ABAQUS的30吨轴重货物车辆轮对结构设计和强度分析(2)
4.2.4 车轮受力影响因素分析 25
4.3 本章小结 27
5 结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 本课题的目的和意义
随着时代的发展和社会的进步，铁路货运量迅速增加，对货物列车的运载能力要求越来越高，货物车辆的载重也就越来越重。提高货物车辆的载重能力有两种途径：要么增加列车编组，通过增加承载货物的车辆节数来增加总载重；要么提高单位车辆的承载能力，即通过提高车辆轴重来加强货物车辆运载能力。而显然货物列车的长度是不可能无限增长的，这既受既有站线长度等的限制，同时，太长的货物列车也不方便运行。因此，我们不得不在充分考虑站线长度的前提下，通过增加货物车辆轴重的方式来提高运载能力。而时至今日，30t轴重货物车辆的研究正是我国铁路货运的主要任务。
在货物车辆轴重提升的同时，作为承受车辆全部重量并直接传递轮轨间作用力的轮对，其结构和强度也必然有了新的要求，以保障轮对的可靠性、安全性，确保列车的运行安全。为此，本课题将依据相关标准对轮对进行结构设计，并分别通过有限元分析和力学方法对车轮与车轴进行强度分析。
传统的经验与试验相结合的方法难以满足高性能货物车辆轮对的设计要求，因此，本课题通过有限元分析软件ABAQUS对轮对在各种典型的受力情况下进行有限元结构强度分析，以代替传统的试验法。事实上，实际生活中的轮对受力情况是非常复杂的，而使用有限元分析的方法可将这种复杂的问题简单化，之后再求解。这种方法的计算精度算是非常高了，且能适应多样的复杂形状，同时，这种方法通过三文建模代替了实际轮对，通过软件分析代替了具体试验，大大节省了人力、物力。因此，总体而言，使用有限元来进行工程分析算是一种非常行之有效的手段了。
1.2 研究背景
1.2.1 重载铁路发展概况
铁路重载运输技术始于20世纪20年代，它是提高线路运载能力，改善铁路运输效率的重要措施，对于很多国家，特别是对于我国这种幅员辽阔的大陆国家，具有非常重要的现实意义。
20世纪50年代以来，由于运能大、效率高、运输成本低等各种优点，铁路重载运输受到了世界各国的广泛重视。特别是在美国、加拿大、巴西、澳大利亚等幅员辽阔、物资丰富，煤、矿等货物运量比重较大的国家，铁路重载运输的发展尤为迅速。20世纪80年代以后，随着计算机、信息技术、新材料、新工艺等现代高新技术的发展和应用，铁路重载运输在技术和装备方面得到了大力的支持，重载列车的牵引重量也有了很大的提升[1]。
在国外，重载运输的牵引重量一般为一万到三万吨，其中，美国常见的重载列车编组为108辆货车，牵引重量为13600t；加拿大的重载列车编组通常为124辆货车，牵引重量16000t；巴西典型的文多利亚——米纳斯铁路标准编组为320辆，牵引重量31000t；澳大利亚具有代表性的哈默利斯铁矿铁路以226辆为一编组，牵引重量28000t。以四轴的标准计算，美国、加拿大、巴西、澳大利亚的重载货车轴重分别达到了大约31.48t、32.26t、24.22t、30.97t，而据了解，美国货车以29.8t的轴重为主，但是32.43t轴重的货车也不少，另有少量货车采用35.7t的轴重；巴西的重载列车的轴重现已提高至30t；澳大利亚在大轴重的发展上已经走到了国际前列，重载线路轴重为35.7t。
我国重载运输的典型代表是始建于1985年的大秦铁路，该线路全长653km，是我国第一条电气化重载铁路，它的修建拉开了我国重载铁路运输的序幕。目前，我国大秦线的轴重已达到了27t以上。根据我国的铁路网规划，我国重载运输通道以八纵、九横的网络格局为目标，届时铁路重载运输的总规模将达到近3万km。