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作為低地板轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的新趨勢，一級懸掛低地板轉(zhuǎn)向架已被國外企業(yè)所采納和使用，該類轉(zhuǎn)向架只有一級懸掛，相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架在高度上能提供更大的降低空間，車間懸掛位于軸箱位置，與傳統(tǒng)低地板轉(zhuǎn)向架相比有更佳的點頭及搖頭穩(wěn)定性，因而應(yīng)用于速度較低的低地板列車上有一定優(yōu)勢，但一級懸掛也不可避免的帶來一個問題：絕大部分裝置將直接安裝于轉(zhuǎn)向架上，造成簧下質(zhì)量過大，因此一級懸掛低地板轉(zhuǎn)向架需要采用輕量化設(shè)計才能緩解或避免簧下重量過大的弊端，軸橋作為低地板轉(zhuǎn)向架重要部分，一級懸掛軸橋與傳統(tǒng)低地板軸橋有所不同，國內(nèi)也缺少對該類軸橋的研究。因此設(shè)計一種應(yīng)用于該種轉(zhuǎn)向架的鋁合金軸橋，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對軸橋進(jìn)行靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度有限元分析校核，材料與加工采用鋁合金材料是輕量化設(shè)計的普遍選材，以鋁合金替代傳統(tǒng)鑄鋼、鑄鐵件，保證部件強(qiáng)度韌性同時減輕重量，鋁合金鍛件的優(yōu)點，即為內(nèi)部組織細(xì)密、均勻、無缺陷，其可靠性高于鋁合金鑄件，鋁合金鍛件還具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和非磁性，這些都是傳統(tǒng)鑄鋼件所無法比擬的，鍛造方式采用尺寸較易控制的模鍛工藝。
采用焊接及攻絲處理，因此整個軸橋的聯(lián)接方式采用對穿孔螺栓方式聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點模鍛鋁方式無法采用鑄件的空腔結(jié)構(gòu)，宜與其他部件采用對穿孔螺栓聯(lián)接，因此鍛鋁軸橋在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)鑄鋼軸橋有較多不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮到鍛造特點，所有轉(zhuǎn)角部位均設(shè)計為圓角形式，以減少銳角效應(yīng)和應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高承載能力，在尺寸變化較大部位采用鈍角斜面配合大圓角的組合設(shè)計，保證鍛造中的金屬流動性，彎軸底部采用倒梯形設(shè)計，便于退模，鍛鋁材料采用2014鋁合金，2014合金是鍛鋁中的典型合金，該鋁合金的特點是強(qiáng)度高、有較好的熱塑性、能承受較高應(yīng)力。該材料為輕質(zhì)高強(qiáng)度材料，用于高負(fù)荷結(jié)構(gòu)件，其T6狀態(tài)具有較好的強(qiáng)度和韌性，而質(zhì)量較鋼大大降低。
超常載荷主要考慮垂向載荷、垂向脫軌載荷、橫向載荷及縱向沖擊載荷，參考UIC615－4得到工況組合表(見表)及各載荷施加位置，根據(jù)螺栓聯(lián)接特性及載荷方向，確定載荷具體位置。
由于結(jié)構(gòu)對稱性，改變橫向載荷方向不會對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果有影響。但縱向載荷方向變化對軸橋強(qiáng)度有較大的影響。取產(chǎn)生最大應(yīng)力方向為縱向載荷施加方向，故縱向載荷方向為使縱梁連接座受拉伸作用。因此實際計算過程只需考慮1，2，4這三種載荷工況，簡化計算分析過程。
主要運營載荷分為：垂向載荷及橫向載荷，于縱向梁連接座的牽引載荷，位置與超常載荷相同。由于低地板列車的自身特點，低地板列車軌道建于普通公路，在軌道線路方面特別是曲線方面與傳統(tǒng)軌道線路有所不同，即在通過曲線時不存在超高工況，因此線路扭曲載荷不作為主要運營載荷。根據(jù)軸橋的結(jié)構(gòu)特點，選擇應(yīng)力較大及易發(fā)生疲勞裂紋的7個點為疲勞強(qiáng)度評估測點(見圖)。
利用Hypermesh與ANSYS軟件對軸橋進(jìn)行強(qiáng)度分析校核，從理論上觀察了解該軸橋在各載荷工況下的應(yīng)力分布情況。處理時簡化軸橋結(jié)構(gòu)，移除小半徑圓角過渡改為直角，分析結(jié)果不會與實際情況產(chǎn)生較大誤差。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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