基于Ansys软件的HXD1D型电力机车转向架构架的检修关键点分析

李云召 李欧阳

【摘 要】本文首先分析了HXD1D型机车转向架构架的承载性能，然后采用Ansys软件对构架进行了强度分析，依据强度分析结果并结合机车的实际运行情况梳理出了构架的检修关键项点，最后对构架关键项点的检修提出了合理化的建议。

【关键词】HXD1D；转向架构架；检修

中图分类号： U260.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）28-0230-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.107

转向架的构架是HXD1D型机车驱动装置、制动系统、轮对组装等部件的安装基础，运行过程中直接承载和传递安装部件和轨道传递的垂向、纵向和横向交变载荷，构架的正确维护保养是保障机车安全可靠运行的重要保证。因此，开展对转向架的构架的检修关键项点进行分析具有重要意义[1]。

1 转向架构架的承载性能

HXD1D型电力机车是6轴式最高运行速度为160km/h、7200kW交流传动准高速客运电力机车，HXD1D电力机车中的转向架主要组成包括牵引装置、构架、驱动装置、基础制动装置、一系悬挂、二系悬挂、电机悬挂装置以及一些附属装置等组成。

机车实际运行过程中转向架受到来自车体和轨道的各种载荷，载荷传递如下：

垂向力：车体总重量经二系悬挂装置传递到构架上，然后由一系悬挂装置传递到轮对上，最后由轮对传递到钢轨上完成垂向力的传递。

横向力：力先由钢轨传递到轮对上，再通过一系悬挂装置再传递到构架上，最后由二系圆簧座将力传递至二系悬挂装置后将横向力传递至车体。

纵向力：首先由钢轨传递到轮对上之后传递到一系悬挂装置，进而传递到构架上，再经过二系悬挂装置传递到车体上，最后由车端连接装置实现机车间纵向力的传递。

2 转向架构架的强度分析

基于ANSYS有限元分析软件，建立了构架有限元计算模型。

构架离散成离散构架模型时采用带中间节点的四面体单元SOLID92；一系簧座支撑及拉杆座处采用纵向、横向及垂向弹簧单元COMBIN14模拟实际支撑情况；电机、齿轮箱等驱动系统采用Mass21单元进行模拟。计算模型节点总数为272217个，单元总数为896209个，其中弹簧单元1768个、Mass21单元4个，构架有限元计算模型见图2。

实际运营中载荷工况参照T/B 2368《动力转向架构架强度试验》标准，组合16种工况[2]。

对于工况1-13，构架各点VonMises应力均小于材料屈服极限345MPa，工况14-16，构架各点VonMises应力均小于材料抗拉极限530MPa，应力云图见图3。

3 转向架构架的检修关键点分析

3.1 转向架构架的检修关键点

车辆运行过程中转向架构架承受的载荷比较复杂，既要承担轨道传递惯性冲击载荷，又要承担车体传递的各种载荷。牵引座主要承受车体传递的纵向力，制动器吊座主要承受制动过程中的垂向载荷，电机座受力较复杂，包括电机传递的垂向、横向、纵向载荷以及运行中的惯性冲击载荷，一系垂向安装座主要承受减振器传递的垂向载荷[3]。

通过对转向架的构架进行强度分析，在各工况的构架应力云图中可以发现各工况中构架的关键受力点，最终我们确定如下关键点：

3.2 转向架构架的关键点的检修

构架上常见的故障为裂纹、变形和撞击等，其中裂纹为主要故障，构架的失效一般为裂纹造成的，裂纹一般出现在受力较大的部位。比如：构架的牵引梁中间上盖板折弯处、一系拉杆坐外立板圆弧处、牵引座圆弧处等位置[4]。

1）首先要关注这些位置是否有裂纹或疑似裂纹，如发现应立即记录并上报。

2）对于轻微裂纹可通过打磨去除，保证打磨光滑，不能有凹坑等。

3）对于关键点圆弧处的裂纹，因為应力较高，不能随意焊修处理。

4 结论

文采用有限元分析软件对HXD1D型电力机车转向架构架的强度分析，对构架检修关键点进行了分析，梳理出了8处关键点，并对这些关键点的检修提出了合理化的建议，避免了以往构架检修中检修任务重，关键部位容易漏检的问题。

【参考文献】

[1]陈国胜.HX_D1D型大功率交流传动快速客运机车转向架研制[J].电力机车与城轨车辆.2014.

[2]TB/T 2368.动力转向架构架强度试验，2003

[3]李涛.高速交流传动Co-Co机车转向架构架优化[D].成都：西南交通大学机械工程学院，2007.

[4]刘惠民.铁道车辆构造检修及装备[M].北京：中国铁道出版社，2006.