160?km動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組控制車(chē)蓄電池箱結(jié)構(gòu)分析

田雪嬌 王野

[摘? ? 要]蓄電池是軌道車(chē)輛輔助系統(tǒng)中的重要元件，它主要在列車(chē)系統(tǒng)故障的情況下為緊急通風(fēng)、應(yīng)急照明、門(mén)控和門(mén)驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等提供應(yīng)急備用電源。應(yīng)急電源在車(chē)輛故障時(shí)有著重大影響，由此可見(jiàn)承載蓄電池的設(shè)備—蓄電池箱的結(jié)構(gòu)可靠性對(duì)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)也起著至關(guān)重要的作用。文章介紹160 km（鼓型車(chē)）動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組蓄電池箱結(jié)構(gòu)分析，對(duì)同類(lèi)型軌道車(chē)輛蓄電池箱設(shè)計(jì)具有良好的參考意義。

[關(guān)鍵詞]控制車(chē);蓄電池箱;結(jié)構(gòu)

[中圖分類(lèi)號(hào)]U260.14 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–00–03

Structural Analysis of Battery Box of 160 Km Power Centralized EMU Control Vehicle

Tian Xue-jiao，Wang Ye

[Abstract]Storage battery is an important component in the auxiliary system of rail vehicles. It mainly provides emergency standby power supply for emergency ventilation， emergency lighting， door control and door drive， control system and passenger information system in case of train system failure. Emergency power supply has a significant impact in case of vehicle failure. It can be seen that the structural reliability of battery box， the equipment carrying battery， also plays a vital role in vehicle operation. This paper focuses on the structural analysis of the battery box of 160 km （drum car） power centralized EMU， which has a good reference significance for the design of the battery box of the same type of rail vehicle.

[Keywords]control vehicle; battery box; structure

根據(jù)直流系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓制式，一般分為DC24 V蓄電池箱、DC48 V蓄電池箱、DC110 V蓄電池箱。根據(jù)蓄電池箱結(jié)構(gòu)，一般分為推拉式蓄電池箱、非推拉式蓄電池箱。根據(jù)蓄電池箱材料，一般分為耐候鋼蓄電池箱、不銹鋼蓄電池箱。蓄電池箱一般由外箱、小車(chē)及軌道（推拉式蓄電池箱）、托盤(pán)、箱門(mén)、拉鏈、鉸鏈銷(xiāo)、銷(xiāo)軸、開(kāi)口銷(xiāo)、鎖緊絲桿、溫度傳感器安裝座及籠式彈簧接線(xiàn)端子（設(shè)置溫度傳感器的蓄電池箱）、接地標(biāo)識(shí)、防開(kāi)銷(xiāo)、門(mén)密封條、四角鎖（配套四角鎖鑰匙）、銘牌、票插、檢修牌、阻燃PP板等組成。160 km（鼓型車(chē)）動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組控制車(chē)蓄電池箱為DC110 V推拉式不銹鋼蓄電池箱。

1 蓄電池箱結(jié)構(gòu)介紹

160 km動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組蓄電池箱產(chǎn)品屬于車(chē)下懸掛系統(tǒng)配件，使車(chē)輛美觀(guān)的同時(shí)，對(duì)其他車(chē)下件有防護(hù)、保護(hù)作用。蓄電池箱由外箱組成、內(nèi)箱組成、控制箱、門(mén)組成等部分組成，如圖1所示。各部件保證蓄電池箱在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的安全和穩(wěn)定。

2 技術(shù)要求

2.1 材質(zhì)要求

蓄電池箱所用板材和型材厚度≤10 mm的均采用不銹鋼（06Cr19Ni10）。箱體框架材料采用厚度不小于4 mm的鋼板制作，箱體蒙皮采用厚度不小于2 mm的鋼板制作，吊耳采用厚度不小于8 mm的鋼板制作。材料應(yīng)符合GB/T 3280—2015《不銹鋼冷軋鋼和鋼帶》的規(guī)定。蓄電池箱內(nèi)所使用的緊固件、開(kāi)口銷(xiāo)及外部緊固裝置材質(zhì)均為不銹鋼。

2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)要求

蓄電池箱箱體及箱門(mén)之間固定后，不應(yīng)有松動(dòng)、錯(cuò)位現(xiàn)象。蓄電池箱內(nèi)部元器件應(yīng)方便正常操作，并便于安裝與維護(hù)。蓄電池箱箱體應(yīng)在滿(mǎn)足最大的容納空間基礎(chǔ)上保證足夠的強(qiáng)度，蓄電池箱采用框架式結(jié)構(gòu)。

小車(chē)與箱體之間應(yīng)有橫向及縱向的緊固機(jī)構(gòu)，防止列車(chē)運(yùn)行中小車(chē)及蓄電池晃動(dòng)及磕碰。蓄電池與托盤(pán)間縫隙采用阻燃PP板或類(lèi)似阻燃材料進(jìn)行填充。

蓄電池箱托盤(pán)采用玻璃鋼材料，底部設(shè)置排水口，至排水口中心應(yīng)有3～5 mm的坡度。托盤(pán)表面應(yīng)平整，對(duì)角線(xiàn)之差不大于3 mm，厚度應(yīng)均勻且不小于2 mm。托盤(pán)彎曲強(qiáng)度不小于80 MPa。

推拉式蓄電池箱，拉出（推入）小車(chē)時(shí)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)順暢靈活，用不超過(guò)300 N的拉力（推力）即可拉出（推入）裝載蓄電池的小車(chē)。

蓄電池箱應(yīng)設(shè)置通風(fēng)裝置以滿(mǎn)足蓄電池所需通風(fēng)量要求。

3 通風(fēng)量計(jì)算

DC110 V蓄電池為排氣式鎳鎘蓄電池。DC110 V蓄電池箱由一位側(cè)蓄電池箱和二位側(cè)蓄電池組成。為保證電池箱上設(shè)置通風(fēng)裝置以滿(mǎn)足蓄電池所需通風(fēng)面積的要求，需要對(duì)蓄電池箱需要最小通風(fēng)面積及電池箱上設(shè)計(jì)通風(fēng)面積進(jìn)行計(jì)算，并驗(yàn)證電池箱上設(shè)計(jì)通風(fēng)面積是否滿(mǎn)足蓄電池箱需要最小通風(fēng)面積要求。箱體上部開(kāi)孔面積遠(yuǎn)大于通風(fēng)罩板的開(kāi)孔面積，因此計(jì)算罩板通風(fēng)口面積即可。箱體通風(fēng)罩板如圖2所示。

每個(gè)通風(fēng)板的通風(fēng)面積S=12×0.75×2=18 cm2，因每個(gè)箱體上設(shè)有2個(gè)通風(fēng)板，則每個(gè)箱體通風(fēng)總面積S總=18×2=36 cm2。66711F03-0D74-433B-951E-E1B68CF413F7

即每個(gè)蓄電池箱體上設(shè)置的通風(fēng)孔面積36 cm2大于蓄電池廠(chǎng)家提供的蓄電池箱需要最小通風(fēng)面積為32.76 cm2，滿(mǎn)足技術(shù)要求。

4 強(qiáng)度計(jì)算

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 12663-1：2010《鐵路應(yīng)用-鐵路車(chē)輛車(chē)體的結(jié)構(gòu)要求第1部分：機(jī)車(chē)和客運(yùn)車(chē)輛》，對(duì)時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車(chē)組控制車(chē)蓄電池箱進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，為蓄電池箱的安全性提供理論依據(jù)。

蓄電池箱外形尺寸長(zhǎng)1504 mm、寬580.5 mm、高681.5 mm，箱體重量約為270 kg。箱中包括兩組蓄電池組，每組蓄電池總重約180 kg。蓄電池箱在蓄電池安裝完畢后，重心應(yīng)該位于其幾何中心處。

蓄電池箱整體材料采用不銹鋼06Cr19Ni10。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 12663，參考材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T3280—2015《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》，安全系數(shù)S取1.15。材料06Cr19Ni10屈服強(qiáng)度按照205 MPa，許用應(yīng)力178 MPa計(jì)算。

計(jì)算采用HyperMesh進(jìn)行前處理，應(yīng)用分析軟件ANSYS進(jìn)行計(jì)算。模型采用的是殼體單元，電池組采用質(zhì)量單元并由剛性元懸掛于箱體上。蓄電池箱體結(jié)構(gòu)規(guī)模為792 079單元和635 618個(gè)節(jié)點(diǎn)。整體有限元模型如圖3所示。圖4為施加質(zhì)量單元情況，圖5為電箱吊裝處施加約束情況，約束加在吊耳安裝孔板上。

按照標(biāo)準(zhǔn)EN 12663的要求，在有限元計(jì)算中將表1中加速度載荷進(jìn)行組合，表2為其組合工況列表。

計(jì)算結(jié)果分析：根據(jù)各個(gè)組合工況的作用計(jì)算箱體的靜強(qiáng)度，在各組合工況作用下蓄電池箱各部分小于相應(yīng)材料的許用應(yīng)力，滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

5 振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 21563—2018中I類(lèi)A級(jí)要求，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境氣候條件下，工況為安裝電池情況下（電池允許用相同形狀及種類(lèi)的其他材料代替），模擬長(zhǎng)壽命振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、功能性隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)過(guò)程。試驗(yàn)前，模擬實(shí)車(chē)安裝，用壓板、螺桿將帶有實(shí)物的夾具安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上;試驗(yàn)中，共安裝了4個(gè)加速度計(jì)，振動(dòng)試驗(yàn)使用加權(quán)平均控制方法，沖擊試驗(yàn)采用單點(diǎn)控制方法。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)束后，樣品狀態(tài)如圖6所示。蓄電池箱外觀(guān)無(wú)明顯變形，結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)械性損傷;緊固螺栓無(wú)松動(dòng)、脫落;零部件無(wú)松動(dòng)、脫落;各焊縫未開(kāi)裂;門(mén)鎖能正常打開(kāi)、鎖緊;軌道小車(chē)能正常抽出、推回，無(wú)異常噪聲，動(dòng)作順暢。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)160 km（鼓型車(chē)）動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組控制車(chē)蓄電池箱結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，要通過(guò)大量的理論計(jì)算、試驗(yàn)驗(yàn)證蓄電池箱結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足軌道車(chē)輛的技術(shù)要求及使用需求。目前，推拉式蓄電池箱結(jié)構(gòu)已廣泛用于軌道車(chē)輛，該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，便于后續(xù)列車(chē)服役過(guò)程中進(jìn)行檢查及維修。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵路應(yīng)用-鐵路車(chē)輛車(chē)體的結(jié)構(gòu)要求第1部分：機(jī)車(chē)和客運(yùn)車(chē)輛：EN 12663-1—2010[S].

[2] 軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)：GB/T21563—2018[S].66711F03-0D74-433B-951E-E1B68CF413F7