摘要 摘要 基于國(guó)內(nèi)、外鐵路既有煤漏斗車現(xiàn)狀，以及我國(guó)批量出口澳大利亞的c 3 2 型煤炭漏 斗車設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)用情況，通過采用新的設(shè)計(jì)方法和新技術(shù)、試驗(yàn)手段，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 研究n h w h 型澳大利亞煤漏斗車，以達(dá)到車輛自重2 5 4 t 、載重9 5 t 、自重系數(shù)0 - 2 6 7 ， 提高車輛的承載能力和安全可靠性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 論文首先闡述了國(guó)內(nèi)、外鐵路煤炭漏斗車的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了不同年代設(shè)計(jì)、制造 的煤漏斗車的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。隨著鐵路貨車新材料、新技術(shù)和新工藝的發(fā)展，加之車輛配 件技術(shù)不斷提升，鐵路大軸重煤炭漏斗車的研制、開發(fā)勢(shì)在必行。 從設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的選取入手，通過對(duì)國(guó)內(nèi)、外既有煤炭漏斗車的調(diào)研分析、結(jié)構(gòu) 優(yōu)化、計(jì)算分析等，確定了該車的設(shè)計(jì)方案。 論文認(rèn)為，鐵路貨車的設(shè)計(jì)已從單一滿足強(qiáng)度要求發(fā)展到進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)，以提 高車輛運(yùn)用可靠性。論文討論了疲勞破壞是鐵路車輛主要失效形式之一，以及設(shè)計(jì)階段 進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)意義。論文在車體靜強(qiáng)度計(jì)算、車輛動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，基于 a a r 標(biāo)準(zhǔn)鐵路貨車疲勞壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，利用有限元數(shù)值分析技術(shù)，以a a r 標(biāo)準(zhǔn)中各類 載荷譜為依據(jù)，獲得時(shí)間歷程動(dòng)態(tài)應(yīng)力，然后以a a r 標(biāo)準(zhǔn)中s - n 曲線，基于m i n e r 損 傷理論計(jì)算疲勞壽命，對(duì)該車應(yīng)力狀態(tài)和使用壽命進(jìn)行了分析與研究。并由此獲得一個(gè) 可靠性理想的設(shè)計(jì)方案。 最后，論文詳細(xì)介紹了車體靜強(qiáng)度試驗(yàn)及車輛動(dòng)力試驗(yàn)的方法、試驗(yàn)過程及試驗(yàn)結(jié) 果，并與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。從計(jì)算和試驗(yàn)兩個(gè)方面保證了該車的設(shè)計(jì)科學(xué)、合理。 從而提高車輛性能和運(yùn)用可靠性，上述研究對(duì)滿足我國(guó)鐵路貨運(yùn)對(duì)新型大軸重煤炭漏斗 車的發(fā)展有顯著的推動(dòng)作用。 關(guān)鍵詞：煤炭漏斗車；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析計(jì)算與試驗(yàn)；疲勞壽命預(yù)測(cè) 大連交通火學(xué) - v 乍tt 碩十學(xué)位論文 a b s t r a c t b a s e do nt h ep r e s e n ts t a t eo ft h ee x i s t i n gc o a lh o p p e rw a g o na th o m ea n da b r o a da n dt h e d e s i g ne x p e r i e n c ea n do p e r a t i o ns t a t eo fc 3 2 c o a lh o p p e rw a g o ne x p o s e dt oa u s t r a l i ai nb a t c h ， n e wd e s i g nm e t h o d ，t e c h n o l o g ya n dt e s tm e t h o d sa r ea p p l i e dt oo p t i m i z et h es t r u c t u r ea n ds t u d y t h en h w hc o a lh o p p e rw a g o nf o ra u s t r a l i a b yt h u s ，t h eo b j e c t i v ep a r a m e t e r so ft a r ew e i g h to f 2 5 4 t 1 0 a d i n gc a p a c i t yo f9 5 ta n dt a r ew e i g h tc o e f f i c i e n to f0 2 6 7c a nb er e a c h e d ；t h ed e s i g n o b j e c t i v eo fi n c r e a s i n gt h el o a d i n gc a p a c i t yo fw a g o na n di m p r o v i n gs a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo f w a g o n c a nb er e a c h e d i nt h i sp a p e r ，t h ep r e s e n td e v e l o p m e n ts t a t eo fc o a lh o p p e rw a g o na th o m ea n da b r o a di s s t a t e df i r s t t h es t r u c t u r ea n dp a r a m e t e r so fc o a lh o p p e rw a g o nd e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e di n d i f f e r e n ta g e sa r ei n t r o d u c e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e wm a t e r i a l ，n e wt e c h n o l o g ya n dn e w m a n u f a c t u r ew o r k m a n s h i pp l u st h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to ff i t t i n gp a r t sf o rr a i l w a yw a g o n s ， t h ed e v e l o p m e n to fl a r g ea x l e - l o a dc o a lh o p p e rw a g o ni si m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o n b e g i n n i n g 塒mt h ed e s i g np a r a m e t e ra n ds t r u c t u r es e l e c t i o n ，t h ei n v e s t i g a t i o n ，s t r u c t u r e o p t i m i z a t i o na n dc a l c u l a t i o na n a l y s i sf o rc o a lh o p p e rw a g o na th o m ea n da b r o a da r ec o n d u c t e d t oc o n f i r mt h ed e s i g ns c h e m eo ft h i sw a g o n w a g o nd e s i g n sd e v e l o p m e n th a se n h a n c e dt h ev e h i c l ea p p l y i n gr e l i a b i l i t yf r o ms a t i s f y i n g t h es t r e n g t hs t a n d a r dt op r e d i c t i o no ff a t i g u el i f e t h ep a p e rd i s c u s s e dt h a tt h ef a t i g u ef a i l u r ei s o n eo ft h ei n a c t i v a t i o na n dt h ep u r p o s eo ft h ef a t i g u ed e s i g n a c c o r d i n gt ot h ec a r b o d ys t a t i c s t r e n g t hc a l c u l a t i o n , v e h i c l ed y n a m i c sa n a l y s i s ，t h ep a p e ru s i n gt h es y s t e mo ft h ew a g o n p r e d i c t i o no ff a t i g u el i f e ，f i n i t e e l e m e n ta n a l y s i st e c h n i ca n da a rs t a n d a r d sl o a ds p e c t r t m a s o b t a i n st h ed y n a m i cs t r e s so ft h et i m eh i s t o r y f i n a l l y ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec a r b o d ys t a t i cs t r e n g t ht e s t ，t h em e t h o do fv e h i c l e d y n a m i c st e s t , t h ep r o c e d u r eo ft e s ta n dt e s tr e s u l t a l o n gw i t ht h er e s e a r c ho ft h i sc o a lh o p p e r w a g o n , i tm a k e sp r o g r e s sa b o u to u rb o xw a g o n k e yw o r d s ：c o a lh o p p e rw a g o n ；o p t i m u md e s i g n ；a n a l y s i sa n dt e s t ；p r e d i c t i o no ff a t i g u e k f e i i 大連交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解太連塞通太堂有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)及保 留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的 知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬太董塞通太堂，本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表或使用 論文工作成果時(shí)署名單位仍然為太整塞通太堂。學(xué)校有權(quán)保留并向 國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件及其電子文檔，允許論文被查 閱和借閱。 本人授權(quán)大連交通大堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入 中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù) 進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論 文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 學(xué)位論文作者簽名：善痞啕 日期：砂踏年，月衫日 鋤鮐國(guó)奄鞴歹純 日期： o y # - l 月五，日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向：齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 工作單位：齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司電話：0 4 5 2 2 9 3 8 5 5 3 通訊地址：齊齊哈爾市鐵鋒區(qū)廠前一路3 6 號(hào)郵編：1 6 10 0 2 電子信箱：l i _ c h u n y u 12 3 4 5 s i n a c o m 大連交通大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝及參考 文獻(xiàn)的地方外，論文中不包含他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成 果，也不包含為獲得太整鑾通太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而 使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在 論文中作了明確的說明并表示謝意。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律效力，申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不 實(shí)之處，由本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 學(xué)位論文作者簽名：鄉(xiāng)誦 日期：礎(chǔ)年月叫日 第一章緒論 第一章緒論 1 1 引言 隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸業(yè)的需求愈加強(qiáng)勁。鐵路貨車作為鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾?裝備，特別是運(yùn)輸大宗散粒貨物的煤炭運(yùn)輸車輛的需求更加迫切。國(guó)外多年的成功經(jīng)驗(yàn) 證明，采用重載技術(shù)是提高煤炭、礦石等大宗散粒貨物運(yùn)輸能力及綜合經(jīng)濟(jì)效益的最有 效途徑。 隨著鐵路車輛的不斷提速，機(jī)車、車輛和道軌等鐵路設(shè)施的疲勞斷裂事故不斷發(fā)生， 由于疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展具有很大的隱蔽性而在疲勞斷裂時(shí)又具有瞬發(fā)性，因此疲勞 破壞往往會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難性后果。因此，車輛新產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和壽命 評(píng)估的研究已成為我國(guó)高速、重載車輛設(shè)計(jì)制造中的一項(xiàng)不可缺少的和重要的研究課 題。 鐵路車輛大多是焊接結(jié)構(gòu)，焊接結(jié)構(gòu)雖是一種連接金屬結(jié)構(gòu)既有效又經(jīng)濟(jì)的連接方 式，然而，焊接過程的本質(zhì)意味著焊接點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度通常低于母材的強(qiáng)度，即使某一非 常良好的結(jié)構(gòu)，焊接處也是最可能失效的部位，因此，對(duì)車輛的疲勞強(qiáng)度的評(píng)估，必須 把重點(diǎn)放在對(duì)焊縫處的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。目前國(guó)外許多公司推出的專用疲勞分析軟件 m s c f a t i g u e 和f e f a t i g u e 中設(shè)有針對(duì)這些焊接結(jié)構(gòu)的焊縫本身的疲勞壽命評(píng)估 的功能模塊。美國(guó)鐵路研究協(xié)會(huì)基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的a a r 標(biāo)準(zhǔn)提供了許多載荷譜 及許多焊接接頭的疲勞設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這些基于實(shí)測(cè)的載荷譜及焊接接頭疲勞設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)， 為車輛焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。設(shè)計(jì)人員以這一平臺(tái)為載體，能夠?qū)Σ?同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)包括焊縫在內(nèi)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)，并根據(jù)疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果， 對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品制造工藝進(jìn)行優(yōu) 選。 1 2 煤炭漏斗車國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 煤炭漏斗車是一種適用于在標(biāo)準(zhǔn)軌距的鐵路線路上運(yùn)行的貨車，主要用于裝運(yùn)煤 炭、礦石等散裝貨物，可滿足固定編組、循環(huán)使用、定點(diǎn)裝卸的電站、港口、選煤、鋼 鐵等企業(yè)運(yùn)用1 1 1 。 ( 1 ) 煤炭漏斗車國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 我國(guó)煤炭漏斗車的設(shè)計(jì)始于1 9 6 6 年，當(dāng)時(shí)為了提高我國(guó)煤炭運(yùn)輸水平，齊齊哈爾 車輛廠隨同鐵道、冶金、水電三部組成的煤礦車聯(lián)合設(shè)計(jì)調(diào)查組，對(duì)我國(guó)主要煤炭使用 運(yùn)輸單位進(jìn)行了全面的調(diào)查訪問，并于當(dāng)年和四方車輛研究所合作，設(shè)計(jì)了k 1 8 型煤炭 大連交通大學(xué)t 樣碩十學(xué)位論文 漏斗車。1 9 6 7 年4 月試制完成了我國(guó)第一輛煤炭漏斗車的樣車，該車載重6 0 t ，車體材 質(zhì)為普碳鋼，底門開閉采用雙抱大刀式偏心鎖閉機(jī)構(gòu)。該型車針對(duì)底門、漏斗和傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)，于1 9 7 1 年、1 9 7 4 年和1 9 7 6 年進(jìn)行了三次設(shè)計(jì)改進(jìn)，1 9 7 1 年至1 9 7 7 年累計(jì)生產(chǎn) k 1 8 車8 8 8 輛。 1 9 7 9 年8 月，鐵道、煤炭、水電三部在阜新發(fā)電廠召開了k 1 8 型煤炭漏斗車運(yùn)用 試驗(yàn)總結(jié)會(huì)。按照阜新會(huì)議精神，齊廠與四方所合作，于1 9 7 9 年底開發(fā)了具有偏心式 鎖鐵、兩級(jí)鎖閉機(jī)構(gòu)、風(fēng)手兩種傳動(dòng)裝置的k 1 8 f 型煤炭漏斗車和只有手傳動(dòng)裝置的 k 18 s 型煤炭漏斗車。 1 9 8 0 年，在k 1 8 f 型煤炭漏斗車基礎(chǔ)上，齊廠又與四方所合作研制開發(fā)了k 1 8 d 、 k 1 8 d g 型煤炭漏斗車，采用頂鎖式底門開閉機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)誘級(jí)鎖閉安全可靠，第一級(jí) 采用圓弧摩擦鎖閉，第二級(jí)采用上下傳動(dòng)軸連桿偏心鎖閉，開關(guān)門只克服一個(gè)偏心距， 且不壓縮貨物，阻力小，開關(guān)靈活，運(yùn)用至今用戶反映良好。后來又對(duì)車體材料進(jìn)行了 由普碳鋼改為耐候鋼的升級(jí)換代，在k 1 8 d 、k 1 8 d a 型車基礎(chǔ)上分別采用了轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn) k 2 型轉(zhuǎn)向架，開發(fā)了k 1 8 a t 、k 1 8 a k 、k 1 8 b k 型煤炭漏斗車，仍然采用頂鎖式底門 開閉機(jī)構(gòu)。 2 0 0 3 年，我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展拉開了序幕，不但新造貨車全部采用轉(zhuǎn)k 2 或轉(zhuǎn)k 6 型提速轉(zhuǎn)向架，而且既有3 5 力輛貨車也將在三年內(nèi)全部完成換裝轉(zhuǎn)k 2 型轉(zhuǎn)向架、運(yùn)營(yíng) 速度從8 0 k m h 提高到1 2 0 k m h 的目標(biāo)，煤炭漏斗車也不例外，通過采用高強(qiáng)度耐候鋼 和新技術(shù)，研制了采用轉(zhuǎn)k 6 轉(zhuǎn)向架的k m 7 0 型煤炭漏斗車。其商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度達(dá)到 12 0 k m h 。 ( 2 ) 煤炭漏斗車國(guó)外發(fā)展概況 在美國(guó)、南非、加拿大和澳大利亞等鐵路重載運(yùn)輸發(fā)達(dá)的國(guó)家，煤炭漏斗車有著廣 泛的應(yīng)用。 南非鐵路現(xiàn)役的重載貨車主要為軸重2 6 t 的c c r - 1 1 型運(yùn)煤敞車和少量的軸重2 0 t 的c c r - 4 型運(yùn)煤敞車。 加拿大主要采用軸重為2 9 8 t 的2 6 3 型全鋼單浴盆運(yùn)煤敞車和軸重為3 2 4 3 t 的2 8 6 型雙浴盆鋁合金運(yùn)煤敞車。 美國(guó)鐵路用于煤炭運(yùn)輸?shù)男略熵涇囉袃煞N：一種是用翻車機(jī)卸貨、裝有旋轉(zhuǎn)車鉤和 固定車鉤的鋁合金雙浴盆敝車；二是底開門快速卸貨的鋁合金煤漏斗車。兩種車型的數(shù) 量基本相等。美國(guó)鐵路軸重2 5 t 、載重7 0 t 的2 2 0 型煤炭漏斗車已經(jīng)淘汰，軸重2 9 8 t 、 載重9 0 1 0 0 t 的2 6 3 型煤炭漏斗車雖在役量很大，但現(xiàn)在也基本不生產(chǎn)；軸重3 2 4 3 t 、 2 第一章緒論 載重1 1 優(yōu)的煤炭漏斗車是目前的主型車。漏倉(cāng)數(shù)量按用戶要求可設(shè)為3 - 5 個(gè)，底門為 橫向開閉。 澳大利亞的煤炭運(yùn)輸主要采用軸重3 0 t 、載重9 0 l o o t 的煤炭漏斗車。其大多采用 圓弧包板式側(cè)墻結(jié)構(gòu)，以減輕車輛自重，增大裝載容積；也采用不銹鋼或高強(qiáng)度耐候鋼 材質(zhì)；底門橫向設(shè)置較多，地面安裝碰頭控制底門開閉以實(shí)現(xiàn)邊走邊卸【2 j 。 1 3 車輛結(jié)構(gòu)疲勞壽命研究概況 最早有記載的疲勞試驗(yàn)是德國(guó)人w a a l b e r t 于1 8 2 9 年進(jìn)行的。德國(guó)人w o h l e r 是常 規(guī)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)奠基人。 關(guān)于平均應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響，w h o l e 在1 8 5 8 年就指出：在任何給定壽命下引起 破壞的應(yīng)力幅值，隨平均應(yīng)力的增大而減小。1 8 7 4 年，g e r b e r 根據(jù)w o h l e r 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 對(duì)平均應(yīng)力不為零的疲勞破壞概念以“極限”二字來表達(dá)，在某一給定壽命下刻畫出相應(yīng) 的疲勞極限圖，即g e r b e r 拋物線。1 9 3 0 年，英國(guó)人g o o d m a n 對(duì)疲勞極限圖提出了簡(jiǎn)化 假設(shè)，即用直線連接縱軸上的對(duì)稱循環(huán)疲勞極限點(diǎn)和橫坐標(biāo)上的強(qiáng)度極限點(diǎn)，以此來代 替g e r b e r 拋物線。由于g o o d m a n 疲勞極限圖簡(jiǎn)單，所以至今仍在常規(guī)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)中 應(yīng)用【1 1 。 針對(duì)復(fù)雜載荷歷程的疲勞計(jì)算，發(fā)展了疲勞累積損傷理論和循環(huán)識(shí)別計(jì)數(shù)。疲勞累 積損傷理論中最簡(jiǎn)單和應(yīng)用最廣的是線性累積損傷理論，是由p a l m g r e n 于1 9 2 4 年首先 提出，1 9 4 5 年美國(guó)人m i n e r 在p a l m g r e n 工作的基礎(chǔ)上重新提出：損傷與應(yīng)力循環(huán)數(shù)成 線性關(guān)系。后人稱疲勞損傷線性關(guān)系為p a l m g r e n m i n e r 定律，簡(jiǎn)稱m i n e r 定律，它在疲 勞壽命估算中得到了廣泛應(yīng)用。此外，還出現(xiàn)了修正m i n e r 法、相對(duì)m i n e r 法以及 c o r t o n - d o l a n 等非線性累積損傷理論。 1 9 6 8 年，m m a t s u i s h 和t e n d o 提出了雨流計(jì)數(shù)法，該法認(rèn)為塑性的存在是造成疲 勞損傷的必要條件，這種塑性性質(zhì)由應(yīng)力一應(yīng)變遲滯回線表現(xiàn)出來，而一個(gè)大的應(yīng)力一 應(yīng)變循環(huán)對(duì)材料造成的損傷，不受小的循環(huán)的影響。于是，其計(jì)數(shù)結(jié)果與材料的“記憶” 特性相一致。這些特點(diǎn)使雨流法成為疲勞計(jì)數(shù)法中應(yīng)用最廣的一種方法。 國(guó)外，在發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路行業(yè)，如北美、歐洲等車輛企業(yè)。產(chǎn)品的強(qiáng)度設(shè)計(jì)由原來 主要依據(jù)靜強(qiáng)度指標(biāo)和無(wú)限壽命設(shè)計(jì)發(fā)展到了定量壽命設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品的使用可 靠性，并且降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。此外，北美和歐洲已形成了一整套的鐵道車輛疲勞 分析標(biāo)準(zhǔn)，有北美的a a r 標(biāo)準(zhǔn)和英國(guó)的b s 標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)際焊接學(xué)會(huì)的疲勞標(biāo)準(zhǔn)等。這 些法規(guī)為貨車車輛抗疲勞設(shè)計(jì)提供了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范【3 1 。 i i w 是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)( i n t e r n a t i o n a li n s t i t u t eo f w e l d i n g ) 的英文縮寫1 4 】。1 9 9 6 年i i w 下屬的焊接接頭工作組( j o i n tw o r k i n gg r o u p ) 提交了一份文件名為焊接接頭及其部 大連交通人學(xué)l ：稃碩十學(xué)何論文 件疲勞設(shè)計(jì)( f a t i g u ed e s i g no fw e l d e dj o i n t sa n dc o m p o n e n t s ) ，該文件編號(hào)為 xi i i 15 3 9 9 6 x v 8 4 5 9 6 ，在國(guó)內(nèi)，該文件被稱之為焊接接頭及其部件疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 本注釋亦用標(biāo)準(zhǔn)一詞定義該文件，其原因是它提供的各種級(jí)別的焊接接頭疲勞強(qiáng)度的 s n 曲線是許多國(guó)際著名的焊接專家學(xué)者在實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)的。這些s - n 曲線不僅具有權(quán)威 性，而且具有工程實(shí)用性，因?yàn)檫@些s - n 曲線考慮了焊縫形狀所引起的局部應(yīng)力集中、 一定范圍內(nèi)的焊縫尺寸和形狀偏差、應(yīng)力方向、殘余應(yīng)力、冶金狀態(tài)、焊接過程和隨后 的焊縫改善處理p 】。 b s ( 7 6 0 8 ：1 9 9 3 ) 是英國(guó)鋼結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)與評(píng)估實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)( c o d eo f p r a c t i c ef o r f a t i g u ed e s i g na n da s s e s s m e n to f s t e e ls t r u c t u r e s ) 。b s 標(biāo)準(zhǔn)中的疲勞規(guī)范起初是用于土木 工程結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)的疲勞評(píng)定的，后來也被應(yīng)用于汽車工業(yè)等別的工業(yè)等，應(yīng)用于含有 許多薄板結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的分析中去，而且得到了良好效果。它也對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞評(píng)估有 詳細(xì)的規(guī)定，應(yīng)用也較為廣泛。 a a r 是北美鐵路協(xié)會(huì)的簡(jiǎn)稱( a s s o c i a t i o no f a m e r i c a nr a i l r o a d ) 1 6 ，它是專門為鐵 路機(jī)車車輛制定的法規(guī)。此標(biāo)準(zhǔn)適用于各種車型，它包含各種載荷譜，如車鉤載荷、旁 承載荷、搖枕總垂向載荷、心盤載荷等載荷譜。這些載荷譜都是在線實(shí)測(cè)并經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析 整理出來的標(biāo)準(zhǔn)載荷譜。車型涉及漏斗車、敞車、棚車等。載荷譜以兩種形式給出，載 荷譜圖和表的形式。它規(guī)定：固定編組列車和高利用率車輛的疲勞壽命必須達(dá)到3 ，0 0 0 ， 0 0 0 英里( 4 ，8 2 7 ，0 0 0 k m ) ：一般聯(lián)運(yùn)車輛1 ，0 0 0 ，0 0 0 英里( 1 ，6 0 9 ，0 0 0 k m ) 。 疲勞評(píng)估方法采用線性累計(jì)損傷理論。在美國(guó)、加拿大等幾個(gè)北美國(guó)家廣泛應(yīng)用。它的 焊接接頭數(shù)據(jù)庫(kù)是建立修正g o o d m a n 圖的依據(jù)?？紤]了動(dòng)應(yīng)力的循環(huán)特性r 的影響。 a a r 標(biāo)準(zhǔn)中用到的環(huán)境載荷需要三種變量：最大載荷、最小載荷、事件百分率。a a r 標(biāo)準(zhǔn)特別適合新造貨車的疲勞評(píng)估。 目前，我國(guó)在鐵道車輛產(chǎn)品研制開發(fā)方面的手段還是比較落后的，仍然停留在經(jīng)驗(yàn) 設(shè)計(jì)和靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)階段。關(guān)鍵零部件，如搖枕、側(cè)架、中梁和端中梁、緩沖和牽引附件 仍采用常規(guī)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)方法；對(duì)零部件上可能的幾個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)或危險(xiǎn)截面使用經(jīng)驗(yàn) 公式進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核；以計(jì)算得到的安全系數(shù)不小于許用的安全系數(shù)作為疲勞強(qiáng)度的 判據(jù)，以通過程序加載的疲勞試驗(yàn)作為產(chǎn)品合格的判斷標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品過于 保守且跟不上時(shí)代的要求。這說明常規(guī)的抗疲勞設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品的壽命估算和產(chǎn)品的抗 疲勞設(shè)計(jì)方面都存在嚴(yán)重的不足。由于，我國(guó)現(xiàn)在還沒有可操作性很強(qiáng)的鐵道車輛的疲 勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，疲勞設(shè)計(jì)還沒有貫穿于車輛的開發(fā)階段，這對(duì)車輛企業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)已形 成了嚴(yán)重的阻礙。尤其是近幾年鐵路的五次大提速，車輛的焊接疲勞問題經(jīng)常發(fā)生，焊 接的疲勞問題亟待解決。 4 第一章緒論 1 4 本文研究的主要內(nèi)容 本文首先研究了國(guó)內(nèi)、外煤炭漏斗車和車輛結(jié)構(gòu)疲勞壽命的研究概況，美國(guó)a a r 標(biāo)準(zhǔn)，疲勞強(qiáng)度理論，有限元算法原理。 通過i - d e a s 軟件，建立了n h w h 型澳大利亞煤炭漏斗車車體的有限元模型。使用 該模型，經(jīng)有限元靜強(qiáng)度分析，得到的不同工況的靜強(qiáng)度結(jié)果、空車剛度結(jié)果和空車與 重車的車體模態(tài)結(jié)果。同時(shí)，使用該車的物理樣車，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。將該車的物理樣車 的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與有限元模型計(jì)算對(duì)比，靜強(qiáng)度分析結(jié)果和剛度分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基 本一致，從而驗(yàn)證了有限元模型的可靠性。同時(shí)找到貨車車體需要預(yù)測(cè)壽命的焊縫位置 即靜態(tài)關(guān)注點(diǎn)。 使用美國(guó)a a r 載荷譜，加載在有限元模型上的相應(yīng)位置從而獲得標(biāo)定的應(yīng)力分布。 根據(jù)載荷譜的變化規(guī)律，獲得預(yù)測(cè)對(duì)象的動(dòng)應(yīng)力分布。按照a a r 要求，將評(píng)估點(diǎn)的雙 向應(yīng)力等效處理。根據(jù)該點(diǎn)應(yīng)力變化情況，求其循環(huán)特性。根據(jù)該點(diǎn)的焊接接頭型式， 從a a r 表中，選擇s - n 曲線和g o o d m a n 圖的參數(shù)。然后根據(jù)美國(guó)a a r 標(biāo)準(zhǔn)，使用基 于根據(jù)邁納爾( m i n e r ) 損傷理論的用于疲勞壽命計(jì)算程序，將上面得到的結(jié)果輸入該 程序，得到了n h w h 型澳大利亞煤炭漏斗車車體空車與重車的車體靜態(tài)關(guān)注點(diǎn)的疲勞 壽命。 本章小結(jié) 本章討論了國(guó)內(nèi)、外煤炭漏斗車的發(fā)展情況和車輛結(jié)構(gòu)疲勞壽命研究現(xiàn)狀，基于美 國(guó)a a r 標(biāo)準(zhǔn)抗疲勞設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，以及本文研究的主要內(nèi)容。 大連交通人學(xué)。l ：稃碩十學(xué)位論文 第二章基本理論 本文主要應(yīng)用了有限元理論進(jìn)行車體靜強(qiáng)度分析、模態(tài)分析、響應(yīng)分析，使用了美 國(guó)a a r 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新型煤炭漏斗車進(jìn)行車體抗疲勞設(shè)計(jì)研究。 2 1 有限元算法原理 有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互 聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可 以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元法作為數(shù)值分析方法 的另一個(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待 求的未知場(chǎng)函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個(gè)結(jié)點(diǎn)的 數(shù)值和其插值函數(shù)來表達(dá)。這樣一來，一個(gè)問題的有限元分析中，未知場(chǎng)函數(shù)或及其導(dǎo) 數(shù)在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量( 也即自由度) ，從而使一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由 度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計(jì)算 出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解域上的近似值。顯然隨著單元數(shù)目的 增加，也即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度數(shù)的增加及插值函數(shù)精度的提高，解 的近似程度將不斷改進(jìn)。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。 當(dāng)前的有限元法是以位移為基本未知數(shù)，依據(jù)變分原理中的最小勢(shì)能原理來建立有 限元求解方程的。其基本思路是：將計(jì)算對(duì)象進(jìn)行離散，然后研究結(jié)點(diǎn)的平衡，最后， 利用插值技術(shù)獲得域內(nèi)解。下面以彈性力學(xué)平面問題為例，給出有限元法的算法原理。 首先，將連續(xù)體劃分成有限個(gè)單元，單元之間由結(jié)點(diǎn)互相連接，不同單元的結(jié)點(diǎn)有 不同的結(jié)點(diǎn)自由度。對(duì)于彈性力學(xué)平面問題，則單元內(nèi)任一點(diǎn)( x ，y ) 的位移 憎【x ，j ，j ，v 【x ，y ) ) 的插值公式總可以寫成 u ( x ，y ) = ，( x ，y ) “，l 二 或f = n d ( 2 1 ) v ( x ，y ) = 芝：n a ( x ，y ) v fi _ j 式中u 1 s 。上6 、 1 - m r j 1 7 ( 2 3 3 ) ( 2 3 4 ) ( 2 3 5 ) ( 2 3 7 ) 南 大連交通大學(xué)t 程碩十學(xué)何論文 式中，0 【，為載荷譜中事件循環(huán)的百分率，r 達(dá)到損壞的總循環(huán)數(shù)，p 是每千米( 英旱) 譜總循環(huán)數(shù)【1 3 - 1 7 1 。 ( 3 ) a a r 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線 根據(jù)美國(guó)a a r 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗疲勞設(shè)計(jì)的技術(shù)路線如下 1 ) 將預(yù)測(cè)對(duì)象離散成有限元模型，并指定具體待評(píng)估點(diǎn)的位置； 2 ) 從a a r 標(biāo)準(zhǔn)中選定合適的載荷譜，； 3 ) 根據(jù)載荷譜中的一指定值加載到有限元模型上，從而獲得標(biāo)定的應(yīng)力分布； 4 ) 根據(jù)載荷譜的變化規(guī)律，獲得預(yù)測(cè)對(duì)象的動(dòng)應(yīng)力分布； 5 ) 按照a a r 要求，將評(píng)估點(diǎn)的雙向應(yīng)力等效處理： 6 ) 根據(jù)該點(diǎn)應(yīng)力變化情況，求其循環(huán)特性； 7 ) 根據(jù)該點(diǎn)的焊接接頭型式，從a a r 表中，選擇s - n 曲線和g o o d m a n 圖的參數(shù)； 8 ) 根據(jù)邁納爾( m i n e r ) 損傷累計(jì)理論逐次計(jì)算待評(píng)估點(diǎn)的壽命。 本章小結(jié) 本章主要講述了有限元靜強(qiáng)度算法原理、疲勞強(qiáng)度理論和a a r 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線。 為下面工作的展開打下了理論基礎(chǔ)。 1 8 第三章車體有限元分析 第三章車體有限元分析 3 1 車輛設(shè)計(jì)方案 ( 1 ) 車輛用途 煤炭漏斗車是利用貨物自身重力進(jìn)行卸貨的車輛。主要用于固定編組、循環(huán)使用、 定點(diǎn)裝卸的煤炭運(yùn)輸。具有裝卸效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。 n h w h 煤漏斗車是齊車公司為澳大利亞制造的運(yùn)煤專用漏斗車，該車適于在1 4 3 5 m m 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路上使用，裝煤時(shí)該車能滿足邊走邊裝的裝煤設(shè)施要求；卸煤時(shí)該車能滿足 邊走邊卸設(shè)施要求。 該車每4 輛為_ 組，每組車由2 輛主車和2 輛從車組成，每組間使用牽引桿連接在 一起，形成一個(gè)車組；車組之間使用從re f 型自動(dòng)車鉤連接，形成一列車。 ( 2 ) 車輛運(yùn)用情況 列車在卸煤站卸煤時(shí)的運(yùn)行速度為o 一- - 3 k m h ，卸煤站地面設(shè)備提供8 0 0 4 - - 9 0 0 k g 的 力使門打開，2 0 0 k g - - 5 0 0 k g 的力使門關(guān)閉。 煤通過車輛的4 組底卸門傾卸，2 個(gè)橫向底門為一組。 通過踏板和扶手可以到達(dá)貨車端部，及進(jìn)行手制動(dòng)的操作。 ( 3 ) 主要技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的確定 1 1 底架結(jié)構(gòu)的確定 k 1 8 系列煤炭漏斗車的中梁組成均為刀把型式，采用3 1 0 乙型鋼( 或3 0 0 槽鋼) 和 兩塊中梁筋板組焊而成，牽引梁部位高3 9 0 m m 。老型車采用刀把梁主要是因?yàn)樽钤鏺 1 8 f 型車采用的是大刀臂式底門開閉機(jī)構(gòu)，采用較高的牽引梁可避免機(jī)構(gòu)中的長(zhǎng)拉桿組成在 開閉底門時(shí)侵入車輛限界，后期k 1 8 d 、k 1 8 d g 、k 1 8 d f 、k 1 8 d a 、k 1 8 d t 、k 1 8 a t 、 k 1 8 a k 型車根據(jù)運(yùn)用要求對(duì)底門開閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，采用性能更為優(yōu)越的項(xiàng)鎖式底 門開閉機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間較大刀臂式機(jī)構(gòu)大大減小小，已具備將刀把梁取消條件， 但車型結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，因此卻一直延續(xù)下來。 2 0 0 2 年，我國(guó)出口澳大利亞的c 3 2 型煤炭漏斗車底架則采用了無(wú)中梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 該車底架兩側(cè)采用牽枕結(jié)構(gòu)，縱向力通過側(cè)梁傳遞，在運(yùn)用中經(jīng)常出現(xiàn)側(cè)漏斗板與其外 側(cè)彎梁焊縫開裂的情況。 此次在n h w h 型澳大利亞煤炭漏斗車設(shè)計(jì)中借鑒了國(guó)內(nèi)、外同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念， 底架結(jié)構(gòu)確定為采用有中梁結(jié)構(gòu)，使縱向力可通過中梁傳遞，提高了底架結(jié)構(gòu)的承載能 力和安全可靠性。即該車底架兩側(cè)仍采用與c 3 2 型煤炭漏斗車一樣的牽枕結(jié)構(gòu)，并采用 專用冷彎矩形中梁將車輛兩側(cè)牽枕連接成一根中梁，使得底架結(jié)構(gòu)更加便于縱向力的傳 1 9 大連交通火學(xué)。1 ：釋碩十學(xué)位論文 遞。雖然，底架結(jié)構(gòu)增加中梁后，對(duì)縱向底門結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一定的影響，但 通過局部尺寸優(yōu)化，幾乎未對(duì)底門的卸煤速度、卸凈率產(chǎn)生較大的影響。經(jīng)過后期的試 驗(yàn)對(duì)比核算，底架結(jié)構(gòu)采用有中梁結(jié)構(gòu)既可有效提高了車輛的承載能力，又可提高車輛 的安全可靠性，改善車輛的靜力學(xué)性能。 2 ) 底門型式的確定 國(guó)內(nèi)、外煤炭漏斗車的底門開閉有兩種型式，一種是底門轉(zhuǎn)動(dòng)軸與車輛運(yùn)行方向垂 直，即底門橫向開閉；一種是底門轉(zhuǎn)動(dòng)軸與車輛運(yùn)行方向平行，即底門側(cè)向開閉。國(guó)外 的煤炭漏斗車的底門幾乎都是橫向開閉，這與各個(gè)國(guó)家煤炭漏斗車的傳承發(fā)展、底門開 閉機(jī)構(gòu)的設(shè)置以及地面配套設(shè)施等緊密相關(guān)。如澳大利亞的煤炭漏斗車的橫向開閉底門 是與地面碰頭相匹配，在車輛的運(yùn)行中完成自動(dòng)開門、完全卸載后再自行關(guān)門的，即邊 走邊卸。我國(guó)現(xiàn)有的卸煤點(diǎn)均配有卸煤溝、受料坑或高棧臺(tái)，都是從車輛兩側(cè)向外卸煤， 兼顧了帶有下側(cè)門敞車卸煤的需要。為適應(yīng)澳大利亞現(xiàn)有卸煤工況，n h w h 型煤炭漏 斗車采用橫向開閉的底門機(jī)構(gòu)，與過去出口澳大利亞的c 3 2 型煤炭漏斗車一樣，以滿足 用戶需求。 3 ) 材料的選用 目前國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)車輛的制造材料只有三種：耐侯鋼、不銹鋼和鋁合金，耐侯鋼為首 選材料并廣泛應(yīng)用。不銹鋼和鋁合金在國(guó)外的煤炭漏斗國(guó)已經(jīng)被廣泛采用。鋁合金車輛 在我國(guó)已經(jīng)開始研制和生產(chǎn)，對(duì)于煤炭漏斗車而言，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用鋁合金材料的 相關(guān)結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)還有待于研究和探索。因此，為了減輕車輛自重，根據(jù)前期高強(qiáng)鋼 在國(guó)內(nèi)、外同類車輛上應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，目前n h w h 型澳大利亞煤炭漏斗車的材料仍選用 高強(qiáng)度耐侯鋼，即達(dá)到減輕車輛自重、滿足車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的，又能滿足車輛運(yùn)用、 方便維護(hù)的要求。 ( 4 ) 主要結(jié)構(gòu) 該車主要由車體、底門及開閉機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向架、空氣制動(dòng)裝置、手制動(dòng)裝置、車鉤緩 沖裝置、牽引桿緩沖裝置等部分組成。 1 ) 車體 該車車體采用有中梁、整體承載全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由底架、側(cè)墻、端墻、漏斗 等組成。 底架主要由牽枕、中梁、側(cè)梁、枕梁、橫梁、端梁、漏斗板及鋼地板等組成。其中 牽枕由鋼板組焊成高度為3 1 0 r a m 的箱型結(jié)構(gòu)，牽枕內(nèi)焊有沖擊座和組焊心盤座，枕梁采 用變斷面的箱型組焊結(jié)構(gòu)。牽枕上、下蓋板、腹板及枕梁腹板、下蓋板采用材質(zhì)為 q 4 5 0 n q r l 。中梁、側(cè)梁均為冷彎結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為q 4 5 0 n q r l 。橫梁、端梁和地板等鋼結(jié)構(gòu)采 第三章車體有限元分析 用材質(zhì)為0 9 c u p c r n i - a 耐大氣腐蝕鋼。上心盤采用鍛造型式，并通過哈克鉚釘與車體進(jìn) 行連接。 側(cè)墻采用圓弧包板結(jié)構(gòu)，主要由側(cè)板和角型專用冷彎型鋼上側(cè)梁等組焊而成，兩側(cè) 墻間設(shè)有4 組撐桿。 端墻由端墻板、橫帶、斜撐、上端梁和端柱等組焊而成。 漏斗由側(cè)漏斗板、端漏斗板、大橫梁蓋板和漏斗脊背蓋板組焊分別圍成4 組漏斗， 端漏斗板的水平傾角為5 4 0 。漏斗口尺寸：長(zhǎng)為2 3 5 5 m m 、寬為5 0 0 m m 。 底門主要由底門門板、縱梁、橫梁和底門折頁(yè)等組焊而成。 底門開閉機(jī)構(gòu)為雙四連桿機(jī)構(gòu)，主要由傳動(dòng)軸組成、開門連桿組成、關(guān)門連桿組成、 軸承座、關(guān)門緩解裝置等部分組成。 2 ) 轉(zhuǎn)向架 該車轉(zhuǎn)向架采用2 f 軸轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架為3 0 t 軸重鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架。一系懸 掛采用八字形橡膠彈性剪切墊；二系懸掛采用帶變摩擦減振裝置的中央枕簧懸掛系統(tǒng)； 采用與搖枕一體的下心盤、側(cè)架四連桿彈性聯(lián)結(jié)裝置、符合m r 標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)f 型軸重的a p 一2 k 型61 2 x 9 雙列圓錐滾子軸承；采用符合a a rm 1 0 7c 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)f 型軸重的二次 磨耗型鍛鋼車輪，車輪踏面形狀符合澳大利亞鐵路w p r 2 0 0 0 的要求；車軸符合從rm i o i 的k 型車軸；基礎(chǔ)制動(dòng)裝置為下拉桿式單側(cè)閘瓦制動(dòng)裝置；采用符合從r 標(biāo)準(zhǔn)的h 4 型 高摩合成閘瓦；采用雙作用常接觸滾子旁承。 主要參數(shù)及尺寸： 軌距 軸重 自重 最高運(yùn)行速度 空車 重車 限速通過最小曲線半徑 固定軸距 軸頸中心距 輪對(duì)內(nèi)側(cè)距 旁承中心距 心盤面到軌面距離( 空車) 下心盤直徑 1 4 3 5 m m 3 0 t 約5 2 5 t l o o k m h 8 0 k m h 8 0 m 1 8 5 0 m m 2 0 0 6 6 m m 1 3 5 7 h 哪 ! 2 7 0 唧 6 5 0 r i o n 4 0 6 m m 2 l 大連交通大學(xué)1 ：程碩十學(xué)位論文 下心盤面到下旁承頂面距離： 自由狀態(tài) 工作狀態(tài) 側(cè)架上平面到軌面距離 側(cè)架下平面到軌面距離 車輪直徑 軸頸規(guī)格 制動(dòng)杠桿與垂直軸的夾角 轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)倍率 3 ) 制動(dòng)裝置 1 2 8 6 m m 11 8 6 m m 7 9 7 姍 1 4 5 m m 9 2 0 m m 61 2 x 9 4 0 。 6 5 每組車由二套空氣制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。每套空氣制動(dòng)裝置主要包括1 個(gè)w f 5 型集 成式組合風(fēng)缸、e l 型中繼閥、i o o l 儲(chǔ)風(fēng)缸、1 個(gè)3 5 6 2 5 4 m m 旋壓密封式制動(dòng)缸、1 個(gè) s t l - 6 0 0 雙向閘瓦間隙調(diào)整器和1 個(gè)b m l d 型傳感閥。另外還裝用折角塞門、截?cái)嗳T、 組合集塵器閥、軟管連接器、防塵堵等。 其中集成式制動(dòng)裝置包括三通閥、過濾器、8 5 l 儲(chǔ)風(fēng)缸、單向止回閥等。 每組車輛裝有三套制動(dòng)風(fēng)管，包括制動(dòng)主管、儲(chǔ)風(fēng)缸管和由機(jī)車直接控制的獨(dú)立制 動(dòng)管及相應(yīng)的軟管和軟管連接器。手制動(dòng)裝置采用f s w 型手制動(dòng)機(jī)，手輪直徑為5 0 0 m m 。 4 ) 車鉤緩沖裝置 每組車輛兩端裝有符合a a r 標(biāo)準(zhǔn)的上作用式e f 重載標(biāo)準(zhǔn)車鉤和m t - 2 型緩沖器、 鉤尾框等。 每組車中兩輛車之間采用牽引桿緩沖裝置，包括牽引桿、m t 一2 型緩沖器、鉤尾框等。 ( 5 ) 主要性能參數(shù) 自重約2 5 4 t 每輛 載重 9 5 t 每輛 容積( 考慮堆高)1 0 6 m 3 每輛 軸重 3 0 t 最高運(yùn)行速度 空車lookmh 重車8 0 k m h 通過最小曲線半徑80m 純制動(dòng)率 重車 1 3 第王章下體有限元分析 空車 ( 6 ) 主要尺寸參數(shù) 每組車輛長(zhǎng)度 車輛定距 車輛最大寬度 車輛最大高度 車鉤中心線高 裝貨口距軌面高 裝貨口尺寸( 長(zhǎng)寬) 卸貨口尺寸( 長(zhǎng)寬) 漏斗板傾角 3 5 約6 4 1 8 4 m m 1 2 2 8 1 姍 3 0 2 0 姍 4 1 0 0 m m 9 1 0 m m 4 1 0 0 m m 1 4 5 7 0 m m xl7 5 7 咖 2 3 5 5 m m 5 0 0 n n 縱向5 4 0 橫向9 0 0 限界：符合r s u l1 0 圖6 3 2 車體靜強(qiáng)度及剛度分析計(jì)算 本次分析所用的有限元分析程序是美國(guó)e d s 公司開發(fā)的i - d e a sm a s t e rs e r i e s7 0 軟件系統(tǒng)，硬件為n t 工作站。 ( 1 ) 計(jì)算模型及計(jì)算載荷工況 1 ) 計(jì)算模型 該車為對(duì)稱于橫、縱兩個(gè)中心面的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。載荷也對(duì)稱于橫、縱兩個(gè)對(duì)稱面，當(dāng) 進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算時(shí)，利用對(duì)稱性可取1 4 結(jié)構(gòu)創(chuàng)建f e a 模型。該f e a 模型中，全 部采用任意四節(jié)點(diǎn)等參薄殼單元進(jìn)行網(wǎng)格離散。根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)【1 6 】，已對(duì)高應(yīng)力區(qū)域進(jìn) 行了加密。該模型共劃分了共劃分節(jié)點(diǎn)5 5 9 1 3 個(gè)，單元5 7 4 5 2 個(gè)。其有限元模型如圖3 1 所示，有限元網(wǎng)格圖如圖3 2 所示。當(dāng)進(jìn)行頂車載荷工況時(shí)，將該模型鏡像為整體結(jié)構(gòu) 的f e a 模型；當(dāng)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、屈曲分析和模態(tài)分析時(shí)，也用整車結(jié)構(gòu)的f e a 模型。計(jì)算 時(shí)取整車四分之一為計(jì)算對(duì)象，在兩個(gè)對(duì)稱面上分別施加相應(yīng)的位移約束。 大連交通人學(xué)i 程碩士學(xué)位論文 圖3 - ln h w h 型澳太利亞煤炭漏斗車的1 h 結(jié)構(gòu)c a d 圖 f i g3 1c o a lh o o p e rc 盯1 4 c a d m o d e l 圖3 - 2n h w h 型澳大利亞煤炭漏斗車的1 4 結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格圖 f i g3 - 1c o a lh o p p e rc f l l - l 4f e mm o d e l 第二章下體有限元分析 2 ) 計(jì)算載荷工況 根據(jù)p n 公司煤車技術(shù)規(guī)范( 以下簡(jiǎn)稱規(guī)范) 中的有關(guān)規(guī)定，計(jì)算主要考 慮以下載荷工況： 垂向載荷： 垂向載荷主要有車體自重、貨物載荷。 車體自重采用i - d e a s 中的g r a v i t y 命令直接施加在每個(gè)單元的形心處。 貨物載荷采用水壓方式進(jìn)行加載。 2 4 5 0 k n 牽引載荷： 載荷以節(jié)點(diǎn)力的形式沿車鉤中心線作用于前從板座上簡(jiǎn)化的剛性單元節(jié)點(diǎn)上。 2 4 5 0 k n 緩沖載荷： 載荷以節(jié)點(diǎn)力的形式沿車鉤中心線作用于后從板座上簡(jiǎn)化的剛性單元節(jié)點(diǎn)上。 3 6 0 0 k n 緩沖載荷： 載荷作用位置與2 4 5 0 k n 緩沖載荷相同。 旁承載荷： 在車體旁承處施加垂直向上的靜態(tài)力l o o k n 。 抬車工況1 ： 承載車輛任意一端在車鉤托梁下面用千斤頂頂起。 抬車工況2 ： 承載車輛任意一端在車鉤鉤身下面用千斤頂頂起。 頂車載荷： 考慮載重情況作用下，在枕梁端部將車體項(xiàng)起。 漏斗隔板工況： 考慮漏斗隔板單側(cè)貨物載荷作用。 載荷組合： 合成工況1 ：車體自重； 合成工況2 ：垂向載荷= 自重+ 載重； 合成工況3 ：牽引載荷2 4 5 0 k n x l 5 ( 1 5 為載荷系數(shù)，下同) ； 合成工況4 ：牽引載荷2 4 5 0 k n x1 5 + 車體自重1 5 ； 合成工況5 ：牽引載荷2 4 5 0 k n x1 5 + 垂向載荷x1 5 ； 合成工況6 ：緩沖載荷2 4 5 0 k n 1 5 ； 合成工況7 ：緩沖載荷2 4 5 0 k n 1 5 + 車體自重1 5 ； 2 5 大連交通火學(xué) ：稃碩十學(xué)位論文 合成工況8 ：緩沖載荷2 4 5 0 k n 1 5 + 垂向載荷1 5 ； 合成工況9 ：緩沖載荷3 6 0 0 k n ； 合成工況1 0 ：緩沖載荷3 6 0 0 k n + 車體自重： 合成工況1 1 ：緩沖載荷3 6 0 0 k n + 垂向載荷； 合成工況1 2 ：旁承載荷l o o k n ； 合成工況1 3 ：抬車工況1 ； 合成工況1 4 ：抬車工況2 ； 合成工況1 5 ：頂車載荷； 合成工況1 6 ：漏斗隔板工況。 1 8 - 2 2 】。 ( 2 ) 強(qiáng)度和變形計(jì)算結(jié)果 在選取后處理計(jì)算結(jié)果時(shí)，根據(jù)規(guī)范要求我們選取了結(jié)構(gòu)物理特性不平均應(yīng)力值作 為評(píng)估應(yīng)力，同時(shí)也給出了平均應(yīng)力的結(jié)果作為參考。 應(yīng)力輸出結(jié)果全部為v o n - m i s e s 應(yīng)力，單位為m p a ( 1 m p a = l n m m 2 ) 。 所有工況求解過程沒有警告和錯(cuò)誤信息報(bào)告( n ow a r n i n g so re r r o r se n c o u n t e r e d i nl a s tr u n ) 。 1 ) 車體自重工況 物理特性不平均最大應(yīng)力發(fā)生位置：心盤支撐板處。 該區(qū)域不平均應(yīng)力值：t o p 面1 3 9 m p a ；b o t t o m 面1 2 3 m p a 。 物理特性平均最大應(yīng)力發(fā)生位置：心盤孔處。 該區(qū)域平均應(yīng)力值：t o p 面5 3 7 m p a ；b o t t o m 面1 3 3 m p a 。 該工況最大位移量：0 3 9 3