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原文传递高速变轨距转向架变轨距关键部件的可靠性分析与疲劳寿命预测

论文题名：	高速变轨距转向架变轨距关键部件的可靠性分析与疲劳寿命预测
关键词：	高速列车;变轨距转向架;变轨距关键部件;可靠性;疲劳寿命;动力学模型
摘要：	随着我国“一带一路”战略的稳步实施，跨国运输日益频繁，铁路运输是实现国际联运和区域间运输方式的最佳选择，而各国之间的轨距并不相同，变轨距转向架技术被认为是解决轨距差异问题的最佳选择。随着与欧亚各国贸易往来的日益密切，为了进一步提高铁路运输的效率和缩减时间成本，研发高速变轨距列车十分必要。变轨距转向架是高速变轨距列车实现变轨功能的核心部件；我国变轨距技术的起步较晚，高速变轨距转向架技术还并不成熟。本文针对高速变轨距转向架变轨距关键部件进行研究，针对变轨距关键部件，分别建立了其有限元模型，依据相关标准，对变轨距关键部件进行了强度计算和可靠性分析；并建立了高速变轨距列车的动力学模型，仿真获取了各变轨距关键部件的载荷谱，最后对各变轨距关键部件进行了疲劳寿命预测。本论文的主要内容如下：　　（1）针对所研究的高速变轨距转向架，分析了其基本结构和变轨过程，以此确定了轴箱、滑块、解锁-锁紧机构、车轮、车轴、滑移衬套为高速变轨距转向架变轨距关键部件；基于HyperMesh构建了各变轨距关键部件的有限元模型，并用Ansys软件对各变轨距关键部件进行了模态分析，分析结果满足《200km/h 及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》要求，各变轨距关键部件可以保证变轨距列车正常运行要求。　　（2）对变轨距轴箱的各变轨距关键部件进行了强度计算和可靠性分析。根据我国 TB∕T3549.1-2019 规范，分析并确定轴箱、滑块、解锁-锁紧机构的载荷工况，利用Ansys软件分析了变轨距轴箱各变轨距关键部件的静强度，并利用修正的Goodman疲劳极限图校核了其疲劳强度，分析结果表明变轨距轴箱的各变轨距关键部件均满足强度要求；还利用Ansys软件的Six Sigma Analysis模块对轴箱变轨距关键部件的强度可靠性进行了分析，分析结果显示轴箱变轨距关键部件的强度可靠性均满足要求。　　（3）对变轨距轮对的各变轨距关键部件进行了强度计算和可靠性分析。分别依据 TB/T 2395-2018、UIC OR 510-5、GB/T 17855-2017等标准分别对变轨距车轴、车轮、滑移衬套、连接花键等变轨距关键部件进行了静强度分析和疲劳强度评估，分析结果表明，变轨距轮对的各变轨距关键部件均满足标准要求；还利用Ansys软件的Six Sigma Analysis 模块对轮对变轨距关键部件的强度可靠性进行了分析，分析结果显示轮对变轨距关键部件的强度可靠性均满足要求。　　（4）对高速变轨距转向架的变轨距关键部件进行了疲劳寿命预测。首先基于SIMPACK 建立了高速变轨距列车动力学仿真模型，并获取了各变轨距关键部件的载荷谱；然后利用疲劳寿命分析软件nCode，基于线性疲劳累积损伤理论和Goodman平均应力修正法，对变轨距关键部件的疲劳寿命进行了预测分析，分析结果表明，所有变轨距关键部件的疲劳寿命均满足《时速 350 公里中国标准动车组暂行技术条件》所要求的1500万公里的条件，为变轨距转向架的进一步开发提供了理论基础。
作者：	王红人
专业：	载运工具运用工程
导师：	刘玉梅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023