现代有轨电车铰接装置强度解析与试验研究_郝博.pdf
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1、机械工程师MECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址: 电邮:MECHANICAL ENGINEER现代有轨电车铰接装置强度解析与试验研究郝博,蒋于龙,刘世(中车制动系统有限公司,山东 青岛 266031)RzRxRyzxy图3转动铰示意图0引言现代有轨电车的发展始于20世纪90年代的法国。随着多年来在法国、德国等多个欧洲国家的成功运营,现代有轨电车以全新的结构设计理念迅速吸引了国内众多城市的关注和研究1-2。特别是近年来,我国为实现“碳中和、碳达峰”战略目标,大力倡导“低碳出行、绿色环保”理念,城市轨道交通成为这一理念的重要载体,现代有轨电车以其绿色环保、乘坐舒适性强、
2、运行灵活性高、投资成本较低等特点,在我国一些城市(如沈阳、苏州、三亚等),已进入运营阶段3。为保证在城市轨道的小半径曲线上通过,以体现其运行灵活性的特点,现代有轨电车车辆大多采用39 m短车体,每节车辆为一个模块,通过不同形式的铰接装置组合进行编组,其中常用的3种铰接装置分别为固定铰、转动铰、自由铰4。以五模块100%低地板有轨电车为例,其编组形式及铰接装置配置情况如图1所示。铰接装置作为模块之间连接的重要装置,其强度直接关系到车辆的运行安全,是设计研发中需重点关注的因素,因此对其强度进行分析并进行试验研究具有重要意义5。1结构介绍固定铰主要由安装座和关节轴承组成,能够传递垂向力、纵向力和横向
3、力,一般安装于模块下侧,如图2所示。关节轴承在限制3个方向 平 动 的同时,可使两侧模块绕3个方向相互旋转。转 动 铰 主要由安装座、关节轴承、橡胶节点、调节装置等几部分组成,能够承受横向力和纵向力,一般安装于模块上侧,如图3所示。关节轴承和橡胶节点与各自销轴之间能够相对转动,同时也不限制垂向平动。固定铰和转动铰配合使用,限制了相邻模块间的沉浮运动和侧滚运动,使得相邻车辆仅存在相对摇头的自由度,即在水平 面 内 相 互 旋转,有利于车辆通过水平曲线。自由铰主要由安装座、杆端关节轴承、调整装置等几部分组成,仅承摘要:针对现代有轨电车3种常用铰接装置进行了强度解析,通过有限元建模实施了计算,将分析
4、结果与静强度试验结果进行对比分析研究,验证了其设计指标,为铰接装置生产和系列化研发提供必要的理论依据。关键词:有轨电车;铰接装置;强度;试验对比中图分类号:U 482.1文献标志码:A文章编号:10022333(2023)08011603Strength Analysis and Experimental Research of Modern Tram Articulation DeviceHAO Bo,JIANG Yulong,LIU Shi(CRRCQingdaoSifangRollingStock Research Institute Co.,Ltd.,Qingdao266031,Chi
5、na)Abstract:The strength analysis of the three articulation devices of tram is carried out,and calculations are carried outthrough finite element modeling.The analysis results are compared with the static strength test results,and it is verifiedthat they can meet the design requirement,which provide
6、s the necessary theoretical basis for the production and seriesdevelopment of articulation devices.Keywords:tram;articulation device;strength;test comparison基金项目:四方所技术中心科技研究开发计划研发课题“低地板车辆铰接装置研制”(2013SRI055)图1五模块100%低地板有轨电车编组形式及铰接装置配置示意图A、E、B为带转向架模块;C、D为浮车模块;“=”为固定铰和转动铰组合;“+”为固定铰和自由铰组合ACEDB图2固定铰示意图Rz
7、RxRyzxy116机械工程师MECHANICAL ENGINEER网址: 电邮:2023 年第 8 期MECHANICAL ENGINEER图4自由铰示意图RzRxRyzxy受横向力,一般安装于模块上侧,如图4所示。自由铰不限制相邻模块之间的垂向、纵向平动和3个方向的转动,仅限制横向的平动。自由铰和固定铰配合使用可限制车辆间的侧滚运动,不限制点头运动,有利于车辆过竖曲线6-8。本文以上述3种铰接装置为研究对象,利用有限元数值仿真技术进行强度分析,并将有限元分析结果与强度试验结果进行对比分析,以验证设计计算方法的可靠性。2计算模型的建立上述3种不同的铰接装置主体结构均为碳素结构钢,根据3种铰接
8、的工作状态,其所承受的载荷如表1所示,力值的正负参考图2图4的坐标方向。有限元前处理所采用的软件为HyperMesh,根据铰接装置的实际尺寸建立有限元模型,有限元网格主要离散为四面体SOLID185号单元。有限元模型如图5所示,计算时将铰接装置各关节轴承进行简化处理。3有限元静强度分析根据铰接装置的实际装车状态及所承受的载荷对铰接装置的有限元模型施加边界条件,通过有限元计算,固定铰的最大应力产生在Fz方向+70 kN载荷工况下,最大应力值为299MPa,出现在关节轴承安装孔位置。转动铰的最大应力产生在Fx方向-120kN载荷工况下,最大应力值为286 MPa,出现在固定支座斜拉筋板位置。自由铰
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