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動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架是在CRH各型動(dòng)車組車體解編大修時(shí)替換動(dòng)車組高速轉(zhuǎn)向架，在工藝狀態(tài)下支撐車體在各檢修區(qū)域走行，從而完成高速轉(zhuǎn)向架及車體各項(xiàng)檢修任務(wù)的專用設(shè)備。也就是說，工藝轉(zhuǎn)向架用于檢修庫內(nèi)替代動(dòng)車轉(zhuǎn)向架，為動(dòng)車車體提供一個(gè)具有移動(dòng)功能的臨時(shí)支撐平臺。
輪構(gòu)架是工藝轉(zhuǎn)向架的主要承載部件，也是安裝各種零部件的骨架，需要承受和傳遞交變的垂向力、橫向力和縱向力，故它的安全性對動(dòng)車車輛檢修的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。因此工藝轉(zhuǎn)向架在滿足強(qiáng)度要求的前提下，還必須盡量減輕其自身的重量。為解決強(qiáng)度要求和重量要求這一對矛盾，本文利用Pro/E，ANSYS等現(xiàn)代工程有限元分析軟件平臺，以動(dòng)車工藝轉(zhuǎn)向架的輪構(gòu)架為研究對象，對其進(jìn)行建模、分析、優(yōu)化，為工藝轉(zhuǎn)向架的開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
輪構(gòu)架的上方安裝有蓄電池箱和橫梁來支撐機(jī)車車體，下方主要安裝電機(jī)、減速機(jī)及軸、箱座等零部件。輪構(gòu)架主要由鋼板焊接而成，其前后、左右均為對稱結(jié)構(gòu)。在Pro/E軟件中采用拉伸、鏡像等命令，對輪構(gòu)架進(jìn)行三維建模，得到輪構(gòu)架的有限元模型。
為了更順利地進(jìn)行研究，需要對輪構(gòu)架的有限元模型進(jìn)行必要的簡化，忽略微小結(jié)構(gòu)對分析的影響，如很小的倒角、圓角等。
網(wǎng)格劃分：基于輪構(gòu)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其離散成實(shí)體類單元。有限元網(wǎng)格采用ANSYS/Workbench網(wǎng)格劃分技術(shù)中的Solid187單元（10節(jié)點(diǎn)四面體單元），將輪構(gòu)架離散成553064個(gè)節(jié)點(diǎn)，275280個(gè)單元。
材料屬性：輪構(gòu)架的材料為Q235鋼，屈服極限為235MPa，本次計(jì)算各工況均為運(yùn)營工況，因此許用應(yīng)力為材料的屈服極限除以1.65倍的安全系數(shù)，最大許用應(yīng)力為142MPa。
施加約束：考慮到輪構(gòu)架支撐在軸箱橡膠支座上的特點(diǎn)，因此在每個(gè)支撐面上建立彈性邊界單元，彈性邊界單元的垂向、橫向和縱向剛度為一系懸掛對應(yīng)的3個(gè)方向的剛度，彈性邊界單元共計(jì)12個(gè)。各工況下，輪構(gòu)架在其他位置不再有約束。
載荷條件：參照《動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（TB/T2368-2005），輪構(gòu)架在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)須計(jì)算垂向載荷、橫向載荷，為更全面地分析輪構(gòu)架受力工況，計(jì)算時(shí)還考慮了斜對稱載荷。
①每個(gè)輪構(gòu)架承受的垂向載荷為：
F＝38.884×9.81/2=190.73kN。
垂向載荷以面力的形式作用在輪構(gòu)架心盤的安裝面上。
②橫向載荷計(jì)算公式為：
Fy=0.5（Fz＋0.5m＋g）。
其中m＋為輪構(gòu)架自重，此處取為5t；Fz為運(yùn)營垂向載荷，此處取值為Fz=59.36kN。由此算得每個(gè)輪構(gòu)架的運(yùn)營橫向載荷為59.94kN，橫向載荷作用在心盤承載面上。
③斜對稱載荷是一組作用在輪構(gòu)架上反對稱于輪構(gòu)架兩對稱軸的相互平衡的垂向力系，本次計(jì)算中取Fxie=14.72kN。
④最大許用應(yīng)變：兩個(gè)接觸面面積為2x450x470（mm2），則最大許用應(yīng)力變形為5.625mm。
按所加載荷進(jìn)行靜力分析結(jié)果如圖3，圖4所示。
由圖3可知，運(yùn)營載荷工況輪構(gòu)架最大當(dāng)量應(yīng)力為30.048MPa，出現(xiàn)在輪構(gòu)架橫梁與側(cè)梁相接處，遠(yuǎn)小于在運(yùn)營工況下Q235鋼許用應(yīng)力142MPa的標(biāo)準(zhǔn)，輪構(gòu)架的強(qiáng)度滿足要求。
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