淺談動(dòng)車組車下設(shè)備安裝梁的設(shè)計(jì)

張勇軍 孫孝博 田堂冰

摘 要：高速動(dòng)車組車下設(shè)備安裝梁位于動(dòng)車組車下設(shè)備艙內(nèi)，為車下主要設(shè)備提供安裝接口，是車下重要的承載部件。車下安裝梁采用碳鋼材料焊接而成，表面熱浸鋅防腐處理。并通過有限元分析計(jì)算，驗(yàn)證了車下設(shè)備安裝梁的靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)運(yùn)用要求，達(dá)到了高速動(dòng)車組高強(qiáng)度、安全性的需求。

關(guān)鍵字：高速動(dòng)車組;安裝梁;碳鋼;熱浸鋅;有限元

中圖分類號(hào)：U462.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-79-02

1 前言

在鐵道交通行業(yè)，隨著客車速度的不斷提高，輕量已成為現(xiàn)代化客車車輛運(yùn)輸?shù)闹匾獦?biāo)志。要做到輕量、高速，就必須減輕車體自重，采用鋁合金材料是減輕車體自重的有效措施。因此，生產(chǎn)制造鋁合金車體是動(dòng)車組和城市軌道車輛發(fā)展的必然趨勢(shì)^[1]。

車體材料更改為鋁合金后，對(duì)車下設(shè)備安裝梁有了更高的要求。傳統(tǒng)不銹鋼車體的安裝梁結(jié)構(gòu)，第一，車下各型部件的安裝接口較之以前變化很大，無(wú)法滿足鋁合金車體的接口需求，第二，個(gè)別區(qū)域的焊縫結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提高安裝梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

動(dòng)車組車下設(shè)備安裝梁的新型結(jié)構(gòu)正是基于以上原因提出的。

2 安裝梁的設(shè)計(jì)方法

安裝梁設(shè)計(jì)的目的是確保其結(jié)構(gòu)滿足功能的需求，主要分為如下六個(gè)步驟：

（1）根據(jù)車體的C型梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝梁的連接法蘭結(jié)構(gòu)，并提出該連接結(jié)構(gòu)需要的平面度要求。

（2）根據(jù)車下設(shè)備的整體平面布置及設(shè)備的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)安裝梁的主體結(jié)構(gòu)，并在安裝梁上設(shè)置設(shè)備安裝支座。

（3）根據(jù)安裝梁的主體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)裙板骨架、鎖扣板、線槽及接地座的安裝結(jié)構(gòu)。

（4）根據(jù)安裝梁選取的碳鋼材料，選擇熱浸鋅方式進(jìn)行表面防腐處理，并結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置流鋅孔。

（5）在不同的連接位置，設(shè)計(jì)不同的螺栓連接方式，確保連接結(jié)構(gòu)可靠。

（6）將完成設(shè)計(jì)的安裝梁3D模型與車下主要設(shè)備一起運(yùn)用分析軟件進(jìn)行模擬受力分析，如果存在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理處，調(diào)整安裝梁結(jié)構(gòu)使其最終滿足整體設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

3 車下設(shè)備安裝梁的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

車下設(shè)備安裝梁是由底梁1、車下設(shè)備安裝支座2、裙板骨架安裝支架3、鎖扣板支架4、綁線架5、線槽安裝座6、接地座7、連接法蘭8和側(cè)梁9，通過焊接組成整體結(jié)構(gòu)，焊接采用熔透焊接和周圈密封焊接方式，所述材料為碳鋼型材和碳鋼板材，焊接完成后表面采用熱浸鋅方式進(jìn)行防腐處理，并在底梁1、連接法蘭8和側(cè)梁9上增加流鋅孔，避免安裝梁因熱浸鋅受熱變形，如圖1所示。

（2）車下設(shè)備安裝支座為碳鋼板材折彎而成，焊接在底梁上，焊接方式為周圈密封焊接，可使鋅層均勻的浸附在焊縫表面上;支座上設(shè)置有大圓孔，如圖4，在保證螺栓連接強(qiáng)度的同時(shí)，用以吸收設(shè)備尺寸公差和支座自身的尺寸公差。

（3）裙板骨架安裝支架為碳鋼板材折彎而成，焊接在側(cè)梁上，其上設(shè)置有減重孔，可減輕安裝梁重量;其上設(shè)置有長(zhǎng)圓孔，可調(diào)節(jié)裙板骨架安裝公差，如圖5。

（5）綁線架為碳鋼板材折彎而成，焊接在底梁上，其上設(shè)置有長(zhǎng)圓孔，可捆扎綁線扎帶，如圖6。

（4）鎖扣板支架和線槽安裝座為碳鋼C型型材切割而成，分別焊接在側(cè)梁和底梁上，中間留有2mm縫隙，保證鋅液均勻浸入，如圖7。

4 車下設(shè)備安裝梁的計(jì)算結(jié)果

車下設(shè)備安裝梁是由碳鋼型材和碳鋼板材焊接而成，材料為Q345E和Q235，焊接設(shè)計(jì)符合EN15085要求，經(jīng)過有限元分析計(jì)算，安裝梁的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。如圖8，9所示。

5 結(jié)論

文中提出的動(dòng)車組車下設(shè)備安裝梁設(shè)計(jì)方法科學(xué)，技術(shù)先進(jìn)，同時(shí)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足了高速動(dòng)車組高強(qiáng)度、安全性的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 牛得田.鋁合金車體在軌道車輛上的應(yīng)用及展望[J].機(jī)車車輛工藝，2003（3）：1-2.

[2] EN 15085-3： Railway applications - Welding of railway vehicles and components-Part 3： Design requirements.