【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力以及輪緣磨耗，也能降低來自輪軌間的高頻振動(dòng)。 3）二系懸掛我決定采用裝有組合式變阻尼減振裝置的兩級(jí)剛度中央彈簧懸掛系統(tǒng)，采用內(nèi)、外枕簧不同高度的兩級(jí)剛度彈簧是提高空車彈簧靜撓度的有效措施，即在空車 9 時(shí)彈簧具有較小的剛度，使空車彈簧靜撓度提高，而在重車時(shí)彈簧具有較大的剛度，以承受重車的載荷，這樣可使貨車轉(zhuǎn)向架的空、重車彈簧靜撓度都在合理范圍內(nèi)。故該轉(zhuǎn)向架應(yīng)采用的兩級(jí)剛度彈簧為內(nèi)、外圈彈簧不等高結(jié)構(gòu)，空車時(shí)僅外圈彈簧承重，重車時(shí)由內(nèi)、外圈彈簧共同承重。 4） 側(cè)架立柱磨耗板采用卡入式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選定為 OCr18Ni9，之所以這樣選擇是為了在有效提高組裝效率的同時(shí)，可顯著降低側(cè)架搖枕擋的磨耗問題以及側(cè)架立柱磨耗板由于采用折頭螺栓緊固所帶來的翹曲和斷裂的幾率。 5）搖枕、側(cè)架采用 B+級(jí)鑄鋼制造。 6）在上、下心盤之間，加裝心盤磨耗盤。上、下心盤的平面和圓周邊部分都被心盤磨耗盤隔離，這就完全避免了上、下鋼質(zhì)心盤間的直接磨損，也改善了上、下心盤面的承載勻衡性，可以有效提高上、下心盤的使用壽命。 7）車輪材質(zhì)為 CL70 鋼、采用直徑為 915mm 的整體輾鋼輪或鑄鋼車輪 :。裝用 AAR K 級(jí)雙列圓錐滾子軸承，滿足軸重 30t 運(yùn)用需要 ??9 。 我國主型貨車的軸重在 21t～ 25t 之間，車輪直徑為 840mm，美國、澳大利亞和巴西等國 30t 軸重車輛正是采用直徑為 915mm 的車輪。有人研究了輪徑變化對(duì) 30t 軸重車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響，建議我國 30t 軸重重載貨車輪徑取 915mm 比較合適 ??10 。 8）每臺(tái)轉(zhuǎn)向架裝有 4 個(gè)工作行程為 15mm 的 CCB3000XT 型常接觸彈性旁承，使轉(zhuǎn)向架與車體之間具有較為合適的回轉(zhuǎn)阻力矩，在提高轉(zhuǎn)向架高速運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)增強(qiáng)車輛抗側(cè)滾能力。 9）彈簧排布方式 中央彈簧懸掛裝置決定借鑒 K6 轉(zhuǎn)向架改進(jìn)為由 9 組兩級(jí)剛度彈簧組成，其中搖枕彈簧 7 組，減振彈簧 2 組，彈簧的材質(zhì)為暫時(shí)選定為 60Si2CrVAT。 10 4 轉(zhuǎn)向架搖枕的設(shè)計(jì) 大軸重轉(zhuǎn)向架載重分析和損傷部位探究 在工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備中 ,疲勞破壞的現(xiàn)象極為廣泛 ,它普遍存在于每個(gè)運(yùn)動(dòng)的零部件。甚至有些看上去是靜止的結(jié)構(gòu) ,但是只要它承受反復(fù)作用的載荷 ,都會(huì)導(dǎo)致疲勞破壞 。據(jù)統(tǒng)計(jì)大約有 50 一 90%的機(jī)械結(jié)構(gòu)破壞屬于疲勞破壞。我國鐵路貨車的軸重正在由 25t向 30t 發(fā)展 ,車輛的最高商業(yè)運(yùn)行速度正在由 80km 向 120km/h 發(fā)展。搖枕作為鐵路貨車轉(zhuǎn)向架主要承載部件之一 ,在使用過程中承受著巨大的拉、壓、沖擊、彎曲等交變載荷作用 ,工況十分惡劣 ,其主要失效形式是疲勞破壞。另外 ,車輛運(yùn)用中難免出現(xiàn)的偏載、超載、輪對(duì)擦傷等因素會(huì)使搖枕的受力狀況更加惡化 ,加劇了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。 加強(qiáng)搖枕的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是解決搖枕疲勞損傷的一個(gè)顯著方法，在搖枕設(shè)計(jì)之前，需要得知搖枕的主要受力情況，以便在設(shè)計(jì)時(shí)控制 主要應(yīng)力集中區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。我們可以通過搖枕在經(jīng)過廠修、段修時(shí)發(fā)現(xiàn)的主要損傷和裂紋產(chǎn)生部位來大體分析搖枕的主要應(yīng)力集中區(qū)域。 圖 列車車輛對(duì)轉(zhuǎn)向架的載荷示意圖 由上圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)向架承受列車車輛的靜載荷時(shí)，主要是心盤和左右旁承承受載荷，而側(cè)架對(duì)搖枕的的作用力集中作用在搖枕的八字面上。 圖 搖枕在豎直方向受到的作用力示意圖 11 由此作用力示意圖可推測(cè)出搖枕最為主要的疲勞裂紋等損傷一般出現(xiàn)的位置為搖枕心盤部位、底部排水口、搖枕八字面部位以及搖枕兩端的下彎角部位。經(jīng)搜集查閱相關(guān)資料，也證實(shí)了之前的 推測(cè)。以下便是搖枕最為經(jīng)常出現(xiàn)損傷的部位的照片。 圖 搖枕排水口部位裂紋照片 圖 搖枕下彎角部位裂紋照片 圖 搖枕八字面裂紋照片 12 圖 搖枕心盤部位裂紋照片 有資料顯示，在所有轉(zhuǎn)向架搖枕檢修的損傷裂紋中，心盤部位、八字面部位、下彎角部位以及搖枕下部排水孔部位出現(xiàn)裂紋的比率各占 20%。這個(gè)數(shù)據(jù)很直觀的告訴我們，想要整體提升轉(zhuǎn)向架搖枕的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命，必須在這幾個(gè)容易產(chǎn)生損傷裂紋的部位進(jìn)行優(yōu)化。 轉(zhuǎn)向架搖枕的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 搖枕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不能隨心所 欲的進(jìn)行發(fā)揮和臆想，要適應(yīng)搖枕中部受彎矩較大而兩端受彎矩較小的情況，故搖枕中央部分的截面要比兩端大，使得中央部分具有較大的截面模數(shù)，即魚腹形設(shè)計(jì)。 再者需要考慮到正常裝配、生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)單不復(fù)雜、對(duì)生產(chǎn)成本的控制等各方面的因素，最終決定借鑒我國轉(zhuǎn) K6 和轉(zhuǎn) K7 兩種經(jīng)典的 25t 軸重貨車轉(zhuǎn)向架搖枕的總體結(jié)構(gòu)尺寸，來設(shè)計(jì) 30t 軸重轉(zhuǎn)向架搖枕。 圖 搖枕總體形狀 13 圖 搖枕總體尺寸 轉(zhuǎn)向架外圍的形狀尺寸是在 K6 轉(zhuǎn)向架和 K7 轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，做了一些調(diào)整。大軸重轉(zhuǎn)向架軸頸、輪徑的選取都要 比 K6 轉(zhuǎn)向架和 K7 轉(zhuǎn)向架的要大，故要滿足降低車體及鉤緩裝置高度不變的要求，就必須將轉(zhuǎn)向架搖枕及側(cè)架進(jìn)行外部形狀上的改變。心盤承載的部位設(shè)計(jì)成下陷的結(jié)構(gòu)，就可以有效的降低心盤的高度了。根據(jù)力的杠桿原理，心盤部位設(shè)計(jì)成下陷的結(jié)構(gòu)對(duì)搖枕旁彎角部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就有了更大的需求，因?yàn)榱Ρ墼龃笾罅匾沧兇罅恕Ｋ栽谧笥蚁聫澖遣课灰O(shè)計(jì)出更大的弧度來滿足大載荷對(duì)搖枕強(qiáng)度的要求 ??12 。 外壁和內(nèi)部筋板厚度的設(shè)計(jì) 可以說搖枕外壁和中間的支撐筋板的強(qiáng) 度就決定了搖枕的整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，所以外壁和筋板的設(shè)計(jì)一定要滿足 30t 軸重重載的要求，但是也不能一味的追求強(qiáng)度而忽視了自重太重的問題，必須按照相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，既要滿足強(qiáng)度要求，也要兼顧考慮降低自重 ??11 。 14 圖 外壁及筋板厚度 設(shè)計(jì)中，相對(duì)于轉(zhuǎn) K6 型和轉(zhuǎn) K7 型轉(zhuǎn)向架搖枕外壁厚度為 18mm， 30t 軸重轉(zhuǎn)向架搖枕加大厚度到 22mm，這是保證強(qiáng)度足夠又不產(chǎn)生強(qiáng)度過剩、自重過大的合理厚度 ??12 。設(shè)計(jì)中還針對(duì)搖枕心盤部位、下方排水口部位、搖枕下彎角部位及八字面部位承受載荷較其他部位大的工況條件，必須對(duì)這些部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加的設(shè)計(jì)處理。 排水口、漏沙孔等工藝孔的設(shè)計(jì) 搖枕設(shè)計(jì)中有一些必須的工藝孔也是必不可少的，比如排水口、漏沙孔等，這些工藝孔的設(shè)計(jì)不僅是方為了鑄造時(shí)起模、掉沙方便，在搖枕的日常使用及檢修中也扮演者重要的角色 ??11 。比如排水口，當(dāng)搖枕在正常使用中遇到下雨天氣，雨 水會(huì)積攢在搖枕中，如果不及時(shí)排出便會(huì)引起搖枕內(nèi)部銹蝕，久而久之變減小了搖枕的強(qiáng)度，縮小了搖枕的使用壽命。 圖 搖枕內(nèi)部工藝孔 設(shè)計(jì)中比較值得一提的是位于搖枕中部腹板的用于制動(dòng)中拉桿穿過的兩個(gè)橢圓孔，它的尺寸大小決定了制動(dòng)裝置是否可以正常使用，所以在設(shè)計(jì)中參照了 K6 轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定了孔的形狀大小及方位。 15 搖枕斜楔的設(shè)計(jì) 斜楔是轉(zhuǎn)向架的重要減振元件之一，它構(gòu)成了轉(zhuǎn)向架的摩擦減振器。 K6 型轉(zhuǎn)向架和 K7 型轉(zhuǎn)向架都采用的摩擦減振器與彈簧一起構(gòu)成彈簧減振裝置。彈簧主要起緩沖作用，緩和來自軌道的沖 擊和振動(dòng)激擾力，而摩擦減振器作用是減少振動(dòng) 它的作用力總是與運(yùn)動(dòng)的方向相反，起著阻止振動(dòng)的作用。摩擦減振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，制造和維修比較方便，故廣泛應(yīng)用在貨車轉(zhuǎn)向架上 ??11 。摩擦式減振器是借助金屬摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，將車輛振動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏⑹У酱髿庵?，從而減少車輛振動(dòng)。一般摩擦楔塊的一邊為 45 度角，該斜邊嵌入搖枕端部的楔形槽中，另一邊與垂線的夾角為30 度左右，緊緊壓在側(cè)架立柱的磨耗板上。其工作原理是：車體重量通過 搖枕作用于彈簧上，是彈簧壓縮。由于搖枕和楔塊之間為 45 度的斜面，因此在車體作用力和彈簧反作用力的作用下，楔塊與搖枕之間、楔塊與側(cè)架立柱磨耗板之間產(chǎn)生一定壓力。行駛中各摩擦面產(chǎn)生相對(duì)摩擦，將車輛振動(dòng)的沖擊力轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軓亩鸬綔p振的作用。 圖 搖枕斜楔三維圖 圖 搖枕斜楔剖面圖 16 30t 軸重轉(zhuǎn)向架搖枕的斜楔設(shè)計(jì)參照 K6 型轉(zhuǎn)向架和 K7 型轉(zhuǎn)向架的斜楔樣式，最終斜邊與豎直方向的夾角選定為 32 度。斜楔面的寬度的設(shè)計(jì)則必須根據(jù)選擇的外圈彈簧的最大直徑并參照其配合關(guān)系來確定。最終確定為 174mm 作為斜楔面的寬度 ??12 。 旁承臺(tái)座的設(shè)計(jì) 旁承承載的使用大大改善了心盤的受力狀態(tài)， 25t 及以上軸重轉(zhuǎn)向架的旁承一般應(yīng)用彈簧