緬甸米軌機車車體設(shè)計

安赟+尹相波+郝曉明+林紅

摘 要：主要闡述緬甸米軌機車車體的結(jié)構(gòu)特點和各主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對車體的靜強度進行了分析計算、試驗，驗證了設(shè)計車體鋼結(jié)構(gòu)的強度水平。

關(guān)鍵詞： 米軌機車；車體；結(jié)構(gòu)；強度；有限元；試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.216

1 引言

緬甸機車是適用于米軌的機車車輛，可用于客、貨干線運輸，最高運用速度100km/h，線路狀態(tài)較差且運行環(huán)境濕熱。綜合考慮以上條件，通過合理選用材料，分析車輛載荷，規(guī)劃整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計滿足客戶使用要求的車體鋼結(jié)構(gòu)。

2 車體鋼結(jié)構(gòu)簡介

2.1 車體鋼結(jié)構(gòu)特點

車體為底架中梁承載，內(nèi)走廊式鋼結(jié)構(gòu)；車體上部各室鋼結(jié)構(gòu)與底架鋼結(jié)構(gòu)通過螺栓進行連接。車體設(shè)計壽命為30年；底架前端板與后端板處設(shè)有緊急救援座，兩端端部設(shè)砂箱。采用符合美國“AAR”標準的H型車鉤緩沖裝置（10A輪廓），并單獨提供過渡車鉤，可以實現(xiàn)與MCA-PH車鉤連掛，進行救援或調(diào)車。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

車體主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.3 材料選用

厚度≤ 6mm 的鋼板、壓型梁柱采用符合GB/T4171-2008的Q355GNH高強度耐候鋼；厚度>6mm的板材、型鋼使用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（Q345）符合GB/T1591-2008；所采用不銹鋼材料牌號為06Cr19Ni10，符合GB/T3280-2007。

3 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 總體

緬甸機車車體為底架中梁承載、內(nèi)走廊式結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)見圖1。

車體主要由底架鋼結(jié)構(gòu)和上體鋼結(jié)構(gòu)組成。上體鋼結(jié)構(gòu)依次為Ⅰ端司機室鋼結(jié)構(gòu)、電氣室鋼結(jié)構(gòu)、動力室鋼結(jié)構(gòu)、輔助室鋼結(jié)構(gòu)、Ⅱ端司機室鋼結(jié)構(gòu)，各室均為活動式獨立模塊，便于檢修維護。

底架每側(cè)設(shè)兩組架抬車位，成對稱分布，便于車體抬升；底架兩端端部各設(shè)置兩個吊車座；底架兩側(cè)，在邊梁對稱設(shè)計四個吊車孔，具備整體起吊功能。車體兩端設(shè)排障器，排障器采用鋼板拼焊，與前后端板使用螺栓連接。

3.2 底架鋼結(jié)構(gòu)

底架采用中梁承載結(jié)構(gòu)，是車體主要承載部分。主要由中梁組成、前后端部、邊梁組成、橫梁、旁承梁、鐵地板及吊座組成。中梁組成是車體的承載部位，采用鋼板拼焊成箱型結(jié)構(gòu)，兩中梁之間使用鋼板連接，提高強度和剛度。如圖2所示。前后端部采用鋼板拼焊，并設(shè)計由車鉤箱，以安裝車鉤；車鉤箱區(qū)域設(shè)計雙層腹板，在車鉤箱向枕梁過渡區(qū)，采用大圓弧的“刀把型”結(jié)構(gòu)，以改善集中受力部位的應(yīng)力特性。邊梁采用通長槽鋼，在受力較大部位增焊立板，形成閉合回行梁，提高強度。底架組成后，邊梁預(yù)制上撓值在10-12mm范圍內(nèi)。

旁承梁采用變截面口型梁結(jié)構(gòu)，位于中梁兩側(cè)，連接中梁與邊梁，并未提供安裝接口，便于轉(zhuǎn)向架與車體結(jié)構(gòu)裝配。適當設(shè)計補強板，使結(jié)構(gòu)能滿足各種載荷要求。

3.3 上體鋼結(jié)構(gòu)

上體各室鋼結(jié)構(gòu)均由蒙皮和骨架組焊形成，與底架使用螺栓連接。

電氣室、動力室、輔助室鋼結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置活蓋，便于車內(nèi)設(shè)備的吊裝?；钌w與車頂使用螺栓連接，并采取必要的防水、密封措施。

3.4 車鉤緩沖裝置

采用AAR H型車鉤，車鉤緩沖裝置主要由以下部分組成：AAR H型車鉤、車鉤托板、緩沖器組成、前從板座、后從板座等。

主要技術(shù)參數(shù)

車鉤的靜拉破壞強度 2660kN

行程 55mm

緩沖裝置阻抗力 1200 kN

連掛間隙 2.8±1mm

車鉤水平轉(zhuǎn)角 20?

車鉤垂向轉(zhuǎn)角 6 ?

4 車體強度計算

緬甸機車車體鋼結(jié)構(gòu)采用底架承載，上體之間、上體與底架之間采用螺栓連接。

4.1 有限元模型

采用Catia軟件建立車體3D模型，并采用大型通用分析及處理軟件Hypermesh及Ansys進行有限元分析。車體有限元模型主要采用4節(jié)點SHELL殼單元，附加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及分布位置采用質(zhì)量單元MASS單元等效，并通過RBE3單元或RIGID單元及其相鄰的有限元結(jié)構(gòu)連接。在底架等處較厚的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)的采用六面實體單元模擬。該結(jié)構(gòu)的有限元模型單元總數(shù)為370260，節(jié)點總數(shù)為348710。車體有限元模型見圖3。

4.2 強度評價標準

所有計算工況中，車體最大Von Mises應(yīng)力均不得大于車體部件所用材料的屈服強度。

4.3 計算工況

根據(jù)車輛運行要求，計算工況供6個：垂向載荷工況，縱向壓縮工況，縱向拉伸工況，整體起吊工況，救援工況，雙機牽引工況。

通過計算，得出各工況應(yīng)力云圖。其中，最大應(yīng)力值為297.5MPa，發(fā)生于縱向壓縮載荷工況下中心銷座筋板處，該工況應(yīng)力云圖見圖4。

垂直載荷工況下底架邊梁垂向位移為9.41mm。

計算結(jié)果表明，車體最大應(yīng)力均不超過對應(yīng)材料的屈服強度，底架邊梁垂向位移小于邊梁預(yù)制撓度，滿足靜強度及剛度要求。

5 車體靜強度試驗

為進一步驗證車體強度，對首輛車體鋼結(jié)構(gòu)進行靜強度試驗。

（1）測點布置。檢測點布置依據(jù)為靜強度計算結(jié)果 ，中梁組成檢測點的布置見圖5。（2）試驗工況。試驗項目為垂向均布加載試驗、垂向集中加載試驗、縱向壓縮加載試驗、縱向拉伸加載試驗、扭轉(zhuǎn)試驗、頂車試驗，共6項，分別進行3次。 （3）結(jié)果分析。通過試驗結(jié)果對比分析，車體的強度、剛度與計算結(jié)果基本一致，滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)論

緬甸機車是依據(jù)緬方要求設(shè)計的米軌機車。車體的設(shè)計從選材到結(jié)構(gòu)都充分考慮了當?shù)氐沫h(huán)境、線路特點，并對局部的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計過程中采用仿真分析計算與首車試驗相結(jié)合的方法，保證車體具備良好的強度、剛度，滿足客戶需求。目前，該車已全部交付客戶并已累計運行97萬公里。

參考文獻：

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