CRH2動(dòng)車組車軸的CAD/CAE分析

引言：我國(guó)的CRH2型動(dòng)車組是對(duì)日本新干線動(dòng)車組E2-1000引進(jìn)-消化-吸收-再創(chuàng)新的產(chǎn)品。本文以solidworks2010為工具，對(duì)CRH2型動(dòng)車組拖車車軸進(jìn)行CAD/CAE建模并進(jìn)行仿真分析，然后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，校核其剛度及強(qiáng)度。

一：CRH2拖車車軸CAD建模與 CAE分析

1.1 CRH2動(dòng)車組車軸基本參數(shù)

CRH2 型動(dòng)車組非動(dòng)力車軸按JIS-E 4501和JIS-E 4502標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，為了提高車軸的疲勞可靠性，采用高頻淬火熱處理和滾壓強(qiáng)化工藝。為了在保證強(qiáng)度的同時(shí)減輕質(zhì)量，輪對(duì)的車軸采用空心車軸，孔徑60mm，軸頸直徑130mm。其他參數(shù)為：m1=12400kg， h1=1055mmm，b=1000mm，s=747mm，R=430mmm，y1=393mm，y2=1093mm.

1.2 CRH2拖車車軸CAD建模過程

拉伸凸臺(tái)（車軸毛坯）-拉伸切除（防塵板座、輪座、制動(dòng)盤座、軸身）-鏡像特征-拉伸切除（鏜銑空心軸）—倒角圓角特征.

1.3CRH2拖車車軸的計(jì)算載荷及工況

依據(jù)JIS E 4501 鐵道車輛車軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法和JIS E 4501 鐵道車輛車軸品質(zhì)要求，對(duì)動(dòng)車組非動(dòng)力軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算中考慮了車體振動(dòng)引起的垂向和橫向加速度對(duì)彎曲應(yīng)力的影響。CRH2動(dòng)車組拖車車軸受載情況如圖1.3示：

圖1.3車軸設(shè)計(jì)載荷圖

輪座部位車軸的彎曲應(yīng)力按照以下各式計(jì)算：

對(duì)車軸進(jìn)行以上受力分析，求得車軸軸頸兩端所受載荷分別為：

F1=73.6kN， F2=48kN.

則CRH2動(dòng)車組拖車車軸載荷計(jì)算結(jié)果如表1.3.1示。

1.4車軸CAE分析

1.4.1CRH2動(dòng)車組拖車車軸剛性約束下強(qiáng)度計(jì)算分析

（1）前處理：

定類型：在simulation中新建“車軸剛性約束強(qiáng)度分析靜態(tài)算例”；

畫模型

設(shè)屬性：設(shè)置材料為“合金鋼”；

分網(wǎng)格：?jiǎn)卧倲?shù)9591，節(jié)點(diǎn)數(shù)15971

（2）求解：

添約束：在車軸輪座下表面添加“固定幾何體”約束；

加載荷：在車軸軸頸一端添加垂直向下的載荷73.6kN，另一端添加垂直向下的載荷48kN；

求結(jié)果：車軸應(yīng)力，合位移變化

探測(cè)出車輪上不同節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力與位移.

（3） 強(qiáng)度評(píng)價(jià)

在我國(guó)，動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)行線路既有改造線路又有高速線路，在速度選擇時(shí)分別要考慮160km/h和200km/h.在該文檔中，只取200km/h進(jìn)行分析計(jì)算。按照日本JIS E 4501 鐵道車輛車軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，根據(jù)CRH2動(dòng)車組拖車車軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)，計(jì)算載荷值及應(yīng)力.CRH2動(dòng)車組拖車車軸材料為S38C，采用高頻淬火熱處理和滾壓工藝，根據(jù)JIS E 4502取車軸的疲勞許用應(yīng)力為147MPa .

1.4.2 CRH2動(dòng)車組拖車車軸彈性約束下強(qiáng)度計(jì)算分析

（1）前處理：

定類型：在simulation中新建“車軸彈性約束強(qiáng)度分析靜態(tài)算例”；

畫模型

設(shè)屬性：設(shè)置材料為“合金鋼”；

分網(wǎng)格：?jiǎn)卧倲?shù)9591，節(jié)點(diǎn)數(shù)15971

（2）求解：

添約束：在車軸輪座下表面添加高級(jí)夾具中的“彈性支撐”約束；

加載荷：在車軸軸頸一端添加垂直向下的載荷73.6kN，另一端添加垂直向下的載荷48kN；

求結(jié)果：車軸應(yīng)力，合位移變化

探測(cè)出車輪上不同節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力與位移.

參考文獻(xiàn)：

[1]王會(huì)英. 高速列車車軸材料超聲擠壓強(qiáng)化技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

[2]李廣君. 動(dòng)車組軸箱彈簧接觸疲勞研究[D].北京交通大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：王康（1993.08）；性別：男，籍貫：安徽省銅陵人，學(xué)歷：本科，在讀于蘭州交通大學(xué)