跨坐式高架单轨游览车转向架强度分析及优化设计

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跨坐式高架单轨游览车系统是一种新型轨道交通系统,主要应用于山地旅游风景区、地形复杂景区以及城市部分区域的大型运输系统。转向架是跨坐式高架单轨游览车的重要组成部分,其作用为承载功能、缓冲功能、转向功能、制动功能、驱动功能,其设计的是否合理直接影响到跨坐式高架单轨游览车的稳定性和安全性。由于在实际应用中可能会面临各种恶劣天气和运行环境,因此我们在进行跨坐式高架单轨游览车辆转向架设计时不能只考虑理想运行环境,还需要考虑这些复杂工况。转向架构架为转向架的主体结构和承载结构,其需具备高刚性、高抗扭转刚度、高结构强度以及科学合理的溃缩区间。构架作为转向架的核心部分,其材料和结构的优良机械性能是保证跨坐式高架单轨车辆能够安全的运行关键。本文分析所设计的跨坐式高架单轨车辆转向架构架在多种复杂工况下的静强度和疲劳强度,后进行结构优化与现场试验。主要研究工作如下:(1)根据跨坐式高架单轨游览车的功能需求与转向架的结构特点,使用相关软件基于拓扑优化对车辆转向架进行设计;(2)从车辆实际使用条件出发并参考EN13749标准,对10种复杂工况下的载荷工况分别进行了计算,对疲劳强度载荷工况进行了计算;(3)构建了跨坐式高架单轨游览车转向架构架的有限元模型,对其进行静强度分析、模态分析,基于EN13749标准对跨坐式高架单轨游览车的转向架构架进行了疲劳强度分析,分析了仿真结果;(4)结合有限元分析所得的应力云图与材料利用率云图,对原转向架结构进行了形状优化、尺寸优化及轻量化优化设计,仿真结果显示优化后构架结构大大降低了应力集中,整体质量减轻,材料利用率合理增大,结构设计合理;(5)在项目试验轨道线上,按规范进行试验前准备、粘接应变片,对所设计的跨坐式高架单轨车转向架构架样件进行强度试验并采集数据。试验结果显示所设计的转向架构架力学性能优良、设计合理,且试验数据与有限元静力学的模拟仿真值相吻合,最大偏差不超过5%,亦验证了本次研究的有限元分析方法合理,转向架结构设计合理。
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