磁悬浮列车下滑台结构研究

李兆盈+樊强+米丽艳

摘 要：介绍了时速160公里磁悬浮列车下滑台的工作特点，着重介绍了焊接结构和铸造结构方案的对比。

关键词：磁悬浮列车；焊接结构；铸造结构；下滑台

引言

下滑台是160公里磁悬浮车走行机构中关键的部件，与空气弹簧组合使用，承载车体的重量，同时作为空气弹簧的附加气室，降低了轨道与转向架间的激扰对车体振动的敏感度，提高了车辆的舒适性。

1 下滑台结构特点

下滑台与空气弹簧组合是连接车体底架和悬浮架的机械结构。

下滑台作用包括：①为导轨滑块安装座提供安装接口，连接直线导轨，承受并传递来自车体的垂向载荷；②下表面与空气弹簧相连，作为空气弹簧的附加气室，起到调节空气弹簧刚度的作用；③通过横向拉杆和横向拉杆座与悬浮架相连，限制空气弹簧的横向刚度，保证横行稳定；④当车辆过曲线时，通过转向推杆、T型臂传递车体和悬浮架间的力，使车辆顺利通过曲线；⑤连接防过充钢丝绳，防止因高度阀故障导致空气弹簧过充，超出其正常工作范围。

2 下滑台方案对比

160公里磁悬浮试验车项目下滑台方案1采用铝板焊接而成，主要由气室上盖板、气室、进气管、气室下盖板、筋板、空簧连接板组成，焊接质量要求按照EN15085标准执行，此部件认证等级为CL1级，焊缝质量等级为CP C2级。焊缝主要采用了单面HY坡口焊缝和角焊缝，保证气室具有良好的气密性。材质为EN AW6082-T6，材料母材屈服强度260MPa，焊缝区屈服强度为125MPa，根据安装接口需要，共有四种结构，仅充风进气口和防过充钢丝绳安装孔方向有差异，整体重量为8kg。下文受力计算分析以第一种为例，下滑台焊接结构如图1所示。

方案2为铝合金铸件，材质为EN AC42100-T6，材料屈服强度190MPa，为减少模具成本，预先设计出两个方向的充风进气口和防过充钢丝绳安装孔，整体重量为9.2kg。下滑台铸造结构如图2所示

3 计算分析

3.1有限元模型及边界条件

下滑台主要受如下四种力的作用：①受来自车体的垂向载荷Fz；②防过充钢丝绳的拉力Fs；③转向推杆的作用力F2；④横向拉杆的作用力F1

采用有限元分析软件，对结构进行计算仿真。下滑台两种方案模型结构及其载荷施加情况如图1、2所示。

计算采用实体单元进行模型简化，使用HyperMesh软件进行建模和网格划分，使用刚性元单元模拟衬套连接关系。

根据载荷分布，按照超常载荷工况和运营工况分别对下滑台进行计算，各种载荷作用下计算工况如表1所示

3.2 静强度评估

通过仿真计算，对各工况进行分析，下滑台焊接结构最恶劣工况计算结果如下：超常載荷工况下，下滑台焊缝区最大应力值为120.4MPa，材料许用应力125MPa。满足强度要求。

下滑台铸造最恶劣工况计算结果如下：超常载荷工况下，下滑台最大应力值为140.6MPa，材料屈服强度190MPa。满足强度要求。两种方案最大载荷工况应力云图如图3、4所示。

3.3 疲劳强度评估

在运营载荷工况下，考虑下滑台的疲劳强度性能。焊接结构选取结构关键焊缝节点进行分析。经计算，焊接结构疲劳因数最大值为0.274。由于铸造结构为左右对称结构，选取结构的二分之一外表面节点进行分析。经计算，疲劳因数最大值为0.174，小于1，具体计算结果云图如图5、6所示。

4 结论

通过有限元分析的方法分别对下滑台焊接结构和铸造结构两种方案做出对比分析，得到如下结论：

（1）下滑台采用焊接结构，结构合理，重量轻，强度满足要求，焊接工艺简单，制造成本低，生产周期短，适合小批量生产，缺点是焊缝易产生疲劳裂纹，方案一的结构静强度和疲劳强度安全系数均小于方二铸造结构。

（2）下滑台铸造结构生产周期长，批量生产制造成本低，使用寿命长，

参考文献：

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[3]谢云德， 常文森， 尹力明. 磁悬浮列车系统轨道动力学分析与试验研究[J]. 国防科技大学学报. 1997， 19（5）： 58-63.