某地鐵車輛塞拉門系統(tǒng)短導(dǎo)筒的有限元分析

摘 要：文章概述了國內(nèi)某地鐵車輛客室側(cè)門系統(tǒng)的設(shè)計特點，介紹了塞拉門系統(tǒng)小掛架的優(yōu)化原因。利用ANSYS有限元分析軟件分別建立了改進前及改進后小掛架的有限元模型。分別對兩個模型進行了靜強度分析，結(jié)果表明，優(yōu)化后的下掛架滿足強度要求并且變形量明顯小于優(yōu)化前小掛架。

關(guān)鍵詞：塞拉門；短導(dǎo)筒；有限元；靜強度

引言

客室側(cè)門系統(tǒng)作為地鐵車輛的重要部件在車輛的運營中扮演著非常關(guān)鍵的角色。車輛運行站間距短、運量大的特點決定了客室側(cè)門在頻繁開閉的同時還要隨時承受大客流的沖擊，因而容易導(dǎo)致機械零部件的故障。短導(dǎo)筒作為塞拉門系統(tǒng)完成門板塞拉動作的關(guān)鍵部件，其強度及可靠性直接威脅車門系統(tǒng)運行安全甚至影響地鐵車輛的運營秩序。[1、2]

文章在對塞拉門系統(tǒng)短導(dǎo)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計進行深入研究后，利用ANSYS有線元分析軟件對優(yōu)化前及優(yōu)化后的短導(dǎo)筒進行有限元分析，通過對比分析結(jié)果得出結(jié)論：優(yōu)化后的小掛件靜強度承載能力優(yōu)于優(yōu)化前短導(dǎo)筒。

1 短導(dǎo)筒優(yōu)化說明

客室側(cè)門系統(tǒng)在原既有線車輛客室側(cè)門方案基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。原方案客室側(cè)門門機構(gòu)如圖1所示。優(yōu)化后車輛客室側(cè)門門機構(gòu)如圖2 所示。

圖1 既有線車輛門機構(gòu)

圖2 廣四南延車輛門機構(gòu)

優(yōu)化前的短導(dǎo)筒長導(dǎo)柱中心距離掛架邊緣為7.5mm，優(yōu)化后為23.5mm。優(yōu)化后的短導(dǎo)筒減小了偏載對直線軸承的受力影響，室短導(dǎo)柱受力均勻，運行平穩(wěn)，提高了車門系統(tǒng)運行可靠性。

2 有限元模型

在Solidworks軟件中完成掛架的建模，將三維模型導(dǎo)入到ANSYS有線元分析軟件中。在ANSYS中采用Solid92單元對短導(dǎo)筒進行網(wǎng)格劃分，最大單元尺寸為0.002m。劃分完網(wǎng)格后的模型如圖3、4所示。

圖3 優(yōu)化前短導(dǎo)筒有限元模型

圖4 優(yōu)化后短導(dǎo)筒有限元模型

3 添加約束及載荷

文章分析了門全開和全閉狀態(tài)兩種工況短導(dǎo)筒的靜強度。車門全開時短導(dǎo)筒承受單扇門板重量約為79.5kg，車門全閉時短導(dǎo)筒所承受的垂向載荷很小約為3g。

對兩個有限元模型采用相同的約束條件，如表1所示。

表1 載荷及約束條件

短導(dǎo)筒的材質(zhì)為ZG270，材料參數(shù)見表2。

表2 材料參數(shù)表

4 分析結(jié)果

4.1 優(yōu)化前

工況一：優(yōu)化前短導(dǎo)筒在工況一條件下的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖5、6所示。

優(yōu)化前短導(dǎo)筒的最大變形為0.0186mm，最大變形在掛架下部鎖銷緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為35.8MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/35.8=6.93。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿足強度要求。

工況二：優(yōu)化前短導(dǎo)筒在工況二條件下的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖7、8所示。

優(yōu)化前短導(dǎo)筒的最大變形為0.0516mm，最大變形在掛架下部鎖銷緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為75.9MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/75.9=3.27。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿足強度要求。

工況二條件下的最大應(yīng)力大于工況一條件下的最大應(yīng)力，原因在于掛架下部需要施加鎖緊力以保證長導(dǎo)柱與掛架下部的配合。

4.2 優(yōu)化后

工況一：優(yōu)化后短導(dǎo)筒的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖9、10所示。

優(yōu)化前短導(dǎo)筒的最大變形為0.0102mm，最大變形在掛架下部鎖銷緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為36.3MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/36.3=6.83。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿足強度要求。

工況二：優(yōu)化后短導(dǎo)筒的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖11、12示。

優(yōu)化后短導(dǎo)筒的最大變形為0.0285最大變形在掛架下部鎖銷緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為108MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/108=2.30。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿足強度要求。

5 結(jié)束語

短導(dǎo)筒有線元分析計算結(jié)果對比見表3。

通過表3可以得出：優(yōu)化后的短導(dǎo)筒滿足強度要求，并且在同等載荷條件下變形量明顯減小。

參考文獻

[1]李淑俊.淺談客車塞拉門的原理及應(yīng)用[J].鐵道車輛，2002，5（40）：6-10.

[2]王亮，杜兆波.城軌車輛LS型鎖閉機構(gòu)外掛密封門研究與分析[J].鐵道機車車輛，2012，5（32）：42-47.