地铁车辆变流柜机箱有限元分析

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1、地铁车辆变流柜机箱有限元分析张克姝，马维莲南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111）摘要：为验证某型号变流柜机箱设计的合理性.结合机箱实际结构，使用软件Workbench.建立了变流柜机箱有限元模型。依据标准对变流柜机箱分别逬行了冲击强度性能分析、模态分析和随机振动分析，分析结果表明机箱性能满足设计要求。矢键词地铁车辆；变流柜机箱；有限元分析中图分类号：U270.38T文献标志码B变流柜是地铁车辆的重要部件之一，安装在底架上，其内部安装电气设备。机箱的强度和振动特性直接影响内部电气设备的正常工作和列车的运营安全Ho为验证设计的合理性，本文依据GB/T2156

2、3—2008轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》刘和EN12663—1—2010铁路应用设施铁路车辆车体的结构要求机车和客车》叫建立了变流柜收稿日期2013-03-04；修订日期2014-03-06作者简介张克姝（974-）,女.高级工程师。机箱的有限元模型，并对其进行冲击强度分析、模态分析和随机振动分析。1变流柜机箱的建模1.1结构及材料属性变流柜机箱使用的材料有不锈钢冷拉钢管、不钮钢锻金件£US304）、铝板（IMg3）.主体结构采用彳锈钢冷拉钢管框架结构，箱体、顶侧板等采用飯金折超件焊接、钏接而成，门板采用铝板材。其材料属性如表1所示。2.4动力吸振器的应用国外

3、已有根据上述动力吸振器原理设计的车下许备悬挂的应用实例。庞巴迪公司对此有较为深入的研究，其瑞典Regina项目中就采用了类似的设计图6）o图6应用中的动力吸振器弹性元件3结束语本文通过对二自由度阻尼系统幅频特性的研究，给出了系统位移传递率的数学表达式，以某高速列车及其车下设备为例，分析了调谐比和阻尼比对位移传递率的影响规律，得到优化后的吸振器的弹性阻尼参数，并选择橡胶材料作为弹性阻尼元件，设计了矩形橡胶弹性阻尼元件的结构。理论分析表明，动力吸振器可以显著减低车体的振动。参考文献：（1吴会超，鄂平菠.车下设备布蒼形式对车体自振特性影响的研究hl.2010年度全国铁路机车车

4、辆动态仿真学术会议论文集bl.2010624-627.21徐凤妹.劳世定.客车车下设备吊挂方式的研究J1.铁道车辆.2009-474）:12-14.们宫岛，周劲松，孙文静.下吊设备对高速列车弹性车体垂向运行平稳性影响（A1.2010年度全国铁路机车车辆动态仿真学术会议论文集01.2010:134-139.切邢当谴.李敏，工程振动基础筮2版）北京：北京航空航天大学出版社.2011.切王勋龙.张建文.郭志军•等.动力吸振器在车辆振动控制中的应用J1.吉林工业大学学报，1998.284）85-90.6】周劲松.张伟.孙文静.等.铁道车辆弹性车体动力吸振器减振分析J1.中国铁道科

5、学.2009.30S）86-90.H肖和业.盛矣萍.吴伟浩.新型贯带动力吸扳器优化设计J],振动与冲击,2011.30098-101.编辑李萍）表1材料属性MPa材料SUS304AIMg3弹性模圣E21000070000抗拉强度520190屈服强度190801.2机箱有限元模型根据机箱结构特点建立机箱有限元模型。建模时去除较小的圆角、倒角等细节：去除非承载部件，其质量分配到周围骨架上。内部设备采用质量单元模拟，质量单元位置取设备的质心位置，质量单元根据实际安装位置连接在箱体上。机箱模型及质量点分布如图1所示。模型整体结构采用壳单元进行离散，单元大小约为10mmx10mmo

6、螺栓及钏钉根据实际大小用梁单元模拟。离散后的节点数为217063.单元数为195476,有限元模型总质量为860kg。数值约为工况2的1/2,方向相反"2.2工况2：垂向向下给机箱施加垂向向下4g加速度，得到整体位稽云图图2）和等效应力云图图3）。工况2机箱的歸大变形为201mm；最大应力为1089MPa’位于初箱的吊脚如此処材料为SUS304.对比表1可知，a大等效应力小于屈服极限。图2工况2位移云图图1变流柜机箱质量点分布图3工况2等效应力云图总体视图）1.3边界条件机箱用吊脚吊挂在车体底部，根据现车安装情况，约束吊脚螺栓孔的6个自由度。机箱的冲击强度另析、模态分析及

7、随机振动分析均用此边界条件。2变流柜机箱冲击强度分析变流柜机箱安装于车体底咅根据GB/T21563-2008的规定’机箱的试验等级为I类A级。根据该标准尖于车辆设备冲击载荷的说明，得出用于计算的冲击载荷，包括垂向向上、垂向向下、横向+垂向、纵向+垂向4种工况。由于存在重力作用，所以把垂向分为垂向向上和垂向向下2种工况。2.1工况1:垂向向上由于工况1的垂向向上2g加速度小于工况2的垂向向下4g加速度，所以仅对工况2进行计算，工况1最大变形位置和最大等效应力位置与工况2相同，2.3工况3：横向+垂向给机箱同时施加垂向1g和横向3