一种轨道走行台车结构的有限元分析方法技术

本发明专利技术提供一种轨道走行台车结构的有限元分析方法，包括以下步骤：台车架结构建模；台车架和车轮的连接；所述车轮轴与所述车轮轴承间通过耦合重合节点的自由度进行模拟；车轮和驱动部分；进行车轮的约束；轮压的输出；通过在有限元软件后处理模块中输出车轮梁单元的轴力和车轮底部的弹簧力，获取不同工况下走行结构各个方向轮压。本发明专利技术的模型简单明了，采用常用的线性单元而并没有采用接触和非线性单元，局部合理简化，模型求解迅速，便于对设备进行整体分析，本发明专利技术可以清晰的传递载荷和约束且本发明专利技术轮压结果显示合理便捷。且本发明专利技术轮压结果显示合理便捷。且本发明专利技术轮压结果显示合理便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道走行台车结构的有限元分析方法


[0001]本专利技术涉及工程机械数据处理
，具体而言，尤其涉及一种轨道走行台车结构的有限元分析方法。

技术介绍

[0002]对于在轨道上运行的起重机、堆取料机、装卸船机等轮轨式设备，走行台车是大车运行最主要的承载部件。台车架上部通过销轴或者法兰板连接设备支腿，台车架下部通过轮轴与车轮组相连接，用以承担整个设备的上部重量；在设备工作时，台车架将上部所有的重量和载荷传递给车轮组，车轮组再带动整个设备在轨道上运行。作为轮轨式设备最重要的支撑构件，走行台车结构的安全性和稳定性直接决定着轮轨式设备的性能，因此对于走行台车结构的分析至关重要。
[0003]在当代轮轨式设备的有限元分析计算中，越来越多地采用设备整体建模的方法，通过合理的连接单元和耦合方法实现各个部件之间的连接。建立设备整体模型有利于简化载荷的传递，便于设备整体的载荷组合，提高分析计算的效率。但是对于走行台车结构来说，由于车轮和轨道的接触是一种自适应的接触连接方式，因此走行台车结构的模型简化如何做到既简单实用又能最大程度的模拟实际工作状态至关重要。
[0004]目前文献和应用中对于走行台车结构的分析存在以下几方面缺点：
[0005]1、结构模型的连接简化无法体现走行驱动的载荷传递；
[0006]2、结构模型的约束无法体现走行台车的平衡特性，轮压计算结果相差过大；
[0007]3、无法方便的输出走行轮压等计算数据。

技术实现思路

[0008]根据上述提出结构模型的连接简化无法体现走行驱动的载荷传递、结构模型的约束无法体现走行台车的平衡特性，轮压计算结果相差过大以及无法方便的输出走行轮压等计算数据的技术问题，而提供一种轨道走行台车结构的有限元分析方法。本专利技术主要利用一种轨道走行台车结构的有限元分析方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1：台车架结构建模；通过板壳单元或者实体单元对所述台车架结构进行建模；
[0010]步骤S2：台车架和车轮的连接；车轮轴承通过刚性单元模拟以连接车轮轴和轴承座，车轮轴和车轮用梁单元模拟；所述车轮轴与所述车轮轴承间通过耦合重合节点的自由度进行模拟；
[0011]步骤S3：车轮和驱动部分；
[0012]步骤S4：进行车轮的约束；通过用梁单元模拟，车轮和轮轴连接处直接连接；车轮和轨道接触部位通过柔性和刚性连接相融合的方法。
[0013]步骤S5：轮压的输出；通过在有限元软件后处理模块中输出车轮梁单元的轴力和车轮底部的弹簧力，获取不同工况下走行结构各个方向轮压。
[0014]进一步地，所述台车架结构建模过程中，台车销轴通过梁单元模拟，和轴孔之间通过刚性单元连接；所述连接处通过耦合重合节点自由度的方式，释放轴向旋转自由度和轴向位移自由度；轴向位移自由度在剪切块位置采用耦合重合节点自由度的方式进行约束连接。
[0015]更进一步地，所述车轮轴与所述车轮轴承间的耦合三个方向位移自由度和除轴向外两个方向旋转自由度，使得所述车轮轴可以绕轴心旋转。
[0016]进一步地，驱动轮车轴的轴向旋转由驱动结构力矩臂约束，力矩臂采用梁单元模拟；所述力矩臂和轮架的连接通过耦合重合节点的自由度进行模拟，其中，只限制所述车轮轴的轴向旋转自由度，其他自由度全部释放。
[0017]更进一步地，所述接触部位通过直接约束竖直方向位移自由度来实现竖直方向的刚性约束。
[0018]更进一步地，所述接触部位的水平方向通过弹簧单元，根据走行台车和门架支腿的刚度设定弹簧刚度，从而实现柔性约束。
[0019]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]1、本专利技术的模型简单明了：采用常用的线性单元而并没有采用接触和非线性单元，局部合理简化，模型求解迅速，便于对设备进行整体分析。
[0021]2、本专利技术所说的方法载荷传递清晰：台车架的销轴连接、车轮的轴承连接和车轮的约束均可以准确表达实际结构和结构连接，可以清晰的传递载荷和约束。
[0022]3、本专利技术轮压结果显示合理便捷：本方法模型求解结果下得到的轮压数据，基本反映实际的轮压分布，确保同一台车架下车轮轮压基本相同，并且可以体现出驱动轮和从动轮不同的轮压数据。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术台车架结构示意图。
[0025]图2为本专利技术台车架模型和连接示意图。
[0026]图3为本专利技术台车架、驱动车轮和驱动装配示意图。
[0027]图4为本专利技术台车架与车轮、车轮与驱动连接模型示意图。
[0028]图5为本专利技术车轮约束示意图。
[0029]图6为本专利技术走行台车结构整体有限元模型图。
[0030]图7为本专利技术走行台车结构强度计算结果。
[0031]图8为本专利技术车轮竖直方向轮压结果。
[0032]图9为本专利技术车轮侧向轮压结果。
[0033]图10为本专利技术整体流程示意图。
[0034]其中，1为上台车架；2为剪切块；3为销轴；4为耳板；5为轴端板；6为下台车架；7为车轮轴；8为车轮轴承；9为轨道；10为车轮；11为驱动；12为驱动轮；13为力矩臂；14为从动
轮。
具体实施方式
[0035]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0036]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0037]如图1
‑
10所示，本专利技术提供了一种轨道走行台车结构的有限元分析方法，包括以下步骤：
[0038]步骤S1：台车架结构建模；通过板壳单元或者实体单元对所述台车架结构进行建模；所述台车架结构建模过程中，台车销轴通过梁单元模拟，和轴孔之间通过刚性单元连接；所述连接处通过耦合重合节点自由度的方式，释放轴向旋转自由度和轴向位移自由度；轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道走行台车结构的有限元分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：台车架结构建模；通过板壳单元或者实体单元对所述台车架结构进行建模；S2：台车架和车轮的连接；车轮轴承通过刚性单元模拟以连接车轮轴和轴承座，车轮轴和车轮用梁单元模拟；所述车轮轴与所述车轮轴承间通过耦合重合节点的自由度进行模拟；S3：车轮和驱动部分；S4：进行车轮的约束；通过用梁单元模拟，车轮和轮轴连接处直接连接；车轮和轨道接触部位通过柔性和刚性连接相融合的方法；S5：轮压的输出；通过在有限元软件后处理模块中输出车轮梁单元的轴力和车轮底部的弹簧力，获取不同工况下走行结构各个方向轮压。2.根据权利要求1所述的一种轨道走行台车结构的有限元分析方法，其特征在于，所述台车架结构建模过程中，台车销轴通过梁单元模拟，和轴孔之间通过刚性单元连接；所述连接处通过耦合重合节点自由度的方式，释放轴向旋转自由度和轴向位移自由度；轴向位移自由度在剪切块位置采...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩波，张守云，齐桂营，彭晨宇，于平，曹海云，刘学，
申请(专利权)人：大连华锐重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：