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某型機(jī)車是南車按國際招標(biāo)合同為哈薩克斯坦國家鐵路公司提供的交流傳動高速客運(yùn)電力機(jī)車，其最高設(shè)計(jì)速度為200 km/h，主要用于牽引西班牙制造的Talgo高速列車，運(yùn)行在阿斯塔納一阿拉木圖之間。機(jī)車交付經(jīng)過近5年的運(yùn)行后，先后發(fā)現(xiàn)兩臺機(jī)車牽引座產(chǎn)生疲勞裂紋。為了確保機(jī)車的安全運(yùn)行，株機(jī)公司組織了專題強(qiáng)度分析，從理論分析和現(xiàn)場處理兩方面著手，找出了裂紋產(chǎn)生原因，在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案。
某型機(jī)車轉(zhuǎn)向架與車體通過低位牽引桿相連，以傳遞機(jī)車的牽引力和制動力。在牽引桿的兩端裝有橡膠關(guān)節(jié)，以適應(yīng)轉(zhuǎn)向架與車體的相對運(yùn)動，減少車體與轉(zhuǎn)向架之間的沖擊。牽引座布置在車體中部，機(jī)車縱向牽引力通過牽引桿、牽引座傳遞到車體，牽引座結(jié)構(gòu)如圖所示。
2009年2月，阿斯塔納檢修段技術(shù)科人員發(fā)現(xiàn)機(jī)車第一位牽引座出現(xiàn)裂紋，機(jī)車第一位、第三位牽引座出現(xiàn)裂紋，裂紋部位為牽引座上部拐角處，如圖所示。針對段方用車緊張的情況，采用了應(yīng)急處理措施：對出現(xiàn)裂紋的牽引座在裂紋兩端打比裂孔，開坡口將裂紋清除，然后補(bǔ)焊，并嚴(yán)格按C級鋼補(bǔ)焊工藝要求執(zhí)行;對未出現(xiàn)裂紋的牽引座進(jìn)行了全面檢查。在對裂紋處進(jìn)行打磨處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂紋的牽引座在裂紋區(qū)域有焊修痕跡，裂紋的起始階段都是從焊修區(qū)域由內(nèi)向外，而其它無裂紋的牽引座均無焊修痕跡。初步分析裂紋原因可能為焊修熱裂紋或其它缺陷導(dǎo)致疲勞裂紋產(chǎn)生。
為了詳細(xì)分析牽引座的應(yīng)力分布情況并為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，下而分析運(yùn)用中牽引座的受力情況，并采用ansys軟件對牽引座改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析計(jì)算。
某型機(jī)車原牽引座為C級鋼鑄件，壁厚較厚且跨度不大，為使計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，選用實(shí)體模型分析。結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要考慮改善拐角處圓角過渡、增大牽引座上邊緣與車體中間牽引梁底板的貼合而積、適當(dāng)增加牽引座壁厚三個(gè)方面進(jìn)行。參考其它車型牽引座設(shè)計(jì)情況，將牽引座中部296 mmx353.5 mm四方孔尺寸縮小為250 mmx300 mm，將4個(gè)拐角處圓角由R10改為R20圓角，牽引座總寬由410 mm增加到430 mm、壁厚由20 mm增加到26 mm。建模按牽引座實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行，改進(jìn)前后的牽引座模型見圖。
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