李兆盈+樊強(qiáng)+米麗艷

摘 要：介紹了時速160公里磁懸浮列車下滑臺的工作特點，著重介紹了焊接結(jié)構(gòu)和鑄造結(jié)構(gòu)方案的對比。

關(guān)鍵詞：磁懸浮列車；焊接結(jié)構(gòu)；鑄造結(jié)構(gòu)；下滑臺

引言

下滑臺是160公里磁懸浮車走行機(jī)構(gòu)中關(guān)鍵的部件，與空氣彈簧組合使用，承載車體的重量，同時作為空氣彈簧的附加氣室，降低了軌道與轉(zhuǎn)向架間的激擾對車體振動的敏感度，提高了車輛的舒適性。

1 下滑臺結(jié)構(gòu)特點

下滑臺與空氣彈簧組合是連接車體底架和懸浮架的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

下滑臺作用包括：①為導(dǎo)軌滑塊安裝座提供安裝接口，連接直線導(dǎo)軌，承受并傳遞來自車體的垂向載荷；②下表面與空氣彈簧相連，作為空氣彈簧的附加氣室，起到調(diào)節(jié)空氣彈簧剛度的作用；③通過橫向拉桿和橫向拉桿座與懸浮架相連，限制空氣彈簧的橫向剛度，保證橫行穩(wěn)定；④當(dāng)車輛過曲線時，通過轉(zhuǎn)向推桿、T型臂傳遞車體和懸浮架間的力，使車輛順利通過曲線；⑤連接防過充鋼絲繩，防止因高度閥故障導(dǎo)致空氣彈簧過充，超出其正常工作范圍。

2 下滑臺方案對比

160公里磁懸浮試驗車項目下滑臺方案1采用鋁板焊接而成，主要由氣室上蓋板、氣室、進(jìn)氣管、氣室下蓋板、筋板、空簧連接板組成，焊接質(zhì)量要求按照EN15085標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，此部件認(rèn)證等級為CL1級，焊縫質(zhì)量等級為CP C2級。焊縫主要采用了單面HY坡口焊縫和角焊縫，保證氣室具有良好的氣密性。材質(zhì)為EN AW6082-T6，材料母材屈服強(qiáng)度260MPa，焊縫區(qū)屈服強(qiáng)度為125MPa，根據(jù)安裝接口需要，共有四種結(jié)構(gòu)，僅充風(fēng)進(jìn)氣口和防過充鋼絲繩安裝孔方向有差異，整體重量為8kg。下文受力計算分析以第一種為例，下滑臺焊接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

方案2為鋁合金鑄件，材質(zhì)為EN AC42100-T6，材料屈服強(qiáng)度190MPa，為減少模具成本，預(yù)先設(shè)計出兩個方向的充風(fēng)進(jìn)氣口和防過充鋼絲繩安裝孔，整體重量為9.2kg。下滑臺鑄造結(jié)構(gòu)如圖2所示

3 計算分析

3.1有限元模型及邊界條件

下滑臺主要受如下四種力的作用：①受來自車體的垂向載荷Fz；②防過充鋼絲繩的拉力Fs；③轉(zhuǎn)向推桿的作用力F2；④橫向拉桿的作用力F1

采用有限元分析軟件，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算仿真。下滑臺兩種方案模型結(jié)構(gòu)及其載荷施加情況如圖1、2所示。

計算采用實體單元進(jìn)行模型簡化，使用HyperMesh軟件進(jìn)行建模和網(wǎng)格劃分，使用剛性元單元模擬襯套連接關(guān)系。

根據(jù)載荷分布，按照超常載荷工況和運(yùn)營工況分別對下滑臺進(jìn)行計算，各種載荷作用下計算工況如表1所示

3.2 靜強(qiáng)度評估

通過仿真計算，對各工況進(jìn)行分析，下滑臺焊接結(jié)構(gòu)最惡劣工況計算結(jié)果如下：超常載荷工況下，下滑臺焊縫區(qū)最大應(yīng)力值為120.4MPa，材料許用應(yīng)力125MPa。滿足強(qiáng)度要求。

下滑臺鑄造最惡劣工況計算結(jié)果如下：超常載荷工況下，下滑臺最大應(yīng)力值為140.6MPa，材料屈服強(qiáng)度190MPa。滿足強(qiáng)度要求。兩種方案最大載荷工況應(yīng)力云圖如圖3、4所示。

3.3 疲勞強(qiáng)度評估

在運(yùn)營載荷工況下，考慮下滑臺的疲勞強(qiáng)度性能。焊接結(jié)構(gòu)選取結(jié)構(gòu)關(guān)鍵焊縫節(jié)點進(jìn)行分析。經(jīng)計算，焊接結(jié)構(gòu)疲勞因數(shù)最大值為0.274。由于鑄造結(jié)構(gòu)為左右對稱結(jié)構(gòu)，選取結(jié)構(gòu)的二分之一外表面節(jié)點進(jìn)行分析。經(jīng)計算，疲勞因數(shù)最大值為0.174，小于1，具體計算結(jié)果云圖如圖5、6所示。

4 結(jié)論

通過有限元分析的方法分別對下滑臺焊接結(jié)構(gòu)和鑄造結(jié)構(gòu)兩種方案做出對比分析，得到如下結(jié)論：

（1）下滑臺采用焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理，重量輕，強(qiáng)度滿足要求，焊接工藝簡單，制造成本低，生產(chǎn)周期短，適合小批量生產(chǎn)，缺點是焊縫易產(chǎn)生疲勞裂紋，方案一的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)均小于方二鑄造結(jié)構(gòu)。

（2）下滑臺鑄造結(jié)構(gòu)生產(chǎn)周期長，批量生產(chǎn)制造成本低，使用壽命長，

參考文獻(xiàn)：

[1]李希寧，佟來生.中低速磁浮列車技術(shù)研究進(jìn)展[J].電力機(jī)車與車軌車輛.2011，34（2）

[2]DVS1608-1983. 軌道車輛鋁合金焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度評估[S].

[3]謝云德， 常文森， 尹力明. 磁懸浮列車系統(tǒng)軌道動力學(xué)分析與試驗研究[J]. 國防科技大學(xué)學(xué)報. 1997， 19（5）： 58-63.