基于MATLAB/GUI的地铁车辆车轴强度计算软件开发*

黄晓翠，董 静，贾小平

(1.南京工程学院 汽车与轨道交通学院，江苏 南京 211167;2.中车南京浦镇车辆有限公司 技术中心，江苏 南京 210031)

0 引言

车轴是转向架的重要部件之一，不仅需要承担几乎全部车辆重量，还需要承受从车体、轮轨两方面传递来的各种静、动作用力。合理的车轴设计是保证车辆运行安全的关键。针对地铁车辆运行工况的复杂性，仅简单参考车轴强度标准[1-4]校核车轴在空气制动下的安全性已经不能满足设计要求，随着牵引电机的广泛应用，空气制动操作使用率不高，频繁的启动和电制动操作成了车轴主要服役工况。此外，为了准确、快捷地对车轴进行强度分析和设计改进，有必要设计开发一个丰富而实用的车轴强度计算可视化界面。本文利用MATLAB软件[5]平台开发了适用于地铁车辆复杂运用工况的车轴强度计算软件。

1 载荷分析

车轴在正常服役过程中，承担的载荷类型主要包括：簧上质量产生的静载荷及动载荷、簧下质量振动产生的动载荷、驱动载荷、电制动产生的载荷和空气制动产生的载荷。

1.1 惯性载荷

以轴箱外置的常规地铁车辆为例，车轴受力情况如图1所示。图1中，Pz1、Pz2为簧上质量对车轴左、右侧轴颈的垂向力；H为簧上质量对车轴的横向力；Qz1、Qz2为左、右侧钢轨对车轮的垂向力；Qy1、Qy2为左、右侧钢轨对车轮的横向力；Fg为大齿轮产生的惯性力；Fgc1、Fgc2为齿轮箱左、右侧轴承支撑点产生的惯性力；b为轴颈跨距的一半；s为轮轨作用点跨距的一半；h1为簧上质量质心到轮轴中心距离；……