離心通風(fēng)機整體結(jié)構(gòu)沖擊振動強度分析

曹海蘭 張碩

摘要：為考察HXD2B通風(fēng)機的強度和振動是否符合使用要求，運用Catia軟件建立了通風(fēng)機整機的三維實體模型，導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件中，通過國際電工委員會IEC 61373—2010規(guī)定的沖擊和振動試驗，對其實際應(yīng)力狀況進行了隨機振動和沖擊強度分析計算，得到通風(fēng)機結(jié)構(gòu)橫向、縱向、垂向沖擊應(yīng)力圖，其最大應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電機材料的屈服強度，不發(fā)生塑性變形，通風(fēng)機結(jié)構(gòu)滿足沖擊振動強度要求。

關(guān)鍵詞：激勵載荷;激勵工況;沖擊振動強度

0 ? ?引言

機車運行速度的不斷提升，對機車的關(guān)鍵組成部分（通風(fēng)機結(jié)構(gòu)）的動強度提出了更高的要求。為了使機車能夠安全快速運行，必須保證通風(fēng)機結(jié)構(gòu)在沖擊振動隨機載荷作用下的動強度滿足要求，不發(fā)生塑性變形。因此，對通風(fēng)機結(jié)構(gòu)進行沖擊振動分析非常必要[1]。

1 ? ?沖擊振動強度理論分析

沖擊試驗?zāi)康氖悄M使用過程中的偶然情況，對被試設(shè)備施加一系列持續(xù)時間為D、峰值為A的單個半正弦脈沖加速度（圖1），施加的加速度載荷量級很高，可以驗證被試設(shè)備是否滿足極限工況的要求[2]。為了使被試設(shè)備從共振效應(yīng)中恢復(fù)，2次沖擊之間應(yīng)相隔足夠長的時間。應(yīng)對被試設(shè)備施加18次沖擊（3個正交平面上正向和反向各3次）。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1類A級車體安裝設(shè)備的垂向、橫向和縱向沖擊加速度幅值A(chǔ)分別為30、40、50 m/s2，標(biāo)稱持續(xù)時間D均為30 ms。取圖1中積分時間1.5D進行計算，總仿真時間為30 ms，時間步長取5×10-4 s。由于通風(fēng)機在橫向和縱向是對稱結(jié)構(gòu)，可對這兩個方向僅施加正向沖擊，而對垂向分別施加正向和反向沖擊。

圖2是對通風(fēng)機各方向施加沖擊時最大應(yīng)力的變化曲線，可以看出，由于慣性力和阻尼作用的影響，雖然4個方向的沖擊都是在15 ms時達(dá)到最大加速度，但最大應(yīng)力值并不是一定出現(xiàn)在15 ms時。

2 ? ?有限元數(shù)值仿真分析

圖3是橫向正向沖擊應(yīng)力值最大時刻（t=15.5 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在電機前蓋上，最大應(yīng)力值為19.43 MPa。圖4是縱向正向沖擊應(yīng)力值最大時刻（t=17.5 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在電機前蓋上，最大應(yīng)力值為24.907 MPa。圖5（a）是垂向正向沖擊應(yīng)力值最大時刻（t=13.5 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在補強筋上與進風(fēng)口連接的位置，最大應(yīng)力值為9.683 3 MPa。圖5（b）是垂向反向沖擊應(yīng)力值最大時刻（t=15 ms）的受力情況，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在補強筋上與進風(fēng)口連接的位置，最大應(yīng)力值為17.383 MPa?？梢?，這些最大應(yīng)力均位于電機安裝盤的加強筋板尖端位置上，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電機材料的屈服強度，不發(fā)生塑性變形，故風(fēng)機滿足沖擊振動強度要求。

3 ? ?結(jié)論

（1）根據(jù)IEC 61373—2010[3]規(guī)定的A級沖擊和振動載荷，采取時域動力學(xué)方程求解，由沖擊響應(yīng)分析結(jié)果得知：在垂向沖擊載荷作用下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為17.383 MPa，在橫向沖擊載荷作用下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為19.43 MPa，在縱向沖擊載荷作用下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為24.907 MPa，遠(yuǎn)小于材料屈服應(yīng)力，滿足強度要求;

（2）采用三維軟件進行建模，利用有限元進行通風(fēng)機結(jié)構(gòu)的沖擊振動強度分析，得到結(jié)構(gòu)在隨機載荷下的應(yīng)力響應(yīng)，為通風(fēng)機結(jié)構(gòu)的沖擊振動強度分析提供了工程實用方法。

[參考文獻]

[1] 李曉峰，楊波，顏楷晨.動車組吊裝設(shè)備隨機載荷下振動疲勞壽命分析[J].鐵道機車與動車，2019（12）：22-25.

[2] 李成輝.振動理論與分析基礎(chǔ)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2015.

[3] Railway applications-Roll-

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收稿日期：2020-07-13

作者簡介：曹海蘭（1988—），女，陜西商洛人，講師，研究方向：機械設(shè)計與制造。