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      軌道車輛用架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度分析

      2020-07-15 13:16:56王國靜宋明陽杜建強
      軌道交通裝備與技術(shù) 2020年3期
      關(guān)鍵詞:架車車座板結(jié)構(gòu)

      王國靜 宋明陽 杜建強

      (中車唐山機車車輛有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心 河北 唐山 063035)

      在軌道車輛組裝和檢修時,軌道車輛需要通過架車機將其架起,進行車輛車下部位設(shè)備的安裝和檢修。架車機通常固定在架車地溝兩側(cè),架車機通過液壓機構(gòu)實現(xiàn)軌道車輛的架車功能,完成軌道車輛的上升和下降,進而對軌道車輛車下設(shè)備實現(xiàn)檢修和安裝。軌道車輛在架起時需要架車機支撐在車輛車體底架下部的架車座上。在車體制造時架車座通過焊接的方式焊接在車體底架邊梁下部,根據(jù)軌道車輛的重量及車下設(shè)備的布局排布架車座的位置。由于車體結(jié)構(gòu)的特殊性、車下設(shè)備布置空間大小以及車輛段空間等諸多結(jié)構(gòu)、空間操作等問題,會出現(xiàn)無法架車的情況,這就需要一種特殊的轉(zhuǎn)接機構(gòu),在保證經(jīng)濟實惠、操作方便且不改變架車機和車體結(jié)構(gòu)的前提下,快速方便地實現(xiàn)架車,這種轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)就是架車座轉(zhuǎn)接板。

      1 架車座結(jié)構(gòu)及其材料機械性能

      根據(jù)軌道車輛及架車機結(jié)構(gòu),對架車座進行全新結(jié)構(gòu)設(shè)計,滿足軌道車輛使用要求。此架車座由架車座面板和架車座支架兩部分組成(見圖1);分別由鋁合金板材加工而成,所使用的鋁合金材料密度為2 700 kg/m3,彈性模量為71 000 MPa,泊松比為0.33,力學(xué)性能如表1所示。

      為加大架車座與接觸面的摩擦,架車座面板接觸面設(shè)計成凹凸槽的形式。架車座支架通過與車體底架邊梁的高度確定自身的高度。架車座支架通過鋁合金板材焊接而成,中間的筋板加工成?40 mm的通孔,用于穿過軸銷,實現(xiàn)繩索固定軌道車輛的功能。架車座工作環(huán)境在車下,在設(shè)計時將架車座支架上面設(shè)有?5 mm排水孔,用于架車座內(nèi)部水、氣的排出,保護并延長架車座的使用壽命。

      圖1 架車座結(jié)構(gòu)示意圖

      表1 材料的力學(xué)性能

      2 架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)分析

      架車座需要兼顧架車機和車體架車座,為滿足軌道車輛架車工況的強度要求,架車座轉(zhuǎn)接板采用Q235B材質(zhì),根據(jù)架車機中心銷和車輛架車座中心孔間距,在架車座轉(zhuǎn)接板上設(shè)計2個孔狀連接點,用于連接架車機和車輛架車座(架車座轉(zhuǎn)接板孔徑大小可根據(jù)架車機實際情況進行設(shè)計)。架車座孔徑大小設(shè)計成深度9 mm、孔徑?40 mm的凹孔,用于與架車機連接,而高度20 mm、孔徑?46 mm的凸臺用于連接車輛的架車座,架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)如圖2所示。架車座轉(zhuǎn)接板與軌道車輛車體底架邊梁的連接如圖3所示。

      圖2 架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)示意圖

      圖3 架車座轉(zhuǎn)接板連接示意圖

      3 架車座轉(zhuǎn)接板仿真強度計算分析

      根據(jù)軌道車輛架車工況進行三維實體模型建立架車相應(yīng)結(jié)構(gòu)的中面線框,建立與之對應(yīng)的有限元分析所需的架車三維中面模型。

      首先,在Pro/E中建立架車的三維模型;其次,在Hypermesh中劃分單元網(wǎng)格;再依據(jù)EN 12663-1:2010《鐵道應(yīng)用—軌道車身的結(jié)構(gòu)要求》確定仿真參數(shù)和仿真工況。最后,利用ANSYS軟件自帶的ABAQUS求解器進行求解,仿真過程如圖4所示。

      圖4 仿真分析流程

      3.1 建模

      使用HyperMesh軟件對架車機和架車座轉(zhuǎn)接板三維模型進行建模及網(wǎng)格劃分,采用ABAQUS進行求解計算,有限元模型如圖5所示。

      3.2 材料參數(shù)

      架車機轉(zhuǎn)接板選用強度較高的碳鋼材質(zhì)。有限元模型中架車座轉(zhuǎn)接板材料為Q235B,楊氏模數(shù)為206 MPa,泊松比為0.3,屈服強度為235 MPa。

      3.3 計算工況

      車體計算載荷中垂向載荷:最大垂載工況下重量為60 t,軸重:10 t。轉(zhuǎn)向架重量:動力轉(zhuǎn)向架5 t、拖車轉(zhuǎn)向架4 t。

      該軌道車輛共設(shè)置8個架車點,根據(jù)軌道車輛承受的載荷要求,車輛在抬車過程中轉(zhuǎn)接板要承受5.3 t載荷,參照EN 12663-1: 2010《鐵路應(yīng)用-軌道車輛結(jié)構(gòu)強度要求》,考慮抬車過程中1.1倍的動荷系數(shù),計算最大承受的載荷為5.83 t,加載和約束如圖6所示,載荷施加在轉(zhuǎn)接板相應(yīng)區(qū)域,約束架車機位置。

      圖5 有限元模型 圖6 載荷與約束示意圖

      3.4 計算結(jié)果分析

      在垂向5.83 t載荷作用下,架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為80.64 MPa,位于軸銷邊部,如圖7所示,最大應(yīng)力小于材料本身的屈服強度235 MPa,架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)完全滿足強度要求。

      圖7 架車座轉(zhuǎn)接板應(yīng)力云圖

      通過對架車座轉(zhuǎn)接板工作載荷下的強度仿真分析可知,架車座轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為80.64 MPa,位于軸銷邊部,最大應(yīng)力遠遠小于材料屈服強度235 MPa,轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)滿足強度要求。

      4 結(jié)論及意義

      通過架車座轉(zhuǎn)接板的轉(zhuǎn)接,實現(xiàn)了軌道車輛的架車功能。這種增加轉(zhuǎn)接裝置的方式,省時省力,成本低廉,沒有對現(xiàn)有架車機設(shè)備和架車座結(jié)構(gòu)進行繁瑣的改造,更重要的是通過轉(zhuǎn)接方式的連接有效實現(xiàn)軌道車輛架車滿足后期車下設(shè)備組裝和檢修工作。此轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)簡單,通用性強,加工方便。架車座轉(zhuǎn)接板可采用厚板材進行一次性加工,同時也可采用適中的薄板拼焊而成,板材原材料豐富?!?/p>

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