磁悬浮维护牵引车转向架结构分析与研究

【摘要】：中低速磁浮交通作为一种新型的交通方式,与传统轮轨轨道交通相比具备不同的特点和优势,是未来城市交通发展的重要方向之一。根据湖南省城市发展规划,“十三五”期间湖南将新增多条中低速磁悬浮线路,磁浮技术这一重大自主创新项目的工程化、产业化的实现,标志我国工业由大到强的重要转变。磁浮维护牵引车作为磁浮线路保障工程的特种车辆,对线路的安全高效运行至关重要。运用先进的科学技术手段对磁浮维护牵引车进行研究与开发,能够提升我国重大装备的制造水平,不仅符合我国的政策要求,同时具有重要的工程应用价值和经济效益。本文以长沙磁浮快线线路维护牵引车的转向架作为研究对象,联合CAD、FEM和MBS等现代手段对其进行设计和分析研究。主要工作内容如下:(1)参考其他维护牵引车及常规机车转向架的设计方法,针对长沙磁浮线的线路特点设计了磁浮维护牵引车转向架,建立了转向架的三维实体模型,并在建模过程中根据实际的情况对模型进行了简化,为转向架的仿真分析及结构改进奠定了基础。(2)在道路条件不明确无法获得轨道的路谱情况下,对磁浮线路的轨道设计要求及其使用环境进行研究,结合专家组的讨论意见,尝试使用FRA 5级谱替代作为输入条件在SIMPACK中对磁浮维护牵引车车辆系统进行了动力学仿真分析,得到了车辆满载行驶时主要工况下的动力学响应情况。证明了转向架设计的合理性,为静力学分析和疲劳分析提供了输入条件和计算依据。(3)借鉴湘电重装有限公司在大型电动轮自卸车结构设计研发时的经验并结合普通轨道机车车辆的研究方法,使用ANSYS对转向架结构在典型工况下的应力分布和变形情况进行了仿真计算,对各工况下应力较大区域的位置进行了讨论分析和评定。并在研究了疲劳产生的机理和影响因素之后,使用AWE Fatigue对转向架构架进行了疲劳寿命分析。分别从静力学和疲劳损伤两个角度分析了转向架结构的可靠性,为转向架结构的优化改进提供了可靠的数据支持和理论依据。(4)在综合考虑实际使用情况和设计制造条件后,编制了优化改进方案,并对构架进行了工程优化改进。优化改进最后的减重幅度达到15%,且仍能够满足转向架结构的安全及性能要求,取得了较好的轻量化优化改进的效果。本文在缺少国内外相关研究资料和开发经验的情况下,参考借鉴国内外的在传统机车设计和其它工程应用上的设计经验,结合相关的设计规范和试验标准,对牵引车转向架结构进行了设计和研究,可为转向架进一步的结构改进和优化工作以及同类型产品的研发提供参考和借鉴。