轮对加装扣环方案的结构及温度场分析

论文摘要

为了防止内燃机车轮箍弛缓造成的机车脱轨事故,郑州铁路局机务处提出了机车轮对轮箍加装扣环的方案。但机车轮对轮箍加装扣环后导致轮对结构上的变化,对轮对在运用过程中的应力及其分布状态会有一定的影响,刹车制动中由于摩擦引起的高温也可能使轮箍发生迟缓。轮辋进行车削后,所加垫片的间隙大小对轮对会有影响,目前还没有相关的理论研究。轮箍迟缓的研究对保障铁路运输安全、保护国家和个人财产安全,避免因迟缓造成的经济损失和社会不良影响有十分重大的意义。因此,有必要对机车轮对加装扣环的方案进行理论的分析研究,为机车轮对的检修限度提供理论依据,保证铁路机车安全运行。 本文以DF4B型机车为例,针对郑州铁路局机务处提出的给组装式机车轮对轮箍加装扣环的方案,首先对该方案进行了详细的分析,建立了相关模型,选定在最恶劣的工况下进行结构静力分析,文中利用大型三维有限元分析软件ANSYS进行计算与模拟,模拟分析的结论是加装扣环对轮对的整体应力影响很小,并对轮辋的S型辐板形状做了一定的优化;其次,针对由于轮辋的磨损引起加装垫片的模型,分析了垫片间隙大小对轮对的影响。最后分析了在紧急制动工况下,轮对的边界条件及摩擦热的大小,并根据实际情况建立了物理模型,对加装扣环后的轮对进行了温度场分析,确定轮对各部分的温度分布及热应力分布。本文的主要研究成果是:完成了对加装扣环方案的结构静力分析及紧急刹车过程中的温度场分析,在最恶劣的工况下并没有迟缓现象发生,从理论上证明了此方案是切实可行的。 最后,对本文的工作进行了总结,指出了今后研究工作的重点。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的来源
• 1.4 论文研究的目的及意义
• 1.5 本文的研究内容与方法
• 第二章 轮对应力场及温度场的有限元计算基础
• 2.1 有限单元法及有限元分析软件简介
• 2.1.1 有限单元法
• 2.1.2 有限元分析软件的选择
• 2.1.3 ANSYS概述
• 2.2 非线性问题的理论与实现
• 2.2.1 非线性分析简介
• 2.2.2 非线性接触分析
• 2.3 温度场的有限元分析
• 2.4 本文所涉及的单元简介
• 第三章 机车轮对载荷计算
• 3.1 轴重转移的计算
• 3.1.1 转向架内的轴重转移
• 3.1.2 转向架间的轴重转移
• 3.1.3 持续牵引工况下轴重转移的计算
• 3.2 轮重转移的计算
• 3.3 侧向力的计算
• 3.4 制动力的计算
• 3.4.1 闸瓦摩擦系数的试验公式
• 3.4.2 闸瓦压力
• 3.4.3 制动力计算
• 3.5 本章小节
• 第四章 轮对加装扣环方案的结构静力学分析
• 4.1 轮对加装扣环方案的结构静力学分析的基本步骤
• 4.2 轮对有限元静力分析模型的建立及工况选择
• 4.2.1 轮对几何模型的建立
• 4.2.2 计算工况
• 4.2.3 相关参数及边界条件的处理
• 4.3 轮对加装扣环前后结果对比分析
• 4.3.1 加装扣环前后装配应力对比分析
• 4.3.2 加装扣环前后总应力对比分析
• 4.3.3 扣环对轮对的影响分析
• 4.4 轮辋形状的优化
• 4.4.1 轮辋形状优化的意义
• 4.4.2 模型的建立及边界条件
• 4.4.3 结果提取与比较分析
• 4.4.4 结果评价
• 4.5 本章小结
• 第五章 垫片对加装扣环前后轮对的影响
• 5.1 问题的提出
• 5.2 模型的建立及边界条件
• 5.3 有限元模拟分析及结果对比
• 5.3.1 有无间隙磨耗极限轮对比与分析
• 5.3.2 垫片间隙大小对磨耗极限轮对的影响
• 5.3.3 不同间隙垫片对轮箍各部分应力的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 轮对加装扣环方案的温度场及应力场分析
• 6.1 概述
• 6.2 ANSYS热分析概述
• 6.3 轮对加装扣环方案的温度场有限元模型
• 6.3.1 计算工况
• 6.3.2 轮箍迟缓门限值
• 6.3.3 模型建立及假设条件
• 6.2.4 紧急制动过程中热流密度的计算
• 6.4 机车轮对紧急制动瞬态温度场分析
• 6.4.1 载荷和边界条件
• 6.4.2 计算结果与分析
• 6.5 机车轮对紧急制动应力场分析
• 6.5.1 热应力对轮对的影响
• 6.5.2 热应力及载荷对轮对的影响
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 加装扣环轮对实际工作情况
• 7.3 展望
• 参考文献
• 附录一 分析计算的APDL程序清单
• 附录二 加装扣环车轮的相关照片
• 附录三 论文发表情况
• 附录四 研究生期间参与的科研项目
• 附录五 查新报告
• 致谢