动车组设备舱整体强度分析

《装备制造技术））２ｏ１５年第１０期　动车组设备舱整体强度分析　于庆斌　（长春轨道客车股份有限公司，吉林长春１３００６２）　摘要：设备舱是动车组非常重要的组成部分。为保证设备舱在各种环境中的静强度满足运用要求，在考虑不同工况的　气动载荷的情况下，采用数值模拟的方法，对某型动车组的设备舱进行整体强度分析，为设备舱结构设计和安全运行提　供依据和参考。　关键词：动车组；设备舱；整体强度；安全分析。　中图分类号：Ｕ２６６．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１５）１０—０２３７—０３　随着我国高速铁路大面积的快速发展，列车的运　２模型的建立　行环境趋于复杂多变，尤其是兰新二线的开通，动车　组各部件必须有足够的结构强度才能保障动车组的　采用大型通用的有限元分析软件Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ建　正常运用，满足列车的运行需要。设备舱是动车组的　立设备舱结构有限元模型，其纵向为　轴，横向为ｙ　一个非常重要的组成部分。为保证设备舱在兰新二线　轴，垂向为ｚ轴，对裙板、支架、底板等结构采用壳单　等各种环境中静强度满足运用要求，本文参考了ＴＢ／　元ｓｈｅｌｌ８１进行离散，在保证网格质量的前提下，为减　Ｔ１３３５《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》ｌｌｌ和　小网络整体数量，采用５～３０ｍｍ划分网格【３１。设备舱　ＩＥＣ６１３７３《铁道车辆设备冲击和振动试验标准》嘲，同　有限元模型如图１所示。　时考虑不同工况的气动载荷，采用数值模拟的方法，　以某型动车组为例，对设备舱进行整体强度分析，为　设备舱结构设计和安全运行提供参考。　１设备舱简介　图１设备舱有限元模型　该动车组设备舱主要由支架、裙板、底板、端板　及通过台下部导流罩等组成，其主要作用是保护车　３边界条件及计算工况　下设备，利于设备换热，减小空气阻力，改善列车运　行过程中的空气动力学性能。设备舱整体为长弧箱　形对称结构，根据车下设备布置，将设备舱分成若干　设备舱支架通过螺栓固定在车体底架上，设备　舱裙板通过裙板锁固定在车体底架两边，因此对设　个不同大小的舱室，每个舱室，通过裙板的通风格栅　备舱裙板锁的锁孑Ｌ和支架螺栓孔处的节点进行完全　及端板的开口形成空气对流，满足设备的换热需求。　约束。参考ＴＢ／Ｔ１３３５（（铁道车辆强度设计及试验鉴定　整个设备舱通过支架、裙板与车体底架相连接，　规范》＿ｌＪ和ＩＥＣ６１３７３（（铁道车辆设备冲击和振动试验　支架采用铸铝横梁整体结构，通过螺栓与底架联接；　标准》『２１，并考虑设备舱在各向的冲击和气动载荷作　裙板为铝板铆接结构，设有迷宫式通风格栅，通过容　用，设置工况如下：　易开关的锁结构与车体联接；底板为玻璃钢泡沫复　（１）垂向载荷　合结构，通过螺栓与支架联接，并通过销轴与裙板联　接。整个结构以方便安装、拆卸及利于车下设备的检　修为基本设计原则。　工况一：垂向惯性力１ｇ（注：ｇ代表重力加速度）　（２）纵向载荷　工况二：纵向惯性力５ｇ和垂向惯性力ｌｇ；　收稿日期：２０１５—０７—１１　作者简介：于庆斌（１９７１一），男，辽宁省庄河市人，大学本科，高级工程师，研究方向：动车组、机车车辆。　２３７　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．１０，２０１５　’　工况三：横向惯性力３ｇ和垂向惯性力１　；　工况四：垂向惯性力　．　（４）复合工况　工况七：横向ｌｇ，垂向１．５ｇ，自重ｌｇ，加１线气动　（３）气动载荷　载荷复合工况；　主要考虑两类气动载荷对设备舱的影响：①列车　工况八：横向ｌｇ，垂向１．５ｇ，自重１ｇ，加２线气动　在１线，有挡风墙时，不同车速和风速下设备舱周边产　载荷复合工况。　生的气动载荷；②列车在２线，有挡风墙时，不同车速　和风速下设备舱周边产生的气动载荷（注：ｌ线为远离　４评估标准　挡风墙侧的线路，２线为靠近挡风墙侧的线路。）　根据《铁路运专线技术管理办法》中关于动车组　列车遇大风行车限速的规定及大风管理办法建议　设备舱各部位使用材料及其特性如表３所示。　表３设备舱各部位使用材料及其特性　稿，选取以下工况对设备舱进行考核如表１所示。　表１设备舱考核选取的工况　根据对设备舱内的流场分析，对设备舱纵向等　距选取６个截面监测设备舱内外压差，如图２所示。　每个截面按周向取９个位置位置来监测内外压差，　设备舱两侧裙板从上到下分别设置３个数据监控　点，底板上对称设置３个监控点。将每个截面上９个　位置的监测的内外气动压力求差值（内压减外压），　若为正值，则说明压力方向朝向设备舱外侧，若为负　值，则相反。　截面６截面５截面４截面３截面２截面１　设备舱　变流器　图２设备舱内外压差数据采集图　通过计算和对比分析，组合的气动载荷要比各　工况下的气动载荷要恶劣。故只取１线和２线的组　合最大值作为计算的气动载荷，标定位工况五和工　况六，同时这两个工况都包含垂向气动载荷１　如表　２所示。　表２工况五及工况六标定数值　２３８　根据相关标准，各工况下Ｖｏｎ　Ｍｉｓｅｓ应力以所用　的材料屈服强度来评定，其等效应力最大值不能超　过对应材料的屈服强度值。　５计算结果与分析　设备舱有限元模型见图１，模型纵向长度为　１５　０１８，横向宽度为３　１２４，有限元模型中单元总数　为９６６　０８５，节点总数为１　０１２　４０３ｔａｊ。　按上述八个工况对设备舱加载进行强度计算，　加载情况效果图见图３．　…　…　２ｍ　１１３Ｒ￣３１０Ｅ』，　图３设备舱整体加载效果图　经计算，设备舱整体等效应力计算结果均满足　如表４。　表４设备舱整体等效应力计算结果