《工业控制计算机》2021年第34卷第2期
1研究背景
随着高速铁路的快速发展，动车组列车安全性和可靠性的分析成为重要的研究问题。转向架作为车辆上重要的部件之一，除支撑整个车体的质量外，更重要的作用是承受和传递每个方向上的力，影响着车辆的舒适度、稳定性和安全性。而力的传递都要经由轴箱定位装置。轮对和转向架通过轴箱连接成一个整体，轴箱安装在车轴轴颈上，并具备良好的润滑和密封性能。因此轴箱定位装置是影响车辆动力学性能的主要因素之一，设计出可靠性足够的轴箱装置也至关重要。 为了更好地对动车组列车运行情况进行仿真，通过计算机SIMPACK 仿真软件建立车辆系统动力学模型[1]对CRH2型动车组转向架关键部位的载荷谱进行疲劳寿命评估。为保证轴箱体满足高速动车组关键部位的强度要求，必须对其进行强度校核。 本文基于有限元分析和强度理论的方法[2]，研究CRH2动车组轴箱强度问题，验证其是否满足实际运营工况。根据UIC615-4标准规定的计算载荷和工况，利用应力云图法对高速动车组轴箱进行强度分析。通过材料的疲劳极限图验证轴箱疲劳强度满足设计要求。2动车组转向架轴箱结构 CRH2型动车组轴箱体采用转臂式定位。一系悬挂圆弹簧置于转臂安装座上，转臂通过橡胶节点安装在侧架上。定位转臂是该装置中的骨架，是轮对轴箱与构架的联系纽带。为减小定位节点刚度对一系垂向刚度的附加影响，定位转臂尽可能长。
轴箱作为连接轮对和构架的重要部件，转臂一体式结构可以简化结构，减少自重和方便组装，可以在各个方向上可以独立选择，可以同时兼顾在高速运行时车辆的稳定性、乘坐舒适度以
及曲线通过性能。轴箱体自体是由铸钢制成，材料采用SC450，前盖和后盖均采用铝合金材质，用来达到减轻质量的目的。轴箱体为上下分体的布局，用螺栓连接组装。3轴箱体有限元模型及载荷计算3.1轴箱体有限元模型
本文所分析的是转臂式轴箱体结构，一系悬挂圆弹簧置于转臂安装座上，转臂通过橡胶节点安装在侧架上，一侧与圆筒形的轴箱体固接，另一端以橡胶弹性节点与焊在构架上的安装座相连接。橡胶弹性节点可以适应纵向和横向两方向的不同弹性定位刚度的要求。
在轴箱体的有限元模型的建立中，利用有限元软件ANSYS R17.0自动离散功能，对轴箱体进行网格划分。通过设置了尺寸为8mm 的实体单元，整个轴箱体结构一共划分了155664个节点,99686个四面体单元，轴箱体模型、离散后有限元模型模型如图1所示[3]。
图1轴箱体有限元模型
基于有限元法的动车组轴箱强度分析
叶晓宇
陈雨辉
徐妍琰(兰州交通大学机电技术研究所，甘肃兰州730070)
Analysis of Axle Box Strength of EMU Based on Finite Element Method 摘要：针对目前高铁线路上所使用的动车组列车，通过提取关键部位的载荷谱进行寿命分析，利用有限元法在UIC615-4的标准下，分超常载荷工况和模拟运营载荷工况对轴箱体分别进行静强度和动强度分析。得到在超常载荷工况下和模拟运营载荷工况下，轴箱体所受最大应力都出现在轴箱转臂右侧的孔的位置，其应力值的大小分别是175.29MPa 和93.2MPa ，都满足材料的许用应力。通过求解材料的Goodman 疲劳极限图对其进行评价，任何两种载荷工况在轴箱结构上所产生的最大应力及平均应力都在轴箱体对应材料的Go
odman-Smith 疲劳极限线图的包络线之内，轴箱疲劳强度满足设计要求。
关键词：动车组列车；轴箱体；有限元法；强度分析
Abstract 押Aiming at the EMU trains currently used on the high-speed railway line熏in order to extract the load spectrum of key parts through the travel life analysis熏under the standard of UIC615-4熏the finite element method is used to analyze the axle box body's static strength and dynamic strength respectively under the supernormal load condition and simulated oper⁃ating load condition.The maximum stress on the axle box body is found at the position of the hole on the right side of the axle box arm under the abnormal load condition and the simulated operating load condition熏and the stress values are 175.29mpa and 93.2mpa respectively熏both of which meet the allowable stress of the material.The Goodman fatigue limit dia⁃gram of the material is drawn to evaluate the material.The maximum stress and average stress generated on the axle box structure under any two load conditions are within the envelope line of the Goodman-Smith fatigue limit diagram of the axle box body corresponding to the material熏and the axle box fatigue strength met the design requirements.
Keywords 押multiple unit trains熏the axle box body熏finite element method熏strength
analysis
77
基于有限元法的动车组轴箱强度分析3.2轴箱体超常载荷计算
在轴箱体的静强度分析中，要考虑不同的载荷工况对轴箱
的受力状态。对轴箱体的静应力分析，需要计算的超常载荷分别
是垂向超常载荷、横向超常载荷、纵向超常载荷和垂向减振器超
常载荷[4]。
1)垂向超常载荷:
F zmax =2×Q
-m z g/2
()=137.2kN(1)
上式中,F zmax是作用在轴箱体上的垂向超常载荷(kN);Q0指的是车轮的静态垂直力,m z取78.4kN；指的是轴箱的簧下质量，取2t;g指的是重力加速度，一般取9.8m/s2，其中超常载荷以面力形式作用于轴箱弹簧座上。
2)横向超常载荷:
F ymax =5+Q
g/3≈31.2kN(2)
最大横向力以面力形式作用于轴箱定位杆安装座上。
3)纵向超常载荷:
当按照转向架重量的1.25倍考虑，所以有:
2009我的梦想F xmax =1.25m
b
g≈90.2kN(3)
m b指的是一台转向架的重量，取7.364t，其中纵向拉力以面力形式作用于轴箱定位杆安装座上。
4)垂向减振器超常载荷:
如果按减振器饱和力的1.5倍考虑，有:
F
jmax
=1.5×9.8=14.7kN(4)由计算出的超常垂向载荷、超常横向载荷、超长纵向载荷和垂向减振器超常载荷的数值，可以在轴箱体静强度分析中列出以下5种载荷组合的工况[5]。载荷工况如表1所示。
表1轴箱超常载荷工况一览表(单位:kN)
3.3轴箱体模拟运营载荷计算
在轴箱体的模拟运营中，需要考虑的模拟运营载荷分别有模拟垂向载荷、横向载荷、纵向载荷和垂向减振器载荷。
1)垂向载荷:
垂向静载荷:
F z =(Q
-m z g/2)≈68.6kN(5)
垂向动载荷:
F d =±0.5(Q
-m z g/2)≈±34.3kN(6)
其中超常载荷以面力形式作用于轴箱弹簧座上，减振器座上考虑有14.7N的垂向载荷。
2)横向动载荷:
F y =±0.5(Q
查尔斯 泰勒
-m z g/2)≈±34.3kN(7)
横向力以面力形式作用于轴箱定位杆安装座上。
3)纵向动载荷:
F x =0.5(Q
-m z g/2)≈34.3kN(8)
纵向力以面力形式作用于轴箱定位杆安装座上。
4)垂向减振器动载荷:
F工业废渣制砖
j
打破银行垄断=±9.8kN(9)由上面的分析计算，考虑不同可能的模拟载荷叠加情况，在轴箱体的动强度分析中，一般考虑8种模拟运营载荷工况。8种工况如表2所示。
表2轴箱模拟载荷工况一览表(单位:kN)
4计算结果
中国电子地图2007
4.1动车组轴箱体超常载荷下应力计算结果
按照表1，分别对上述5种超常载荷的叠加工况进行分析计算，利用有限元软件得到CRH2型动车组轴箱体在超常载荷下的应力云图，其应力值如表3所示。最大应力为175.3MPa，小于材料SC450的屈服强度230MPa，所以轴箱体的静强度满足设计要求[6]。
表3各超常载荷工况应力值
4.2动车组轴箱体运营载荷下应力计算结果
按照表2，利用有限元软件对于上述8种主要模拟载荷工况的分析计算，得出8种主要模拟运营载荷的应力云图，由应力云图可得出最大应力值和发生部位，以上各工况的最大应力值和发生部位如表4所示。
表4各模拟载荷工况应力值
4.3动车组轴箱体的静强度评价
由表3各超常载荷工况应力值可表明，在上述的5种超常载荷工况下，第5种超常载荷工况产生的应力最大,CRH2动车组轴箱体的最大应力出现在了轴箱体转臂右侧的孔的位置，其应力值为175.29MPa，这个应力值小于最大超常载荷下轴箱体的材料铸钢SC450的屈服强度(230MPa)。由此可见,CRH2动车组轴箱体的静强度满足设计要求[7]。
4.4动车组轴箱体的疲劳强度评价
车辆上主要承载部件的疲劳强度评价方法一般利用Smith 图进行疲劳强度评价[8]。由表4各模拟载荷工况应力值可表明，在上述的各种模拟载荷工况下，动车组轴箱体的最大的动应力出现在了轴箱体的转臂右侧的孔的位置，最大动应力为93.2MPa，同样位置第6种模拟工况所产生的应力值最小，其值为79.2MPa，由上式可得其平均应力为86.2MPa。将最大应力与平均应力的值绘制入材料的GoodMan-Smith疲劳极限图2中，在关键受力部位的应力值未超出GoodMan-Smith疲劳极限所允许的范围，所以轴箱体疲劳强度满足要求。
5结束语
本文在介绍了CRH2型动车组转臂式轴箱的结构和特点，并在UIC615-4的标准下，分超常载荷工况和模拟运营载荷工
(下转第82页
) 78
(上接第78页)
况对轴箱分别进行静强度和动强度分析。静强度分析得出的von-mises 应力云图显示，在超常载荷工况下，轴箱体所受最大应力出现在轴箱转臂右侧的孔的位置，其应力值的大小是175.29MPa ，没有超过材料铸钢SC450的屈服强度(230MPa )，轴箱满足静强度设计要求。
动强度分析得出的应力云图表明，在模拟运营载荷工况下，轴箱所受最大应力值也是出现在轴箱转臂右侧的孔处，最大应
力值为93.2MPa 。通过画出材料的Goodman 疲劳极限图对其进行评价，任意两种载荷工况在轴箱结构上所产生的最大应力和平均应力，都在轴箱体对应材料的Goodman-Smith 疲劳极限线图的包络线之内，轴箱疲劳强度满足设计要求。
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[收稿日期:2020.11.3]
图2
疲劳极限
图
ResNet18和Xception 模型的变化特点，可以说明迁移学习的权重值可以加快模型的收敛效果，但是对模型准确率的提升效果不大，这主要是因为权重值只是能够把对象中的相同特征迁移过来，而不能获取特定数据集的独有特征，因而对于准确率的影响就不会很大。源结束语
本文针对采集的红外图像数据集进行预处理操作，建立基于多尺度残差和注意力机制相结合的AMSRnet 分类模型，并将其与VGG16、ResNet18、Xception 模型进行对比，得出如下结论:
1)AMSRnet 可以较好地提取目标图片的关键特征，具有较高的分类性能，识别准确率达到95.00%，比其他模型提高了4.41~13.82个百分点;
2)数据集经过数据扩充后，一定程度上影响了数据样本的分布情况，但AMSRnet 在迭代过程中能够提高准确率且未发生明显的抖动情况，表明AMSRnet 模型具有较强的稳定性。
参考文献
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puter
Vision熏2015熏115穴3雪押211-252
[收稿日期:2020.12.1]
改进的残差网络对红外图像热斑状态分类研究
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