上海地铁车辆车轮的开发_陈国胜

1、DOI:10.16212/ki.1672-1187.2005.03.004第 &0 卷 第 ) 期电力机车与城轨车辆V8D(+#0+58(+)&$1 年 1 月 &$ 日!#$%&$ ()$)*)%+,- . /0- 1&02-% 3,4$,-QT+#$F:!#$1上海地铁车辆车轮的开发陈国胜! 曾艳梅 株洲电力机车厂! 湖南 株洲 !#$#摘 要$ 从设计标准及基本要求方面介绍上海地铁车辆用车轮的技术特点% 用有限元方法进行车轮强度和制动热力学计算!给出其强度和疲劳评估%讨论车轮疲劳试验方法!并给出了试验结果&关键词$ 地铁车轮% 技术特点% 强度% 疲劳% 热力学% 试验中图分类号

2、$ %&$()*+,+(+文献标识码$ -+文章编号$ .&/ 0 &$1( $)/ $*$/ $)!#$%&() %( )* +*$, -%. /*0(1*02 3).% #*24$,2345+678/ 9:;456+?:7C:87+4D;EFGBE+H8E8A8FBI;+J8GK9! :7C:87+!&$! 2:B(!#$%&$ L:B9+MM;G+MG;9;F9+F:;+F;E:BED+E:GEF;GB9FBE9+8N+F:;+O:;D9+N8G+P:=:B+Q;FG8+I;:BED;9+IB+F:;+ 9FRGR9+79;R+B+R;9B=+R+S9BE+R;AR!EDE7DF;9+F

3、:;+9FG;=F:+R+F:;GA8RTABE9+OBF:+U4Q+A;F:8R!;ID7F;9+ F:;+9FG;=F:+R+NFB=7;! RB9E799;9+F:;+F;9F+A;F:8R+S87F+F:;+NFB=7;+8N+F:;+O:;D9+R+8NN;G9+G;97DF+8N+F:;+F;9F(+()* +,%-#$ O:;D+N8G+A;FG8+I;:BED;% F;E:BED+E:GEF;GB9FBE% 9FG;=F:% NFB=7;% F:;GA8RTABE9% F;9F+$+引言&+车轮强度 疲劳(评估上海地铁明珠线二期车辆是由西门子公司提供技&(*+有限元模型术!株洲

4、电力机车厂和西门子公司共同生产制造的!但有限元计算采用 / 4-P 软件!模型采用 0 节点六西门子公司不提供地铁车辆转向架轮对的设计制造技面体单元!轴对称结构 见图 *( & 车轮与车轴配合处采术& 鉴于此!株洲电力机车厂自行设计制造了该地铁车用接触单元!车轮车轴过盈量 $(#+AA!其摩擦系数为辆的轮对!达到了国产化的目的&$(*& 材料特性为$弹性模量 ! _+#(*$1+Qa%泊松比*+上海地铁车辆车轮技术特点上海地铁明珠线二期车辆用轮对的设计制造均按照国际标准进行!其主要参数和特点如下$ *( 轴重!*.+F%转向架重!0+F& #( 车辆最高运行速度为 W$+KAX:%基础制动采用

5、单侧踏面制动!最大制动踏面压力 !&+K5& )( 采用整体碾钢车轮 !轮径为 Y0!$+AA 新轮(XZ$+AA 全磨耗( % 车轮踏面形状符合 %2/ 4+P+ *$& !( 车轮采用等厚度 &1+AA( P 形幅板 ! 使其具有较小的轮轨噪声以及减少制动热向轮座的传递% 车轮材料 4( *制造及检验均符合 45*)&.& 标准的要求%b_+$()%屈服强度 c;+_+!0$+Qa& #(#+载荷工况车轮轮轨作用载荷按照 %21*$/ 1 标准分为 ) 种工况$第一工况为直线工况!#$+_+W(0*;,!+5%第二工况为曲线工况!#*+_+W(0*;,!+5!$*+_+1(1;,!+5%第

6、三工况为过道岔工况!#+_+W(0*;,!+5!$#+_+)();,!+5 见图 #( &车轮的设计及其验证符合 45*)WW 和 %21*$/ 1&图 *+车轮有限元模型图 #+车轮载荷作用位置收稿日期$ #$1/ $*/ *0+作者简介$ 陈国胜 *W./ ( !男!高级工程师!*WW) 年获西安交通大学工程力学专业硕士学位!现从事机车车辆转向架的研究开发&!#!陈国胜 等!上海地铁车辆车轮的开发!# 年第 $ 期!#7777计算结果处 #工况 ! 下的最大 7BHH 应力为 #I789:位于!#%7777车轮 7BHH应力踏面与钢轨接触处#车轮在工况 # 下的最大 7BHH计算结果% 见

7、图 #图 3& 表明车轮在工况 % 下的应力为 #!789:位于踏面与钢轨接触处$ 在所有工况最大 7BHH 应力为 #!C789:位于踏面与钢轨接触下其最大 7BHH应力未超过车轮的屈服强度$图 #7777工况 %7车轮 7BHH应力图 C7777工况 !7车轮 7BHH 应力图 37777工况 #7车轮 7BHH 应力!#!$车轮疲劳评估直线工况车轮幅板动态应力见表 %其中 &! 代表幅板表面径向应力# 代表幅板表面圆周方向应力 $ ()代表载荷作用面 % 整个车轮划分 #*( 个面& #%+(,代表载荷作用面旋转 %+(-所形成的面$ 车轮疲劳评估点为 (.面上与 %+(/面上同一位置应

8、力幅最大处$ 曲线工况车轮幅板动态应力见表 ! 过道岔工况车轮幅板动态应力见表 #$根据 0123%(4 3 的要求车轮幅板的动态应力全幅值!5 必须小于允许应力即 幅板加工车轮!6#*(789:#幅板未加工车轮!;! z%+(外侧面 |! 77 !%(77777 #!77777777 %!%I+7777 777 %+77777773777777777 *37!#内侧面 ! 7 %!+77777 C+777777777 +7+(7777 777%I+ 77777%IC777777777%I*77C表 !7777工况 ! 车轮疲劳强度评估应力 ?89:平均应力及应力幅 ?89:777777(N %+(O$平均应力动态应力全幅值PQ(RST%+(UV?!$!WGX(Y Z%+(外侧面 ! $ !( $ %*($ !($ $C!3 $%!3内侧面 ! 77 %!3777777+777777777_%+37777777!%#7777 7777#3 77777%(7I!37777777I377777777777表 #7777工况 # 车轮疲劳强度评估应力 ?89:777777777777777777777平均应力及应力幅 ?89:7777777(a %+(b77777平均应力动态应力全幅值Pc(dSe%+(fV?!777777!gGh(i