摆臂式转向架制动装置设计及制动盘热应力分析

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公铁两用车能够综合运用铁路运输的高效性和公路运输的灵活性,实现“门到门”多式联运、降低运输综合成本的目标。尤其在特种运输领域内,近年来随着铁路网与公路网的快速发展,研究公铁两用转换装备具有广泛的市场空间和工程应用价值。  本文依托《摆臂式转向架结构设计》项目,以现有六轴公路车为基础,重点研究了适用于该款转向架的基础制动装置,提出了单元盘形制动装置总体设计方案,并针对该制动装置进行了制动距离计算和盘轴过盈配合强度分析。针对制动盘的结构特点和工作状态,确立了有限元法模拟其温度场的边界条件,并对制动盘进行了热-结构耦合计算和疲劳强度评估。同时,考虑热流在接触面间微凸体形成的热流收缩效应,利用解析法确定车轴与制动盘过盈配合面间的接触热导值,这种新的估算方法简化了过盈接触热导模型的建立。  因此,主要研究工作包括:  (1)在摆臂式转向架总体设计方案的基础上,对基础制动装置进行详细设计,并利用SolidWorks建立其三维模型。尤其在制动缸选型,闸片、闸片托、制动杠杆、制动盘设计方面进行比较仔细的描述。  (2)采用逐段累积法对设计的制动装置进行紧急制动计算,确定制动倍率、制动时间、制动距离等参数。对车轴与制动盘之间过盈配合采用有限元法计算分析,得出接触压力和过盈装配过程中的压装曲线,为制动盘热分析边界条件提供计算数据。  (3)建立制动盘三维循环分析模型,运用传热学理论知识计算了制动盘面的热流密度、各界面的对流换热系数、制动盘整体的辐射对流换热系数。并根据过盈配合分析的接触压力,考虑到热流在接触细通道传热的收缩效应,利用解析法估算盘轴接触面间的导热系数。  (4)利用ANSYS对制动盘在紧急制动过程中和制动结束后自然冷却时间内温度场仿真分析,并采用顺序耦合法将温度以体载荷方式加载在过盈配合预应力下的制动盘上,对其进行应力场仿真分析。重点讨论了制动盘上几处大应力区域的应力时间变化历程,并确认制动盘静强度满足设计要求。  (5)参考UIC ORE B12/RP17试验报告,将静强度瞬态分析中六个载荷子步作为工况确定制动盘的疲劳强度。运用MATLAB计算最大主应力和方向、最小主应力、应力幅和平均应力,并在Goodman-Smith图中对其进行疲劳性能评估。
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