机车高圆簧的有限元分析

王生武，李晓苏，吴昌华

（大连交通大学，辽宁大连116028）

随着铁路向着高速、重载方向的快速发展，机车车辆的动力学性能越来越被重视，对车辆运行品质的要求也越来越高。机车车辆悬挂系统参数和轨道系统参数等对机车车辆动力学性能、曲线通过性能及运行稳定性等具有重要的影响。作为机车上的二系悬挂装置，因其具有良好的减振效果等优势，在现代机车车辆上得到广泛应用，是决定机车动力学性能的重要构件之一，因此高圆簧的力学分析计算也是一个重要内容。

然而，在高圆簧生产和开发的设计计算中，其刚度计算等至今仍然沿用材料力学的简化计算方法，或者是直接依靠工程经验来完成。这种方法的计算模型是将弹簧看成等截面弹性直杆，再利用试验数据确定修正系数，完全忽略了高圆簧的实际结构、上下端弹簧丝几何形状的变化［1-2］。另一方面在计算中仅仅考虑计算剪应力，但当机车运行过曲线时，高圆簧要承受很大的弯矩，法向应力值相当可观。近年来出现了用有限元法算法，但由于在分析中没有考虑上下两端的橡胶垫板的接触非线性、弹簧变形的几何非线性等力学非线性问题，计算结果仍不太理想。本文使用ABAQUS软件，在考虑上述各类非线性问题的条件下，模拟机车通过曲线等各种真实工况，对高圆簧进行了分析。

1 高圆簧的计算

1.1 高圆簧的材料力学方法计算

材料力学对一般弹簧的计算原理是将弹簧丝近似看成等截面直杆来进行分析，由此得到高圆簧的纵向变形量λ及刚度C。……