楊小榮 喻海洋

摘 要：本文主要闡述了鐵路客車車體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要部件結(jié)構(gòu)，同時對車體的靜強(qiáng)度進(jìn)行了仿真計算，計算結(jié)果表明車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時對碳鋼側(cè)墻墻板的焊接提出了新的研究方向。

關(guān)鍵詞：鐵路客車;車體;靜強(qiáng)度;仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.043

1 引言

鐵路客車車體按照結(jié)構(gòu)材料劃分可分為碳鋼車車體、鋁合金車體及不銹鋼車體，目前已經(jīng)有相關(guān)企業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)出碳纖維車體，但仍舊處在研發(fā)試驗階段，距離實際運(yùn)用還有很長的路要走。鐵路客車車體作為承載設(shè)備和乘客的重要載體，其強(qiáng)度及安全性尤為重要。

2 車體結(jié)構(gòu)要求

車輛采用碳鋼車體，為滿足整車軸重要求，車體設(shè)計為整體承載無中梁筒形結(jié)構(gòu)。端部底架需考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，以提高側(cè)門的密封性能。

材料選用主要是耐候鋼，底架邊梁、側(cè)墻上邊梁及頂蓋邊梁均采用普通碳素鋼型鋼，易腐蝕部位采用不銹鋼（如洗手間、廚房等區(qū)域）。車體結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要考慮的是先要滿足車體強(qiáng)度、剛度的要求，盡可能實現(xiàn)等強(qiáng)度或者冗余強(qiáng)度設(shè)計，同時也要考慮到車體制造工藝、防腐性等因素。

3 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 車體結(jié)構(gòu)

整個車體設(shè)計采用模塊化設(shè)計思路，主要由底架、側(cè)墻、車頂、端墻及車鉤緩沖裝置等組成，在車體方案設(shè)計時除考慮總體平面布置等外部接口外，還需對車體各個大部件之間的連接關(guān)系進(jìn)行設(shè)計。側(cè)墻墻板與底架邊梁、端墻墻板與底架緩沖梁連接均設(shè)計成搭接方式，提高整車美觀度。

3.2 底架結(jié)構(gòu)

底架作為車體最重要的部件，不僅僅承擔(dān)著傳遞整車縱向拉伸和壓縮載荷，同時還需要承載底下吊掛設(shè)備及車上設(shè)備及乘客的載荷。底架主要由端部底架、邊梁、橫梁、縱梁、設(shè)備吊座和底架地板組成。底架橫梁的布置根據(jù)各設(shè)備吊掛位置進(jìn)行設(shè)計，需要吊掛設(shè)備位置的底架橫梁采用剛度較大的口型梁結(jié)構(gòu)，其余部位采用U型梁結(jié)構(gòu)，U型梁橫梁及縱梁可以有效的減輕整車重量，同時能為底架地板提供支撐。

3.3 側(cè)墻結(jié)構(gòu)

側(cè)墻結(jié)構(gòu)主要由乙型立柱、乙型橫梁及L型橫梁構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，側(cè)墻上的窗口根據(jù)總體方案布置，窗口四個角區(qū)域容易引起應(yīng)力集中，所以在側(cè)窗窗口四個角設(shè)置有補(bǔ)強(qiáng)塊。側(cè)墻與車頂連接位置設(shè)置上邊梁，上邊梁采用型鋼。側(cè)窗上下橫梁及兩側(cè)立柱為乙型結(jié)構(gòu)，其余橫梁采用L型橫梁可以減重。

3.4 車頂結(jié)構(gòu)

車頂由車頂板、車頂彎梁、車頂縱梁、水箱活蓋和空調(diào)活蓋組成，車頂彎梁為乙型結(jié)構(gòu)，在水箱活蓋和空調(diào)活蓋上焊接有安全吊環(huán)，不僅能吊裝活蓋，同時能保證登頂人員檢修時的安全作業(yè)。兩側(cè)車頂板邊緣直接壓型出雨檐結(jié)構(gòu)，避免了雨水直接沿著側(cè)墻下落而造成的側(cè)墻外側(cè)污跡等問題。

3.5 端墻結(jié)構(gòu)

端墻組成采用骨架蒙皮結(jié)構(gòu)。端墻上布置有登頂扶梯、連接器安裝座以及風(fēng)擋安裝柱組成。在設(shè)置登頂扶梯時需考慮到蹬車人員的舒適性及安全性。

4 車體靜強(qiáng)度及模態(tài)計算

依據(jù)《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范（TB/T 1335-1996）》確定了車體靜強(qiáng)度和模態(tài)分析的載荷條件和評價標(biāo)準(zhǔn)。采用HyperWorks有限元軟件進(jìn)行計算。

計算載荷工況有以下四種：工況1、靜載工況;工況2、壓縮工況;工況3、拉伸工況;工況4、扭轉(zhuǎn)工況。

計算結(jié)果：安全系數(shù)最小值為1.00，工況為縱向拉伸載荷組合工況，位置為側(cè)墻窗角（193.3MPa）。

該車體各個工況及其組合工況下的最大von Mises應(yīng)力均小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的材料的許用應(yīng)力，該車體滿足標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1335的靜強(qiáng)度要求。

5 結(jié)論

通過此客車車體的設(shè)計及強(qiáng)度計算，得出以下結(jié)論：

（1）采用整體框架式端部底架能有效的提高剛度，優(yōu)化了力的傳遞路徑，同時也提高了側(cè)門密封性;

（2）側(cè)墻墻板、端墻板采用塞焊形式，能有效的減小變形，提高了車體整體的美觀性，但后工序仍然需要進(jìn)行調(diào)平處理，后續(xù)將針對側(cè)墻墻板的激光焊接工藝進(jìn)行研究;

（3）本客車車體強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，安全系數(shù)最低位置為側(cè)墻窗角，為了冗余設(shè)計，可以在不影響側(cè)窗安裝條件下適當(dāng)?shù)脑黾友a(bǔ)強(qiáng)板的厚度或者是采用更高強(qiáng)度的鋼板材料。

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作者簡介：楊小榮（1986-），男，湖北荊門人，研究生，工程師，研究方向：軌道車輛車體結(jié)構(gòu)。