驗(yàn)載荷包括撓度試驗(yàn)載荷、永久變形試驗(yàn)載荷、安全系數(shù)試驗(yàn)載荷和切向載荷，各載荷的計(jì)算公式，為模擬輪對(duì)踏面作用在一個(gè)模擬閘瓦上的切向力，得到撓度試驗(yàn)載荷、永久變形試驗(yàn)載荷、安全系數(shù)試驗(yàn)載荷，載荷計(jì)算結(jié)果與TB/T 1978-2007中所規(guī)定的數(shù)值一致。按照表中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行加載，其靜載荷試驗(yàn)安裝與加載示意圖如圖所示，試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)載荷、實(shí)際變形和允許變形如表所示。由表可知，試件撓度載荷試驗(yàn)變形量均小于允許變形量，永久變形試驗(yàn)和安全系數(shù)變形量也小于允許變形量，兩試件靜載荷試驗(yàn)合格。
由于制動(dòng)梁支柱為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且屬于裝配體，故取制動(dòng)梁整體來建立有限元模型.整個(gè)模型共包含5個(gè)面面接觸對(duì)，分別為：閘瓦托和端頭，端頭和撐桿，撐桿和弓形梁，弓形梁和支柱上部U型槽，支柱下部圓孔和撐桿；閘瓦托、端頭、撐桿、弓形梁和支柱均采用四面體實(shí)體單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散.為保證計(jì)算精度，經(jīng)過多次試算，直到前后兩次計(jì)算誤差小于5%為止，所確定制動(dòng)梁有限元模型如圖所示，共離散為49210個(gè)節(jié)點(diǎn)，21644個(gè)單元。制動(dòng)梁材質(zhì)均為鋼性材料，計(jì)算時(shí)取彈性模量E=2.1Xe5 MPa，泊松比0.3。參照TB/T 1978-2007《鐵道貨車組合式制動(dòng)梁》中撓度載荷試驗(yàn)規(guī)定，在閘瓦托圓弧面上施加徑向約束；在支柱圓銷孔處施加撓度試驗(yàn)載荷104.5kN，在Ansys Workbench軟件中按照軸承載荷施。由圖制動(dòng)梁位移分布圖可見，組合式制動(dòng)梁最大位移約為1.61 mm，該值與表中撓度載荷試驗(yàn)中測(cè)得的最大變形量(平均值為1.62 mm)相一致，表明該文所建立有限元模型正確。
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