刘缙熹 1 林方勇2
中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116021
摘要：随着我国经济的不断发展，对于城市交通也提出了更高要求。多流制电力机车在城市交通当中的地位也非常重要，而在电力机车运行过程当中，不同轨道线路的交联互通，需要通过转向架来实现，为保证电力机车的稳定驾驶和轨道的平稳转换，对电力机车的转向架要求也不断提高，需要转向架自身的负荷能力持续增强，以保证多流制电力机车的平稳运行。对此，本文将在EN 13749标准下，进行多流制电力机车转向架结构分析。对转向架的构架静强度以及疲劳程度进行详细探讨。依据有限元算法，对构架模型进行数据分析，得出电力机车转向架最准确的构架静强度以及疲劳强度。
关键词：多流制电力机车；转向架；构架静强度；疲劳强度探究
在EN 13749的标准下，建立电力机车转向架的三维模型。根据三维模型，对电力机车转向架的各个参数进行精密计算。详细研究转向架的架构架静强度与疲劳强度，勘测转向架自身的负荷能力。探究转向架在投入使用后，参与在电力机车运行时，所能够发挥的最大效用，不断加强转向架的强度，以保证电力机车在进行轨道互通时的安全性能。对此，本文将对多流制电力机车的转向架背景进行简略介绍，根据有限元模型的计算方式，对转向架的参数进行精密计算，得出最终结果，不断提高电力机车的运行安全。
一、背景
用于城际交通的电网，一般都是交流牵引供电网，而直流牵引供电网，则往往应用于轨道交通当中。对此，多流制电力机车的应用，对我国目前交通现状来说，具有非常重要的作用。架构作为多流制电力机车的转向架最重要的部分，它的静强度对机电力机车的负荷能力，产生着巨大影响。由于多流制电力机车运营过程当中受，乘客流量的影响，往往会频繁出现负荷过重的情况。对此，转向架的负荷能力。对于保障机车运行安全具有非常重要的作用。但由此也对转向架的架构静强度和疲劳强度，提出了更高的要求与指标。在EN 13749的标准规范下，进行转向架的架构制作，依照标准图纸进行加工，以满足转向架的强度和硬度。通过有限元软件对相关转向架的刚度和硬度进行测算，只有转向架符合相关标准，才能够投入到多流制电力机车的使用当中。
二、构架有限元模型
多流制电力机车的转向架，通常是以钢为主要材质。钢结构的整体质量、硬度和负荷能力都较强，利用焊接方式将钢结构呈日字形焊接在一起。通过侧梁、横梁、端梁，三种梁体，作为转向架的主体框架。在测梁下方，通常以安装轴箱拉杆定位座以及弹簧座为主，而牵引座和电机座一般是位于主梁，横梁之下。此外，需要在日字型的转向器的端梁位置，装置扫石器以及制动器。依托计算机信息平台下的软件，架构转向架的三维立体模型。通过网络软件将三维立体模型进行网格化划分，以单元为结构进行离散处理。构建多留日电动机车转向架的有限元模型。
三、有限元计算参数及载荷工况组合
1.钢架载荷参数
钢架的载荷能力是计算转向架的架构静强度与疲劳强度基础。根据我国现有的EN 13749标准，来计算转向架钢架的载荷参数。在多流制电力机车转向架钢架载荷参数的计算当中，需要对轴重、机车质量、转向架质量以及轴距进行参数计算。其中，轴重以吨为单位，参数值在22.5。机车质量和转向价值量以千克为单位，参数分别为90000、16200、2900参数值的轴距，是以毫米为计算单位，代入数据参与运算的。
除此之外，在进行参数计算时，还需要考虑电机相关的参数数据，其中电机装配质量、电机额定扭距、电机短路扭距为三项基础参数项目，这三项的参数值保持在3563kg、7728Nm、34500Nm。在得到上述的相关数据信息之后，再进行多流制电力机车转向架载荷能力分析，得到相关的疲劳强度数据。
2.载荷工况组合
通过测量得到钢架载荷参数，将相关数据代入，进行载荷能力计算时，需要根据相关标准进行精密的计算。计算结果应该包含超载荷情况下以及正常载荷强度下的两组数值。通过ANSYS软件对多流制电力机车转向架结构的有限元模型进行分析与处理。根据不同的载荷情况得出相应的应力值，根据应力值对转向架结构的架构静强度以及疲劳强度进行数据分析。在数据分析过程当中，对于架构静强度的评价，应该着重关注超载荷情况下的应力值。而对于疲劳强度的分析，应该以正常载荷度下的应力值作为数据基础。在两侧横梁上，进行横向、纵向超载荷能力分析时，垂直方向的载荷能力也以超载荷标准进行试验，轨道会扭曲位移10%左右。
四、构架强度计算结果及分析
1.构架在运营载荷工况下的静强度计算结果及分析
根据相关标准，对架构的运营载荷能力进行分析，其基本原则是，转向架的各处的应力数值，均应该小于钢架结构的屈服应力值。在工况12-15左右时，转向架结构的各位置应力值均应该低于345 MPa。然而，在工况16时，转向架结构的各位置承载能力提升，钢架结构的载荷能力也大幅度提高。相应位置的应力值低于510 MPa即可。经过多次测算得出，工况处于14时，应力值低于345 MPa，在该情况下的转向架架构静强度完全符合EN 13749规定的标准数值。
2.构架在超常载荷工况下的疲劳强度
由于对构架的疲劳强度与构架静强度分析所采取的数据情况不同，对于疲劳强度分析需要在运行载荷强度下进行分析，此时数据的选取应该位于工况1-11。对于构架的等效平均应力值的计算应该是：（最大应力值+最小应力值）/2=等效平均应力值。而对于等效应力幅值的计算是：（最大应力值-最小应力值）/2=等效应力幅值。通过计算可以得出，以焊接手段进行转向架的钢结构焊接，是能够满足EN 13749标准的疲劳强度的。
结束语：
综上所述，在进行多流制电力机车转向架结构安装过程当中，需要对转向架结构进行钢结构的焊接处理，这样能够保证转向架的疲劳强度符合相关标准。此外，多流制电力机车转向架结构的各位置应力值，均需要低于钢结构的应力值，以保证转向架的负荷能力能够满足电力机车的持续运转，满足标准架构静强度。
参考文献：
[1]李明,陈晓峰,王志明,吴才香,黄晓青.多流制电力机车转向架构架静强度及疲劳强度分析[J].技术与市场,2021,28(02):11-13.
[2]许加柱,祁琦,李知宇,黄登威,李高龙.基于降阶电感矩阵法的多流制牵引主变压器直流滤波电感的计算[J].中国电机工程学报,2015,35(15):3964-3970.
[3]董胜敏.永磁直驱货运电力机车构架强度分析及结构优化[J].铁道机车车辆,2021,41(01):62-66+70.