混铁车转向架的设计与分析

摘 要：文章提出了大型混铁车转向架的技术参数。通过理论计算，从原理上对转向架通过曲线时的参数进行了计算，确保技术参数的合理性。使用Pro/E软件建立了转向架的三维模型，使用ANSYS软件对摇枕、侧架进行了静强度分析，获得了不同工况条件下摇枕、侧架的应力分布云图和相关数据。

关键词：转向架；侧架；摇枕；静强度分析

1 引言

混铁车是一种运输高温铁水的专用冶金车辆。它可以协调高炉出铁水量与炼钢使用铁水量两者间短时出现的不均衡状态；还可以进行“三脱”作业，以缩短钢水在转炉内的冶炼时间。混铁车通过转向架行走，随着混铁车装载量的增大，目前转向架的承载能力已不能满足使用要求，因此需要开发一种新型的转向架。

2 转向架参数确定

混铁车运行在钢铁企业的专用线路上，应该在保证转向架零部件可靠性高，稳定和动态性能的前提下，最大限度地减少自身重量增加的负载。因此，转向架的主要技术参数可以确定为：轴重、自重、车轮直径、固定轴距和通过最小曲线半径。这些技术参数决定了转向架的运载力和稳定运行的主要技术指标。

转向架主要技术参数见表1。

3 转向架通过曲线计算

转向架在通过曲线线路时，转向架与铁轨的相对位置是不同的，从而形成了不同的内接形式。在计算转向架固定轴距可以通过的最小曲线半径时，转向架固定轴距1g与通过最小曲线半径R有以下关系[1]：

4 侧架承受的载荷及有限元分析

4.1 侧架的综合受力情况

侧架在垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力引起的附加垂向载荷、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷作用下的受力情况，受力计算如表2。

4.2 侧架有限元分析

该转向架的侧架为一体铸造结构，材质采用ZG270-500。分析单元采用实体solid92单元，建立静强度有限元分析模型。

参照表2对侧架进行施加载荷操作，在两侧轴承箱支承面上施加位移约束。在侧架中间弹簧支承面部位施加垂向载荷，在摇枕导框的侧立面施加横向载荷。施加载荷后，运行求解，得到的侧架的应力及应变如图1所示[3]。

侧架在垂直载荷和横向载荷作用下各单元的最大合成应力为94MPa。

5 摇枕承受的载荷及有限元分析

5.1 摇枕的综合受力情况

摇枕在垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力引起的附加垂向载荷、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷作用下的受力情况，受力计算如表3。

5.2 摇枕有限元分析

该转向架的摇枕为一体铸造结构，材质采用ZG270-500，两端有侧架导框及弹簧定位凸台，中间设有一体式下心盘。

在三维模型建立过程中，考虑摇枕的受力情况及结构特点，在保证模型可以进行良好的网格处理，对模型进行了处理。采用实体solid92单元对摇枕进行结构离散，进行有限元网格划分。

在静强度计算时，需要对侧架进行施加载荷操作。施加载荷的大小及施加的位置参照表3。在摇枕两弹簧支承面施加位移约束。在心盘面施加垂向载荷，在心盘环面施加水平载荷。施加载荷后，运行求解，得到的摇枕的应力及应变如图2所示[4]。

6 结束语

本文分析了作用在转向架上的载荷情况，使用Pro/E软件建立了转向架的三维模型，并将其主要承力的部件摇枕、侧架的三维模型导入到大型有限元分析软件ANSYS软件中进行分析，对摇枕、侧架进行了静强度分析，获得了工况条件下摇枕、侧架的应力分布云图和相关数据。分析结果表明：摇枕、侧架的设计符合设计要求。

参考文献

[1]何小玲.关于混铁车固定轴距与铁路曲线半径的研究[J].职大学报，2001，4：45.

[2]冶金工业部.冶金企业铁路技术管理规程[M].北京：冶金工业出版社，1980.

[3]王庆五，左 ，胡仁喜，等.ANSYS 10.0 机械设计高级应用实例（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2006.1.

[4]Saeed Moaveni.Finite element analysis：theory and application with ANSYS[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者简介：支国云（1979，9-），男，工程师，2003年7月毕业于石家庄铁道学院机械工程分院机械工程及自动化专业，获工学学士学位，2009年考入石家庄铁道学院机械工程分院攻读工程硕士学位，2008年11月取得中级职称资格。endprint

摘 要：文章提出了大型混铁车转向架的技术参数。通过理论计算，从原理上对转向架通过曲线时的参数进行了计算，确保技术参数的合理性。使用Pro/E软件建立了转向架的三维模型，使用ANSYS软件对摇枕、侧架进行了静强度分析，获得了不同工况条件下摇枕、侧架的应力分布云图和相关数据。

关键词：转向架；侧架；摇枕；静强度分析

1 引言

混铁车是一种运输高温铁水的专用冶金车辆。它可以协调高炉出铁水量与炼钢使用铁水量两者间短时出现的不均衡状态；还可以进行“三脱”作业，以缩短钢水在转炉内的冶炼时间。混铁车通过转向架行走，随着混铁车装载量的增大，目前转向架的承载能力已不能满足使用要求，因此需要开发一种新型的转向架。

2 转向架参数确定

混铁车运行在钢铁企业的专用线路上，应该在保证转向架零部件可靠性高，稳定和动态性能的前提下，最大限度地减少自身重量增加的负载。因此，转向架的主要技术参数可以确定为：轴重、自重、车轮直径、固定轴距和通过最小曲线半径。这些技术参数决定了转向架的运载力和稳定运行的主要技术指标。

转向架主要技术参数见表1。

3 转向架通过曲线计算

转向架在通过曲线线路时，转向架与铁轨的相对位置是不同的，从而形成了不同的内接形式。在计算转向架固定轴距可以通过的最小曲线半径时，转向架固定轴距1g与通过最小曲线半径R有以下关系[1]：

4 侧架承受的载荷及有限元分析

4.1 侧架的综合受力情况

侧架在垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力引起的附加垂向载荷、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷作用下的受力情况，受力计算如表2。

4.2 侧架有限元分析

该转向架的侧架为一体铸造结构，材质采用ZG270-500。分析单元采用实体solid92单元，建立静强度有限元分析模型。

参照表2对侧架进行施加载荷操作，在两侧轴承箱支承面上施加位移约束。在侧架中间弹簧支承面部位施加垂向载荷，在摇枕导框的侧立面施加横向载荷。施加载荷后，运行求解，得到的侧架的应力及应变如图1所示[3]。

侧架在垂直载荷和横向载荷作用下各单元的最大合成应力为94MPa。

5 摇枕承受的载荷及有限元分析

5.1 摇枕的综合受力情况

摇枕在垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力引起的附加垂向载荷、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷作用下的受力情况，受力计算如表3。

5.2 摇枕有限元分析

该转向架的摇枕为一体铸造结构，材质采用ZG270-500，两端有侧架导框及弹簧定位凸台，中间设有一体式下心盘。

在三维模型建立过程中，考虑摇枕的受力情况及结构特点，在保证模型可以进行良好的网格处理，对模型进行了处理。采用实体solid92单元对摇枕进行结构离散，进行有限元网格划分。

在静强度计算时，需要对侧架进行施加载荷操作。施加载荷的大小及施加的位置参照表3。在摇枕两弹簧支承面施加位移约束。在心盘面施加垂向载荷，在心盘环面施加水平载荷。施加载荷后，运行求解，得到的摇枕的应力及应变如图2所示[4]。

6 结束语

本文分析了作用在转向架上的载荷情况，使用Pro/E软件建立了转向架的三维模型，并将其主要承力的部件摇枕、侧架的三维模型导入到大型有限元分析软件ANSYS软件中进行分析，对摇枕、侧架进行了静强度分析，获得了工况条件下摇枕、侧架的应力分布云图和相关数据。分析结果表明：摇枕、侧架的设计符合设计要求。

参考文献

[1]何小玲.关于混铁车固定轴距与铁路曲线半径的研究[J].职大学报，2001，4：45.

[2]冶金工业部.冶金企业铁路技术管理规程[M].北京：冶金工业出版社，1980.

[3]王庆五，左 ，胡仁喜，等.ANSYS 10.0 机械设计高级应用实例（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2006.1.

[4]Saeed Moaveni.Finite element analysis：theory and application with ANSYS[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者简介：支国云（1979，9-），男，工程师，2003年7月毕业于石家庄铁道学院机械工程分院机械工程及自动化专业，获工学学士学位，2009年考入石家庄铁道学院机械工程分院攻读工程硕士学位，2008年11月取得中级职称资格。endprint

摘 要：文章提出了大型混铁车转向架的技术参数。通过理论计算，从原理上对转向架通过曲线时的参数进行了计算，确保技术参数的合理性。使用Pro/E软件建立了转向架的三维模型，使用ANSYS软件对摇枕、侧架进行了静强度分析，获得了不同工况条件下摇枕、侧架的应力分布云图和相关数据。

关键词：转向架；侧架；摇枕；静强度分析

1 引言

混铁车是一种运输高温铁水的专用冶金车辆。它可以协调高炉出铁水量与炼钢使用铁水量两者间短时出现的不均衡状态；还可以进行“三脱”作业，以缩短钢水在转炉内的冶炼时间。混铁车通过转向架行走，随着混铁车装载量的增大，目前转向架的承载能力已不能满足使用要求，因此需要开发一种新型的转向架。

2 转向架参数确定

混铁车运行在钢铁企业的专用线路上，应该在保证转向架零部件可靠性高，稳定和动态性能的前提下，最大限度地减少自身重量增加的负载。因此，转向架的主要技术参数可以确定为：轴重、自重、车轮直径、固定轴距和通过最小曲线半径。这些技术参数决定了转向架的运载力和稳定运行的主要技术指标。

转向架主要技术参数见表1。

3 转向架通过曲线计算

转向架在通过曲线线路时，转向架与铁轨的相对位置是不同的，从而形成了不同的内接形式。在计算转向架固定轴距可以通过的最小曲线半径时，转向架固定轴距1g与通过最小曲线半径R有以下关系[1]：

4 侧架承受的载荷及有限元分析

4.1 侧架的综合受力情况

侧架在垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力引起的附加垂向载荷、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷作用下的受力情况，受力计算如表2。

4.2 侧架有限元分析

该转向架的侧架为一体铸造结构，材质采用ZG270-500。分析单元采用实体solid92单元，建立静强度有限元分析模型。

参照表2对侧架进行施加载荷操作，在两侧轴承箱支承面上施加位移约束。在侧架中间弹簧支承面部位施加垂向载荷，在摇枕导框的侧立面施加横向载荷。施加载荷后，运行求解，得到的侧架的应力及应变如图1所示[3]。

侧架在垂直载荷和横向载荷作用下各单元的最大合成应力为94MPa。

5 摇枕承受的载荷及有限元分析

5.1 摇枕的综合受力情况

摇枕在垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力引起的附加垂向载荷、侧向力及轮轨间作用力所引起的水平载荷作用下的受力情况，受力计算如表3。

5.2 摇枕有限元分析

该转向架的摇枕为一体铸造结构，材质采用ZG270-500，两端有侧架导框及弹簧定位凸台，中间设有一体式下心盘。

在三维模型建立过程中，考虑摇枕的受力情况及结构特点，在保证模型可以进行良好的网格处理，对模型进行了处理。采用实体solid92单元对摇枕进行结构离散，进行有限元网格划分。

在静强度计算时，需要对侧架进行施加载荷操作。施加载荷的大小及施加的位置参照表3。在摇枕两弹簧支承面施加位移约束。在心盘面施加垂向载荷，在心盘环面施加水平载荷。施加载荷后，运行求解，得到的摇枕的应力及应变如图2所示[4]。

6 结束语

本文分析了作用在转向架上的载荷情况，使用Pro/E软件建立了转向架的三维模型，并将其主要承力的部件摇枕、侧架的三维模型导入到大型有限元分析软件ANSYS软件中进行分析，对摇枕、侧架进行了静强度分析，获得了工况条件下摇枕、侧架的应力分布云图和相关数据。分析结果表明：摇枕、侧架的设计符合设计要求。

参考文献

[1]何小玲.关于混铁车固定轴距与铁路曲线半径的研究[J].职大学报，2001，4：45.

[2]冶金工业部.冶金企业铁路技术管理规程[M].北京：冶金工业出版社，1980.

[3]王庆五，左 ，胡仁喜，等.ANSYS 10.0 机械设计高级应用实例（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2006.1.

[4]Saeed Moaveni.Finite element analysis：theory and application with ANSYS[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者简介：支国云（1979，9-），男，工程师，2003年7月毕业于石家庄铁道学院机械工程分院机械工程及自动化专业，获工学学士学位，2009年考入石家庄铁道学院机械工程分院攻读工程硕士学位，2008年11月取得中级职称资格。endprint