。（1）超常工況①垂向載荷（3.1）式（3.1）中：、——分別表示構(gòu)架兩側(cè)的垂向力，單位為N；——重力加速度（g=9.81m/s2）；——每列車的轉(zhuǎn)向架數(shù)量；——空車重量，單位為kg；——轉(zhuǎn)向架的重量,單位為kg；——超常載荷,有：a)每個(gè)座位有1名乘客，乘客質(zhì)量按80kg計(jì)算，b)走廊、進(jìn)出口和公務(wù)間每平方米4名乘客，每名乘客質(zhì)量按80kg來(lái)計(jì)算，c)行李間每平方米載重為300kg。②橫向載荷（3.2）式（3.2）中：——橫向試驗(yàn)載荷，單位為N；——每個(gè)轉(zhuǎn)向架上的輪對(duì)數(shù)。（2）模擬主要運(yùn)營(yíng)載荷①垂向力不同組合工況下作用在構(gòu)架上的垂向力和由表3.2計(jì)算。（3.3）式（3.3）中：——作用在構(gòu)架上的垂向力，單位為N；——模擬運(yùn)營(yíng)載荷，包括：a)每個(gè)座位1名乘客，b)走廊、進(jìn)出口和公務(wù)間每平方米2名乘客，每名乘客質(zhì)量按80kg來(lái)計(jì)算，c)行李間每平方米載重300kg。②橫向力（3.4）——作用在構(gòu)架上的橫向力，單位為N。表3.2模擬主要運(yùn)營(yíng)載荷試驗(yàn)工況表載荷情況構(gòu)架每側(cè)的垂向力（N）作用在整個(gè)構(gòu)架上的橫向力扭曲載荷1002003+04005+06007-08009-010+5‰的軌道扭曲11+5‰的軌道扭曲12-5‰的軌道扭曲13-5‰的軌道扭曲由于車體在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)形式，其中車體因側(cè)滾而產(chǎn)生垂向載荷的變化，用來(lái)表示，系數(shù)=0.1；車體因沉浮而產(chǎn)生垂向載荷的變化，用來(lái)表示，系數(shù)=0.2。③扭曲載荷按照線路扭轉(zhuǎn)的5‰來(lái)計(jì)算。3.5.2載荷計(jì)算（1）超常載荷工況=1\*GB3①垂向載荷=2\*GB3②橫向載荷（2）主要運(yùn)營(yíng)載荷=1\*GB3①垂向載荷=2\*GB3②橫向載荷=3\*GB3③扭轉(zhuǎn)載荷：在構(gòu)架斜對(duì)角位置處，即構(gòu)架的1、3位或者2、4位的一系彈簧帽筒內(nèi)表面施加產(chǎn)生12.5mm位移的力。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可以得到構(gòu)架在超常載荷工況下形成了2種組合工況所需載荷，用于計(jì)算和評(píng)價(jià)構(gòu)架的靜強(qiáng)度，見表1。表1超常載荷組合工況載荷工況構(gòu)架每側(cè)垂（kN）橫向載荷（kN）120002200+133通過(guò)以上的分析，得出了在工作負(fù)荷條件下，框架構(gòu)成了13個(gè)不同的工作狀態(tài)所需要的負(fù)荷，以此來(lái)對(duì)框架進(jìn)行靜態(tài)強(qiáng)度的估算，如圖2所示。表2運(yùn)營(yíng)載荷組合工況表載荷情況構(gòu)架每側(cè)垂向力（kN）作用在整個(gè)構(gòu)架上的橫向力（kN）扭曲載荷（kN）11331330021209300312093+8004173147005173147+80069312000793120+80089317300993173-8001012093+801511173147+80151293120-80151393173-80153.6牽引車基本參數(shù)及臨界轉(zhuǎn)角分析牽引車為后輪轉(zhuǎn)向，其基本參數(shù)有：軸距為2595mm，前輪距為1325mm，后輪距為1458mm，轉(zhuǎn)彎半徑5.6米，主銷距1248毫米，內(nèi)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度36度，從牽引銷到后輪兩者的軸心間距1915毫米。在上述的基礎(chǔ)上，可以利用畫圖法，繪制出牽引貨車以最小回轉(zhuǎn)半徑的拐彎示意圖（見圖4)，進(jìn)而得出牽引貨車的臨界轉(zhuǎn)角，也就是，外輪轉(zhuǎn)角為28.18度。圖4牽引車最小轉(zhuǎn)彎半徑示意圖3.7全掛列車最小轉(zhuǎn)彎半徑分析當(dāng)牽引后外側(cè)車輪的傾斜度大于或大于該傾斜度時(shí)，該牽引后外側(cè)車輪的傾斜度可以達(dá)到平穩(wěn)的傾斜度。在牽引后外輪轉(zhuǎn)角與極限轉(zhuǎn)角相等時(shí)，全掛式列車的最小轉(zhuǎn)向半徑為牽引后外輪軌道的直徑，（參見圖4）是全掛式列車最小轉(zhuǎn)向半徑的示意圖。在圖4中，O是全掛式貨車行駛圓周的中央（也就是這個(gè)狀況的瞬間轉(zhuǎn)彎心）,OO1是全掛式牽引車的轉(zhuǎn)向虛軸線，OO2是全掛式運(yùn)輸托架式貨車的轉(zhuǎn)彎虛軸線。最小轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算公式為dmin式中：dmin是全掛式牽引車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑，L2T是全掛式牽引車輛的后方轉(zhuǎn)向架到其后方的空轉(zhuǎn)軸線的水平間距，a是全掛式牽引車輛后方的轉(zhuǎn)向架。全掛式牽引車的外后輪的極限轉(zhuǎn)動(dòng)角度為ββ=arctan公式中：L2A表示全掛車前橋到它的操縱虛軸線的水平間距，?max表示全掛車拖桿的最大角度，la表示拖桿的拖桿拖洞的中央到全掛車前橋的中央間距，lb表示牽引臂的中央圈到全掛車的前軸線的橫向間距，k表示由牽引車及全掛轉(zhuǎn)運(yùn)支架車設(shè)計(jì)參數(shù)可以得到：L2T＝2595mm，L2A＝3000mm，?max＝30，la＝1915mm，lb＝2207mm，k＝1248mm，a＝105mm，將以上參數(shù)代入式（2）可得β＝26.72，將β由以上計(jì)算可知，全掛列車轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的最小轉(zhuǎn)彎半徑dmin＝11752.80mm。3.8全掛轉(zhuǎn)運(yùn)支架車牽引臂受力分析當(dāng)全掛列車?yán)@O點(diǎn)以最小轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎時(shí)，牽引車作用于支架車牽引臂上的力F方向如圖4所示。圖5全掛列車最小轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算示意圖力F沿牽引車牽引銷所在圓弧的切線方向，此時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)支架車牽引臂剛剛達(dá)到極限轉(zhuǎn)角φmax＝30，由于牽引車外輪轉(zhuǎn)角β＝26.72＜28.18（牽引車臨界轉(zhuǎn)角），牽引車還可繼續(xù)以更小轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)動(dòng)。在最大限度條件下，牽引機(jī)以最大回轉(zhuǎn)直徑5.6米為中心，以O(shè)為中心旋轉(zhuǎn)，見附圖5。牽引車上的牽引銷A點(diǎn)圍繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，其軌道為圖中過(guò)A點(diǎn)的兩點(diǎn)劃線圓，搬運(yùn)架子車牽引臂上與牽引車上A點(diǎn)相應(yīng)的位置仍然圍繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，其軌道為圖中過(guò)A點(diǎn)的單點(diǎn)劃線圓。當(dāng)牽引車與運(yùn)輸架子車連接在一起的相同點(diǎn)A在同一時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)趨勢(shì)有差異時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)交互力，這個(gè)力的方向是牽引車上A點(diǎn)圍繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)圓的切線方向，這個(gè)力與拖拽臂的軸心的角度是161.84度，它的最大值為拖引車的牽引力，也就是F=8190N。圖6轉(zhuǎn)運(yùn)支架車牽引臂受力示意圖由力的交互作用的理論得知，在這個(gè)時(shí)候，運(yùn)輸托架小車的牽引臂上的牽引圈所受的牽引量和牽引量都與F的值一致，在牽引機(jī)以最大牽引量進(jìn)行牽引的情況下，F(xiàn)1=8190N，與牽引臂的軸之間的角度是161.84度。3.9牽引臂強(qiáng)度計(jì)算使用AbaqusFEM對(duì)牽引桿進(jìn)行建模，根據(jù)以上所算出的：牽引桿上的作用力F1=8190N，力F1與牽引桿的軸心的角度為161.84度，對(duì)牽引桿的作用力F1進(jìn)行載荷的運(yùn)算，見附圖6。圖7牽引臂計(jì)算邊界條件（見附圖8)：在該狀態(tài)下，牽引臂的最大受力為1062Mpa，且處于牽引臂的牽引底座和牽引支架的連接處，因牽引臂的材質(zhì)為Q345，其屈曲和拉伸強(qiáng)度分別為345Mpa和470Mpa，牽引臂的最大受力部分將在該狀態(tài)下被破壞。圖8牽引臂強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果運(yùn)輸牽引車在工廠生產(chǎn)后，對(duì)其進(jìn)行了專項(xiàng)的轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)，在以上的極端條件下，進(jìn)行了一次轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)，得到了與計(jì)算一致的結(jié)論，即，在牽引座位和橫拉手的連接處，牽引手臂出現(xiàn)了斷掉的現(xiàn)象。圖9牽引臂試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)斷裂位置4牽引臂結(jié)構(gòu)改進(jìn)及試驗(yàn)驗(yàn)證4.1牽引臂結(jié)構(gòu)改進(jìn)為提高牽引臂負(fù)載的承載力，牽引臂采用三角框的形式，見附圖10。牽引臂主框架是用40mm×40mm×4mm長(zhǎng)方形鋼管拼焊而成，牽引臂與前輪橋的連接從1點(diǎn)變成了2點(diǎn)，并通過(guò)銷軸與前輪橋上的連接座相結(jié)合。在牽引環(huán)位置受到側(cè)向牽引力的時(shí)候，牽引臂頂端將不再受純彎矩的影響，它會(huì)將純彎矩轉(zhuǎn)換為正壓力和正拉力，從而對(duì)牽引臂頂端的受力狀況進(jìn)行顯著的改進(jìn)，從而可以防止?fàn)恳墼谵D(zhuǎn)身的時(shí)候出現(xiàn)破壞。1.框架式牽引臂2.車架3.連接座4.銷軸圖10新牽引臂結(jié)構(gòu)形式4.2有限元計(jì)算當(dāng)牽引后外側(cè)車輪的傾斜度大于或大于該傾斜度時(shí)，該牽引后外側(cè)車輪的傾斜度可以達(dá)到平穩(wěn)的傾斜度。在牽引后外輪轉(zhuǎn)角與極限轉(zhuǎn)角相等時(shí)，全掛式火車的最小轉(zhuǎn)向半徑為牽引后外輪軌道的直徑，（參見圖4）是全掛式火車最小轉(zhuǎn)向半徑。在圖4中，O是全掛式貨車行駛圓周的中央（也就是這個(gè)狀況的瞬間轉(zhuǎn)彎心）,OO1是全掛式牽引機(jī)的轉(zhuǎn)向虛軸線，OO2是全掛式運(yùn)輸托架式貨車的轉(zhuǎn)彎虛軸線。圖11邊界條件如附圖12中所顯示的，是一張牽引臂的應(yīng)力云圖，其中最大的應(yīng)力點(diǎn)在斜撐和橫截面的連接處，值為205.2MPa，用Q345作為牽引臂的材質(zhì)，它的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別為345/205.2=1.68，可以看出，在牽引臂的工作狀態(tài)下，在牽引臂的工作狀態(tài)下，它的最大變形是2.24mm，它的剛性達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。圖12應(yīng)力云圖圖13應(yīng)變?cè)茍D4.3試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)牽引臂進(jìn)行加載試驗(yàn)，試驗(yàn)載荷為9009N，方向與牽引臂的軸心相正交，測(cè)試方法見附圖14，將牽引臂和前輪的聯(lián)結(jié)處與地板相結(jié)合，沿著牽引臂的軸心，加9009N的平衡負(fù)荷，平衡負(fù)荷由靜止的滾動(dòng)體傳送至牽引臂的牽引圈，且靜載狀態(tài)的時(shí)間能夠達(dá)到15min。1.固定牽引臂根部2.牽引臂3.滾柱4.加載配重圖14加載試驗(yàn)方案結(jié)論1）在保證工作長(zhǎng)度要求的前提下，盡量將牽引臂的長(zhǎng)度盡量減小，減少牽引臂根部的作用力；2)對(duì)牽引車和轉(zhuǎn)運(yùn)支架車構(gòu)成的全掛列車進(jìn)行了，并對(duì)全掛列車的拖架式動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)；3)三角牽引臂可以將牽引臂承受的力矩轉(zhuǎn)換為牽引臂上的正向壓緊力和正向張力，從而減少牽引臂斷裂的概率；4)在裝運(yùn)之前，對(duì)牽引臂進(jìn)行載荷測(cè)試，以檢驗(yàn)其理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)[1]汪建.國(guó)內(nèi)外牽引座技術(shù)水平初析[J].輕型汽車技術(shù),1989(1):14-20.[2]楊通順.牽引車牽引座要覽（上）[J].汽車與配件,2004(46):28-30.[3]楊通順.牽引車牽引座要覽（下）[J].汽車與配件,2004(7):6-9.[4]郭艷玲,劉軍,隋磊,等.牽引座設(shè)計(jì)開發(fā)[J].重型汽車,2011(3):13-15.[5]陳秀梧,何仁.車牽引座鞍體的有限元模態(tài)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010(8):31-33.[6]X.B.Lin,R.A.Smith.Animprovednumericaltechniqueforsmulationthegrowthofplanarfatiguecracks[J].FatigueandFractureofEngineeringMaterialsandStmeetures,1997(10):1363-1373.[7]KSADANANDA,AKVASUDEVAN.Fatiguecrackgrowthmechanismsinsteels[J].InternationalJournalofFatigue,2022(25):899-914.[8]張全壽.國(guó)外牽引座技術(shù)簡(jiǎn)介[J].專用汽車,2019(1):38-42.[9]Brown,I.D.CLOTHLANING,J.D.FEHLING,etc.車輛的滑動(dòng)可調(diào)牽引座掛接組件及其控制系統(tǒng)[P].美國(guó):CN102555706A,2012-07-11.[10]Y.REHOH,S.RIZA,A.REGULY,etc.Failureanalysisoffifthwheelcoupling