FXD3-J型動車組動力車儲油柜的設(shè)計

馮林

摘要：本文介紹了FXD3-J型動車組動力車儲油柜的作用、結(jié)構(gòu)、重要附件和利用ANSYS軟件進行靜強度和疲勞強度的計算過程。

關(guān)鍵詞：儲油柜;吸濕器;液位計;MIG;靜強度;疲勞強度

1? 儲油柜的作用

當(dāng)動力車主變壓器油的體積隨油溫高低而膨脹或縮小時，儲油柜起著調(diào)節(jié)油量、保證主變壓器油箱內(nèi)總是充滿油的作用。

2? 儲油柜的設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計

為達到機車輕量化要求，為軌道車輛節(jié)能環(huán)保做出貢獻，本車型儲油柜柜體和底架的材質(zhì)設(shè)計成鋁合金取代傳統(tǒng)的不銹鋼，重量減輕了三分之二。

焊接方法采用熔化極惰性氣體保護焊（MIG），該方法效率高，成本低，并且電流密度高，電弧在純氬氣的氣流保護下能量集中，焊接熔池和熱影響區(qū)小，形成裂紋的傾向也隨之變小，并能明顯的減小焊接變形，所以特別適合鋁合金儲油柜的批量焊接生產(chǎn)。（表2）

2.2 重要附件

2.2.1 變色硅膠顆粒吸濕器

在柜體上部位置設(shè)置一個變色硅膠顆粒吸濕器，當(dāng)變壓器中油溫降低時，儲油柜內(nèi)的油被吸入變壓器中使柜體內(nèi)油位降低，需要通過吸濕器吸入外部空氣平衡內(nèi)部壓力。吸濕器內(nèi)填充的無鈷變色硅膠顆粒能夠吸收和過濾空氣中部分的水份和灰塵，同時又能通過變潮后顆粒自身顏色變化直觀指示出吸附量，提示機修維護人員更換硅膠顆粒。

2.2.2 自閉式液位指示器

在儲油柜前部位置設(shè)置一個自閉式浮球液位指示器，利用連通器原理，通過玻璃管中的浮球，便可以時刻監(jiān)視儲油柜內(nèi)油量變化。傳統(tǒng)液位計玻璃管遭到損壞后導(dǎo)致變壓器油泄漏，變壓器無法正常工作造成機破，并造成嚴重環(huán)境污染。自閉式液位計兩端設(shè)有自閉截止閥，玻璃管遭到外力損壞后，閥門立即自動關(guān)閉，防止儲油柜中油溢出。

3? 強度計算

利用ANSYS軟件對模型進行靜強度和疲勞強度的計算分析。

3.1 靜強度的計算

靜強度工況載荷為超常載荷，超常載荷參考GB/T 21563—2008《軌道交通機車車輛設(shè)備沖擊和振動試驗》標(biāo)準(zhǔn)取6個方向峰值加速度。結(jié)合儲油柜實際工作狀態(tài)，給出以下超常載荷計算工況，用以考察儲油柜靜強度。其中X軸為機車縱向，Y軸為機車垂向，Z軸為機車橫向。

本計算在靜強度工況評價中，采用第四強度理論導(dǎo)出的等效應(yīng)力σe（又稱Von Mises應(yīng)力）來評價，此等效應(yīng)力不得超過相應(yīng)計算工況的許用應(yīng)力。

靜強度評定采用超常載荷工況，故安全系數(shù)取值1，儲油柜體在靜強度各工況下的許用應(yīng)力為125MPa。

各工況的最大等效應(yīng)力見表5。

3.2 隨機振動疲勞計算

由于疲勞試驗數(shù)據(jù)的離散性，試件的疲勞壽命與應(yīng)力水平間的關(guān)系并不是一一對應(yīng)的單值關(guān)系，而是與成活率P有密切聯(lián)系。存活率P是指對于該條S-N曲線有P的把握認為該材料（零件）是不會破壞的。P-S-N曲線代表了更全面的應(yīng)力-壽命關(guān)系，圖2是根據(jù)《高速動車組鋁合金車體用材基本疲勞性能研究》中的鋁合金P-S-N曲線。隨機三向振動疲勞應(yīng)力值見表6。

根據(jù)圖2存活率P=99%的曲線上查找某一應(yīng)力值可以得到對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)。

橫向隨機振動：1σ應(yīng)力對應(yīng)的N1σ=∞，2σ應(yīng)力對應(yīng)的N2σ=∞，3σ應(yīng)力對應(yīng)的N3σ=∞。

垂向隨機振動：1σ應(yīng)力對應(yīng)的N1σ=∞，2σ應(yīng)力對應(yīng)的N2σ=∞，3σ應(yīng)力對應(yīng)的N3σ=∞。

縱向隨機振動：1σ應(yīng)力對應(yīng)的N1σ=∞，2σ應(yīng)力對應(yīng)的N2σ=1e7，3σ應(yīng)力對應(yīng)的N3σ=3e5。

橫向隨機振動：

Dz=8.9132e5/∞+3.5366e5/∞+0.56507e5/∞=0;

垂向隨機振動：

Dy=8.9132e5/∞+3.5366e5/∞+0.56507e5/∞=0;

縱向隨機振動：

Dx=8.9132e5/∞+3.5366e5/1e7+0.56507e5/3e5=0.2237。

因此D=Dx+Dy+Dz=0.2237<1。

3個方向的總體損傷小于1，說明儲油柜結(jié)構(gòu)滿足疲勞強度要求。

3.3 小結(jié)

根據(jù)GB/T 21563標(biāo)準(zhǔn)的要求對儲油柜進行靜強度計算分析和隨機振動疲勞壽命分析，在靜強度工況下最大應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，表明靜強度滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求;隨機振動3個方向的總體疲勞損傷小于1，表明儲油柜結(jié)構(gòu)疲勞強度滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4? 結(jié)論

儲油柜在變壓器正常運行中起到顯示油位、調(diào)節(jié)油量的作用，它直接關(guān)系到變壓器能否安全、穩(wěn)定、長期運行，F(xiàn)XD3-J型動車組動力車儲油柜結(jié)構(gòu)設(shè)計符合用戶功能性要求，并通過ANSYS分析計算證明，結(jié)構(gòu)強度及疲勞強度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻：

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