新西蘭機車發(fā)運吊具結(jié)構(gòu)的有限元數(shù)值模擬研究

 

    本次分析計算的機車發(fā)運吊具主要由橫向撐桿和縱向撐桿組裝而成。橫向撐桿由L50x50X6和L36X36X5的角鋼和鋼板焊接而成；縱向撐桿由L70X5的角鋼和鋼板焊接而成，材質(zhì)均為Q235―A.車體吊銷的為圓柱型，吊裝時安裝在車體底架的吊裝位置，材質(zhì)為45號鋼。

 

    機車發(fā)運吊具和車體吊銷應(yīng)能達到如下所述安全系數(shù)。（1）在108t載荷作用下，機車發(fā)運吊具的安全系數(shù)不小于1.8；（2）在27t載荷作用下，車體吊銷銷體的安全系數(shù)不小于1.6.表1列出了機車發(fā)運吊具及吊銷材料的基本力學(xué)特性：本文選用大型通用的集CAD/CAE/CAM于一體的軟件I-DEAS進行吊具和吊銷模型的建立以及有限元強度分析。

 

    2.1吊具模型。由于吊具的橫向和縱向撐桿主要由不同型號的角鋼和厚板焊接而成，在有限元仿真模擬時主要采用殼單元進行模擬，所以幾何建模時對于角鋼建立的幾何模型是面，厚板建立的幾何模型是體。對撐桿分別建立幾何模型然后組裝在一起，撐桿的幾何模型如-4所示。

 

    由于吊具具有縱向及橫向兩個對稱面，并且所受的載荷也是對稱的，因此取1/4結(jié)構(gòu)進行有限元分析。采用殼單元和四面體單元進行結(jié)構(gòu)離散，共劃分111314個單元和70349個節(jié)點，網(wǎng)格劃分如所示。

 

    由其結(jié)構(gòu)特點和力學(xué)性質(zhì)可得：當(dāng)取1/4結(jié)構(gòu)進行有限元分析計算時，約束施加在吊具結(jié)構(gòu)的對稱面上。

 

    2.2吊銷模型。車體吊銷安裝在車體底架相應(yīng)的吊裝位置，用來吊裝機車車輛。所以取出底架側(cè)梁吊裝的相應(yīng)位置和吊銷進行接觸模擬，具體幾何模型及有限元模型如、7所示：架裝配有限元網(wǎng)格載荷27t作用在鋼絲繩與其接觸的位置；吊銷銷體與底架的接觸處設(shè)置接觸約束；在底架側(cè)梁取出的部分邊界設(shè)置固定約束。

 

    3.1吊具應(yīng)力分析。經(jīng)過有限元分析計算，機車發(fā)運吊具節(jié)點節(jié)點的*大Mises應(yīng)力為129MPa，發(fā)生在端板與縱支承槽鋼的交接處，小于材料的許用應(yīng)力131MPa，節(jié)點的Mises應(yīng)力分布如、9示。

 

    220MPa，發(fā)生在吊銷體與底架側(cè)梁接觸處，小于材料的許用應(yīng)力221MPa，節(jié)點的Mises應(yīng)力分布如0所示。

 

    機車發(fā)運吊具節(jié)點Mises應(yīng)力云結(jié)束語在機車發(fā)運吊具設(shè)計時，采用計算機仿真模擬的方法進行強度分析，可以減少設(shè)計成本和時間提高效率。由于在實際機車發(fā)運吊裝中，吊銷和吊具在檢測時有裂紋出現(xiàn)，所以采用有限元強度分析可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足，并方便改進設(shè)計方案，避免和減少在機車吊裝試驗中出現(xiàn)失誤的幾率。對于己有吊具，當(dāng)載重增加時強度是否滿足要求，能否保證吊裝安全，也可以采用這種方法來實現(xiàn)強度的校核。

 

    本文運用I-DEAS有限元分析軟件對新西蘭機車發(fā)運吊具和吊銷進行了有限元強度分析，分析結(jié)果表明在吊裝時其應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，強度滿足要求，性能可靠?？梢詾橐院蟮臋C車發(fā)運吊具設(shè)計提供。