冷彎C型鋼在25型車中的應(yīng)用

王智群+李志申+賈志言

摘要：鑒于25型車車頂碼吊繁多，車間操作容易出現(xiàn)錯誤，現(xiàn)采用冷彎C型鋼統(tǒng)一布置在車頂上，來代替吊碼。針對冷彎C型鋼焊接在車頂進行有限元分析，驗證C型鋼在車頂中的可行性。

關(guān)鍵詞：車頂 冷彎C型鋼 有限元分析

1 前言

25型客車車頂作為車內(nèi)設(shè)備件的載體，其上需要大量的吊座、槽座、連接碼、載絲等用于安裝內(nèi)飾車頂板、給水送風(fēng)設(shè)備，電氣設(shè)備等，由于這些碼、吊、座、載絲型式各不相同，給車體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造以及模塊化設(shè)計增加了很大的難度。根據(jù)國際國內(nèi)25型車市場需求，為滿足公司精品25型車生產(chǎn)線車體技術(shù)研制的需要，采用冷彎C型鋼取代車頂附件，采用過渡連接件-滑塊連接車體結(jié)構(gòu)和組裝設(shè)備件，在滿足結(jié)構(gòu)功能前提下，減少車體結(jié)構(gòu)的制造工序，提高車體結(jié)構(gòu)制造精度和制造質(zhì)量，減少組裝工序的返工和配裝，提高組裝工序的裝配精度和生產(chǎn)效率，提高公司25型車生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足鐵路客車新造市場的需求。

2 冷彎C型鋼結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

2.1 C型鋼斷面尺寸

理論分析冷彎C型鋼的慣性矩等力學(xué)性能指標(biāo)和斷面參數(shù)的關(guān)系，根據(jù)25型車負載大小確定冷彎C型鋼的斷面型式，完成冷彎C型鋼的設(shè)計且根據(jù)C型鋼的自重以及所需要的吊重，最終確定C型鋼的斷面尺寸，C型鋼材質(zhì)為冷軋耐候鋼板2.5- Q310NQL2。斷面如圖1：

2.2 C型鋼安裝

確定C型鋼安裝方式及安裝位置。C型鋼的安裝是通過與車頂縱梁采用段焊方式連接。連接方式見圖2。

C型鋼的安裝位置，需要根據(jù)環(huán)控系統(tǒng)的風(fēng)道位置及車電系統(tǒng)設(shè)備來確定。最終確定安裝距離，C型鋼的縱向中心到車頂中心的距離為730mm，且車頂兩側(cè)是對稱結(jié)構(gòu)。具體見圖3

3 C型鋼有限元分析

3.1 計算模型

車頂滑槽采用Hypermesh軟件進行有限元建模，其結(jié)構(gòu)主要采用SHELL181為主的殼單元，對段焊部分用剛性元進行模擬，滑塊主要起到承擔(dān)負載和鏈接滑槽的作用，因此在計算中負載質(zhì)量（30kg）由質(zhì)量單元進行模擬，起連接作用的滑塊由剛性元替代。具體有限元離散圖見圖4所示。

3.2 計算結(jié)構(gòu)分析

針對板厚為2.5mm的C型槽（滑槽）進行有限元計算，得出不同工況對應(yīng)的靜強度結(jié)果如表1所示。

由表3可以看出，C型槽在各個載荷工況作用下其最大應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力194Mpa，故均滿足強度要求。

3.3焊縫應(yīng)力結(jié)果分析

焊接質(zhì)量在車體鋼結(jié)構(gòu)中，起著至關(guān)重要的作用，焊接質(zhì)量的好壞決定著焊縫的疲勞強度。焊接標(biāo)準(zhǔn)采用的是EN15085，按此標(biāo)準(zhǔn)來校核冷彎處圓角焊接技術(shù)疲勞強度。

焊縫區(qū)域應(yīng)力如圖5所示。

4 結(jié)論

本文主要是完成冷彎C型鋼的設(shè)計以及配套滑塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并研究其承載能力，研究滑塊布置和負載的關(guān)系，通過焊接試件和承載試驗完成對冷彎C型鋼靜強度、疲勞強度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的校核，形成完整的技術(shù)體系。研究在車體結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，研究冷彎C型鋼取代車頂上的吊座、槽座、連接碼、載絲等附件。通過項目實施，可以提高車頂結(jié)構(gòu)的模塊化程度，簡化車頂結(jié)構(gòu)的沖壓下料工序，降低鋼結(jié)構(gòu)制造精度對車輛組裝工序的影響，提高組裝工序的裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從而提高公司25型客車產(chǎn)品的市場競爭力。

參考文獻：

1. TB/T 1335-1996，《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》[S]

2.TB/T1979-2014，《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼訂貨技術(shù)條件》[S]