摘要：为适应中国铁路现行技术的发展需要，我公司（中车哈尔滨车辆有限公司，以下简称哈车公司）拟对D25A型凹底平车是否能适应红外线轴温探测（THDS，以下简称轴温探测设备）进行分析，D25A型凹底平车采用底部封闭的下均衡式轴箱，在运用过程中 THDS无法对该车进行轴温检测。因此，对不能适应THDS轴温探测要求的D25A型凹底平车的轴箱提出了改进方案
关键词：D25A；THDS；红外线轴温探测；轴箱
一 概述
D25A型凹底平车是哈车公司1998年研制的长大货物车，现共有6辆。
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图1 D25A型凹底平车
车辆主要性能参数
载重 250t
自重 142t
轴数 16根
轴重 24.5t
最高运行速度 80km/h（空）/60 km/h（重）
该车装用4个4E轴焊接构架式转向架，共有16根车轴、32个轴箱、8个均衡梁，装用353130B型轴承（353130X2-2RZ型轴承）。
二 原轴箱适应轴温探测情况分析
THDS轴温探测装置有内探和外探两个探头（见图2-1、图2-2），实际探测中以内探为主，外探为辅。
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图2-1 THDS轴温探测装置
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图2-2 THDS轴温探测装置遮挡边界
图中所示测量边界（2181mm）为理想情况下遮挡边界的最大值，由于外侧探测为辅助探测，但在实际运用中外侧最大遮挡边界达到2154mm时探测效果仍为良好。
原轴箱为底部封闭的下均衡式轴箱（如图3、图4所示），底部为均衡梁承台，中部为与轴承配合的长圆孔，长圆孔两侧为与导框配合的挡边。轴箱将轴承包在了轴箱内部，对THDS轴温探测设备形成了遮挡，导致THDS轴温探测装置探头红外线光束不能照射到轴承前盖及外圈，无法进行外探及内探（如图5所示）。
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图3 轴箱组示意图
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图4 原轴箱三维图
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图5 原轴箱轴温探测示意图
三 改进方案
1由于轴箱底部需与均衡梁配合，承受车辆的垂向载荷，无法在底部开孔，因此仅能进行THDS轴温外探，无法进行THDS轴温内探。为适应外探需要，轴箱下部需向内对称收缩，其尺寸的确定及分析如下：
1.1 轴箱下部收缩角度尺寸的确定
根据北京康拓红外技术股份有限公司提供的数据，当转向架采用E轴时，轴承中心与轴承安装孔底面距离（图6中尺寸B）小于200条件下，轴承中心与开孔两侧的包角（图6中尺寸A）大于78°，即可满足THDS轴温探测外探的要求。改进方案中A=80°。
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图6 轴箱下部收缩角度尺寸分析示意图
1.2 轴箱下部收缩宽度尺寸的确定
D25A型凹底平车装用353130B型轴承（353130X2-2RZ型轴承）。根据轴温探测的需要，经计算轴箱半宽最大值可达97.5mm（91.5mm），本方案为90mm。
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图7 轴箱下部收缩宽度尺寸分析示意图（装用353130B型轴承）
2 改进设计方案
在保持原轴箱、均衡梁组装方式及导框、弹簧配合尺寸不变的条件下，对轴箱、均衡梁进行改造。
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图8 轴箱下部收缩宽度尺寸分析示意图（装用353130X2-2RZ型轴承）
2.1将轴箱下部沿车轴方向的宽度向内对称减小，对顶部鞍面、均衡梁承台进行了局部调整和优化（具体调整见表1，改进后轴箱如图9所示）。
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图9 改进后轴箱三维图
表1 轴箱改进项目表
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2.2将均衡梁端部沿车轴方向的宽度向内对称减小，对腹板、加强板等进行了局部调整和优化（具体调整见表2，改进后均衡梁如图10所示）。
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图10 改进后均衡梁三维图
表2 均衡梁改进项目表
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四 计算情况
1 轴箱强度计算
1.1载荷
1）垂向载荷
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每个轴箱体承受的垂向静载荷：
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=11651.3（Kg）
垂向动荷系数（簧下）：
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=0.31
式中：fj——弹簧当量静挠度，fj=44.2mm
v——车辆最大运行速度，v=80km/h。
每个轴箱体垂向总载荷：PZ=Pj×（1+Kdy）=11651.3×（1+0.31）
=15263.2（kg）
2）斜对称载荷：
Q=2.68×L×K=2.68×1.981×2796= 14844.2（N）
=1513.2（kg）
式中：L——轴颈中心之间的距离，L=1.981m
K——一个轴箱上弹簧组的总刚度，K=2.796KN/m。
3）侧向力及其引起的垂向附加载荷
则每个轴箱体产生的离心力=15263.2×7.5%×9.81=11229（N）
则每个轴箱体产生的风力=A×540pa=2132（N）
4）总载荷
由以上计算可得：
每个轴箱体垂向总载荷=15263.2×9.81+1513.2×9.81=174368（N）
按照《规范》的要求，可能的载荷工况见下表：
表3 载荷工况
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1.2计算结果
计算结果云图中显示的应力为平均应力，单位为Mpa，见下表。
表4 轴箱计算表
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图11 原轴箱应力云图 图12 改进后轴箱应力云图
对原轴箱及改进后轴箱进行了有限元分析（应力云图如图11、图12所示），原轴箱最大应力发生在轴箱与轴承接触位置的边缘处，应力值为143.22MPa，小于ZG20SiMn的许用应力（160 MPa）；改进后轴箱最大应力发生在轴箱与轴承接触位置的边缘处，应力值为136.45MPa，小于B+级钢许用应力（184MPa），满足TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》（以下简称《规范》）的要求。
2 均衡梁强度计算
2.1载荷
按照《规范》的要求，可能的载荷工况见下表：
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由于改造前后所采用的材料均为Q345E，故其第一工况许用应力216Mpa。
2.2 计算结果
计算结果云图中显示的应力为平均应力，单位为Mpa，见下表。
表5 均横梁计算表
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对原均衡梁及改进后均衡梁进行了有限元计算（应力云图如图13、图14所示），原均衡梁最大应力发生在垫板与下盖板连接处，应力值为163.61MPa，小于Q345E的许用应力（216MPa）；改进后均衡梁最大应力发生在垫板与下盖板连接处，应力值为171.33MPa，小于Q345E的许用应力（216MPa），满足《规范》的要求。
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图13 原均衡梁应力云图 图14 改进后均衡梁应力云图
五 结论
1、改进后轴箱、均衡梁与导框、弹簧配合尺寸与原车相同，满足车辆使用要求。
2、改进后轴箱下部向内收缩，能够满足THDS轴温探测外探的要求。
3、强度分析结果表明，改进后轴箱、均衡梁满足《规范》的要求。
论文作者:徐长胜
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30