动车组构架横梁结构研讨

客用轨道车辆转向架构结构形式已经逐渐趋同于“Ⅱ”字型结构。从结构总体布置上看，构成构架的两个侧梁与横梁，形成了主体的“Ⅱ”字型结构；再从细节上分析，横梁各零件组成也是一个“Ⅱ”字型结构。

横梁结构一般有两种形式，一种是箱型梁式；一种是圆管式。两种形式会有一些差异，本文将从自身结构、力学参数、制造工艺以及使用寿命等方面对两种形式下的高铁构架横梁结构特性进行分析研究。

1 两种横梁的物理参数

1.1 几何形状简化及计算

在计算之前，要对两种形式的横梁进行简化，并设置成单元结构；去除其他因素，简化成原始结构。使用SolidWorks建模，如图1所示。

图1 梁单元结构简图

1.2 物理特性

两种形式下的衡量物理特性如表1所示。

表1 横梁特性表

可以看出，圆管型梁的各项特性数据要小于箱型粱。

2 两种横梁的力学特性

2.1 建模

使用SolidWorks软件，对两种形式下横梁结构进行建模，如图2所示。然后进行网格划分，最后进行变形和应力分析。

2.2 计算

2.2.1 载荷假定

由于仅分析两种形式横梁的特性，因此只假想一些通常载荷状况。在假想工况下，观察横梁变化，进而比较两种形式横梁性状。

图2 横梁建模

2.2.2 悬臂梁扭转工况

在该工况下，约束为一端固定约束。受力为一端施加扭矩，假设扭矩10000N·m。此时两种形式横梁受力与变形状况如图3、图4所示；扭转载荷工况下两种形式横梁特性如表2所示。

图3 两种横梁扭转受力网格图

可以看出，在扭转载荷受力工况下，圆管梁横梁各项特性数据要小于箱型梁。故在给定条件下，圆筒梁结构各项性能要比箱型梁结构更好。

图4 扭矩载荷下两种横梁应力和变形图

表2 扭转载荷工况下横梁特性表

2.2.3 固定梁压弯工况

在该工况下，约束为两端固定约束；受力为在粱上施加均匀压力。假设扭矩为100000N·m。此时两种形式横梁受力与变形状况如图5所示；均匀压力载荷工况下两种形式横梁特性如表3所示。

图5 梁均匀压力载荷时应力和变形图

表3 均匀压力载荷工况下横梁特性表

可以看出，在均匀压力载荷受力工况下，圆管梁横梁的各项特性数据要小于箱型梁。故在给定条件下，圆筒梁结构刚性更强、变形更小且应力更小。

3 两种横梁的结构特性

两种形式横梁不仅有着不同的力学和结构特性，在构成组成和工艺性等方面，也存在很大差异。根据上述模拟分析，两种横梁结构特性对比如表4所示。

表4 两种横梁结构特性对比

4 两种横梁的经济特性

因为结构特性方面的差异，导致两种横梁之间也存在一定的经济性差异。

圆管梁结构一般采用无缝钢管作为基材，并在无缝钢管基础上，进行小的改制，工序比较简单。

箱型梁结构一般采用钢板下料焊接，中间还要安装隔板，钢板与钢板、钢板与隔板之间全部采用焊接方式进行连接。焊接之后还需要进行探伤检测，并进行去应力热处理。这一系列工艺流程需要消耗很大的人力物力。

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5 结语

圆管梁和箱型梁是两种差异性很大的结构，从本文分析比较中可以得出：圆管梁结构要优于箱型梁结构。故圆管梁结构更适合应用在各种轨道车辆转向架构架设计上。