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某型地铁牵引轨道车车体的强度分析

发布于:2016-07-24 22:20
强度分析

      某型地铁牵引轨道车是一种服务于地铁建设、运营及维护的工程车辆,为无动力的其它地铁车辆提供牵引动力。车体作为机车的承载部件,在运行中承受着较大的垂直载荷、水平及横向冲击载荷,通过车钩为其它车辆提供牵引及制动作用力,因此,车体应有足够的强度及刚度,能够承受在运营过程中各种异常冲击载荷和疲劳强度载荷,满足强度分析设计要求,同时也应满足相关标准的要求。
      1.车体结构特点
      某型地铁牵引轨道车车体采用整体承载结构由底架、侧墙、双司机室,可拆卸顶盖、设备安装台架等焊接而成,组成一个箱形壳体结构,焊接结构全而采用EN 15085标准进行设计、制造及检验。车体同时也采用模块化结构设计,底架采用贯通式中心纵梁、底架左右侧梁三大纵梁及变压器梁、枕梁、端牵引梁三大横梁结构.以使底架有较大的纵向刚度。司机室采用左右侧墙、前墙、顶盖结构,在前墙、顶盖的两侧和司机室前窗上下部设计为较大刚度的箱形结构。在侧墙上部设计了二个较大的纵向箱形梁结构,以使其具有较大的纵向刚度和垂向弯曲刚度。
      车体的结构强度采用EN 12663《铁路应用-铁路车辆车体结构的强度要求》,UIC 566《客车车体及其部件的载荷》,TB/T 1335《铁道车辆强度设计及试验规范》及E RRI-B 12/RP 17《铁道货车》等确定,要求车体两端能承受1 200 kN的静压力和1 000 kN的静拉力,在承受标准规定的司机室保护载荷,纵向、横向、垂向冲击载荷,车体起吊等异常载荷时,车体不会产生永久变形。
      2.车体强度计算分析
      2.1.车体强度计算力学模型
      车体强度计算采用ANSYS大型通用有限元分析软件,对车体的主体结构进行力学建模,由于车体结构不完全对称,采用整车结构模型,主体结构离散为三维壳单元,前/后从板座离散为实体单元,设备质量离散为三维质量单元,二系弹簧悬挂系统离散为三维弹簧单元。车体有限元计算模型由220163个节点和271443个单元组成。牵引轨道车车体强度计算模型如图所示。
      车体结构材料采用Q345B制造,屈服强度为345 MPa,对于材料非焊缝区,材料的许用应力取其屈服强度(345 MPa),对于焊缝区,材料的许用应力取其屈服强度除以1.1(314 MPa)。对于垂向载荷工况和牵引制动工况,安全系数取为1.5,对于各静态载荷工况,安全系数取为1。
      2.2.车体静强度载荷工况
      根据相关标准和车体技术规范要求,对车体进行了16种静强度载荷工况的计算分析。
      1)纵向压缩工况:在端牵引梁车钩中心线高度的后从板上作用1200 kN纵向压缩载荷和1.3g车体及设备质量载纵向5g设备质量冲击载荷。
      2)垂向冲击载荷工况:垂向3g设备质量冲击载荷。
      3)横向冲击载荷工况:1g车体及设备质量载荷,横向1g设备质量冲击载荷。
      4)牵引座冲击载荷工况:牵引座转向架纵向3g冲击载荷和1g车体及设备质量载荷。
      5)单点顶车载荷工况:在车钩托板下而顶起车体,另一端二系簧支撑。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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