MYH-1200地铁焊轨车车体强度与刚度分析
责任编辑:绿豆鲨     时间:2021-05-29     来源:转载于中国知网
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0 引言

MYH-1200地铁焊轨车是一种适用于广州地铁标准轨距P60钢轨焊接的大型养路机械。该车由车架(体)、动力系统、走行系统、制动系统、液压系统、电气系统、焊接系统等组成,主要功能为在线路上完成钢轨的焊接作业。在车辆的一侧安装有司机室,另一侧安装有一个可移动式的焊机间,平时焊机收放在焊机间,需要作业时,将焊机间的外壳向车内方向移动,然后将焊机起吊、移动至车辆外端,对钢轨进行焊接。

1 有限元建模

由于车辆在地铁线路上运营,对轴重要求较高,不允许超过14t,这给车架的设计带来了一定的困难,需要尽可能多的运用中、薄板,设计出合理的轻量化结构。我们运用大型通用有限元软件ANSYS对车体进行了反复的计算和优化,最终将车架的参数确定为表1所示。

该车属于整车承载,为了保证车体的垂向刚度,我们在建立有限元模型时,将车架部分与侧墙、顶棚、司机室等薄板件一同建模。为了简化,我们将整车的重量以密度的形式加载在整个车体上,这种方式虽然不足够准确,但是在设计阶段,各部分机构没有完全确定的情况下,已足够满足要求,并且这样操作更有利于反复的计算和优化。为了真实有效的模拟车体在各种工况下的受力情况,考虑到车体是由大量的钢板拼焊而成,所以本文选用壳单元进行模拟计算,因为4节点壳单元SHELL181有节点偏置功能选项,因此选用该单元建模非常方便,结果更加准确。该车重量主要是由心盘承载,这类转向架应用范围很广,其心盘处是球铰支撑的,因此如何模拟心盘处的边界条件便成为计算准确与否的关键。

表1 车架的参数Application 创新应用

本次计算,以车架的长度方向为X向,宽度方向为Y向,高度方向为Z向。在心盘处的中心节点直接约束UY,UZ,ROTX,为了避免刚体位移,在其中一个心盘处的中心节点约束UX,两个芯盘处都释放ROTY[1]。有限元模型如图1所示,图中左侧为做了一定简化的司机室一侧,车架端部装有内电车钩;图中右侧为移动式焊机间的一侧,车架端部装有2号车钩。为了安装两种不同类型的车钩,车架两端的牵引梁在设计上也是不同的。

图1 车体有限元模型

2 垂向刚度计算

为了验证车体的垂向刚度,我们首先进行了垂向刚度的计算,其结果如图2所示。由图2(a)我们可以看到,车体垂向变形最大的部分位于顶棚,其变形最大值为9.06mm,但是我们主要关注的是车架部分的垂向变形。因此在去除侧墙、顶棚后的图2(b),我们看到,车体底架,即车架部分垂向变形最大值位于车架中部,其值为2.77mm。TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》[2]中要求整体式承载的车架(体)的垂向变形值应小于其心盘间距的1/900,即本车的垂向变形值应小于11 800/900=13.1mm,所以该车体的垂向刚度很好,满足标准要求。

图2 垂向刚度

3 纵向拉伸及压缩工况计算

根据相关标准,纵向拉伸工况为:1.3倍的垂向载荷+980kN的纵向拉伸力。对于内电车钩,沿车钩中心线作用在从板座上;对于2号车钩,作用于其安装座上。压缩工况与拉伸工况类似,但其纵向压缩力的值为1 180kN。由于我们关心的是车架上的应力分布情况,侧墙、顶棚等薄板件上的应力值较小,因此我们直接观察底架上的应力分布情况,其计算结果分别如图3、图4所示。从图3中我们可以看到,拉伸工况下,车架上应力分布比较均匀,这说明车架上的材料应用比较充分,最大应力点位于2号车钩的安装座处,其值为178.6MPa,由于该处是直接加载力的位置,应力值和实际值不符,去除该位置后,车架上的最大应力值为159.7MPa,位于图中右侧枕梁与工字梁的交界处;而压缩工况最大应力点位于2号车钩的安装座处,其值为213.4MPa,去除该位置后,车架上的最大应力值为193.6MPa,同样位于图中右侧枕梁与工字梁的交界处。

图3 拉伸工况底架上的应力分布情况
图4 压缩工况底架上的应力分布情况

4 结语

经过多次的计算、优化,最终确定的该车车架重量较轻,完全满足地铁轴重的要求;从有限元计算结果来看,该车架(体)的刚度和强度均满足相关标准[2-6],并且都留有较大的安全余量;而该车目前已经在运行使用,一切情况正常。

 

转载于:王晓东,保思敏,李瑛娟,仝晓田,吴磊.MYH-1200地铁焊轨车车体强度与刚度分析[J].电子技术,2021,50(05):90-91.


来源:转载于中国知网

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