和谐电力机车(简称HXD2机车)主要用于中国大秦线牵引2万t重载组合列车。机车可单机牵引1万t，双机远程重联牵引2万t重载列车。目前，该机车已经在大秦线成功运行。由于重载长大列车的纵向冲击很大，所以机车车体的结构设计难度大，强度要求高。HXD2机车车体的强度有限元分析和型式试验与国内既有机车的相应工作相比，有许多不同之处，实际上也从一个侧而反映了HXD2机车车体设计的特点和优势。1)车体两端能承受的纵向载荷是国内所有机车中最大的，即3600 kN的压力和2500 kN的拉力，车体不会产生永久性变形；2)强度计算结果的评价采用了以分项安全系数的细节可靠性设计方法，即对不同部位采用不同的安全系数进行评价；3)在关键部位，利用材料的GOODMAN图进行疲劳强度评价；4)在静强度计算和试验时，对车体底架与司机室连接处、前窗上部、上弦梁位置等处分别按照UIC标准加载进行强度考核；5)基于车体强度的有限元计算，对车上所有安装设备的连接螺栓进行强度计算。下而介绍HXD2机车车体的强度计算和型式试验情况。
      HXD2机车综合采用了UIC.EN.ERRI.TB有关标准及评判准则，进行有限元强度计算和型式试验。强度计算利用ANSYS软件在线弹性、小变形范围内进行结构分析。
      由于车体结构不完全对称，所以一般采用整车模型，部分工况采用半车对称模型计算。整车模型单元总数240432个，节点总数238377个，单元尺寸1090 mm壳单元考虑了板的平均厚度，排障器、可拆卸横梁、连接横梁等用螺栓连接的部件采用节点耦合方式。
      侧墙蒙皮材料采用S275J2G4，275 MPa，车体其它承载结构材料采用S355J2G4，355 MPa。对于所有钢材型号，弹性模量E=210000 MPa，泊松比0.3。
      对于需要校核疲劳强度的载荷工况，焊接区取安全系数为1.65，母材区取安全系数为1.5，绘制相应的Goodman疲劳极限线图。对于抬车工况取安全系数为1.1，压缩工况、拉伸工况、司机室保护工况和极限垂向载荷工况以及牵引杆座拉压工况，取安全系数为1。根据HXD2型机车的合同规定的工况要求，对车体进行了总共12种静态载荷工况的计算分析。
      根据载荷工况及力学模型，得到静载工况的计算结果如下：
      1)压缩工况。最大应力为324(许用应力为355 MPa)，位于工端底架枕梁前端与边梁连接处。2)拉伸工况。最大应力为229 MPa(许用应力为355MPa)，位于工端底架枕梁后端与边梁连接处。3)司机室保护工况I。最大应力为192 MPa(许用应力为355 MPa)，位于司机室前窗框外下角处。4)司机室保护工况II。最大应力为161 MPa(许用应力为355MPa)，位于司机室前端与底架连接处。5)司机室保护工况III。最大应力为204 MPa(许用应力为355 MPa)，位于司机室前窗框上部中间位置。6)排障工况。最大应力为182 MPa(许用应力为355 MPa)，位于两侧斜筋板上。7)极限垂向载荷工况。最大应力为135 MPa(许用应力为355 MPa)，位于侧墙中部过滤器开孔处立柱与外板连接处。8)抬车工况I。最大应力为294 MPa(许用应力为355/1.1=323 MPa)，位于整体起吊孔与底架边梁的加强筋处。9)抬车工况II。最大应力为271 MPa(许用应力为355/1.1=323 MPa)，位于I端内架车垫板上方侧墙立柱与底架连接处。10)抬车工况III。最大应力为271 MPa(许用应力为355/1.1=323MPa)，位于II端侧墙过滤器开口下角处。11)复轨工况I。最大应力为271 MPa(许用应力为355/1.1=323MPa)，位于工端救援销孔上方。12)复轨工况II。最大应力为271 MPa(许用应力为355/1.1=323 MPa)，位于II端救援销孔上方。13)牵引拉杆座拉压载荷工况。施加在车体的牵引拉杆座上的疲劳载荷为53 kN，对应于一个转向架的纵向加速度g。最大应力为230 MPa(许用应力为355 MPa)，位于低位牵引横梁处的底架边梁中加强筋与底架边梁上板连接处。
      在所有计算工况中，最大应力值发生在压缩工况，小于材料许用应力值。所有静态工况计算中，按第四强度理论计算所得的最大应力值均小于规定的相应工况下的材料许用应力值，说明车体的静强度满足设计要求。

                                                                                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
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！