机车弹簧碰撞情况下的损伤及疲劳寿命研究

摘要

轴箱弹簧是机车车辆的关键零件之一,它可以缓和线路不平顺、轨缝、道岔钢轨磨耗和不均匀下沉,以及因车轮擦伤、车轮不圆、轴颈偏心的原因引起的车辆振动和冲击,提高车辆运行的稳定性和舒适性,延长车辆零部件及钢轨的使用寿命。
　　 随着列车运行速度的提高,机车弹簧容易受到车体外部物体的高速碰撞,将会对弹簧表面造成损伤,使得表面产生裂纹而导致断裂,最终影响弹簧的疲劳寿命。所以研究车用弹簧的碰撞损伤及对疲劳寿命的影响具有比较重要的现实意义。
　　 针对这一情况,本文以国内某型机车弹簧为模型,采用60Si2CrVAT弹簧钢为原料,并以LS-DYNA和MSC.fagtiue有限元软件为平台,仿真分析了弹簧受到碰撞损伤的情况,并对表面受损弹簧进行疲劳寿命预测。所做工作如下:
　　 1.设定撞击物形状为正方体,材料为花岗岩、铸铁和铝合金,分别在50m／s、100m／s、150m／s、200m／s、250m／s、300m／s速度下撞击弹簧,观察弹簧表面情况,并分析材料对疤痕长度、宽度和深度的影响。
　　 2.设定撞击物材料为铸铁,并保持不变,改变撞击物几何形状。用球体在不同速度下撞击弹簧,观察表面受损情况,并分析撞击物几何形状对疤痕长度、宽度和深度的影响。
　　 3.对铸铁球体撞击物150m／s速度下撞击产生损伤的弹簧进行疲劳寿命的预测,并与完好弹簧的疲劳寿命进行对比分析。
　　 最后,通过分析结果对弹簧保护提出了建议。