基于有限元法的动车组地坑式架车机结构分析.pdf

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1、问题讨论铁道车辆第５０卷第４期２０１２年４月文章编号：１００２－７６０２（２０１２）０４－００３３－０３基于有限元法的动车组地坑式架车机结构分析王为１，韩激扬２，邢晓东３（１．中国北车股份有限公司新产业事业部，北京１０００３８；２．中国南车股份有限公司，北京１０００３９；３．青岛四方车辆研究所有限公司工程装备事业部，山东青岛２６６０３１）摘要：对动车组地坑式架车机车体举升装置结构系统各主要承载构件进行了有限元分析，得到各构件的应力分布云图及整机变形情况，计算结果与试验结果表明各构件的强度、刚度均满足设计要求。关键词：地坑式架车机；

2、车体举升装置；有限元法；强度；刚度中图分类号：Ｕ２７９．３文献标识码：Ｂ地坑式架车机是车辆检修的关键设备，其结构必２车体举升装置有限元模型须有足够的承载能力。动车组地坑式架车机主要由转向架举升装置及车体举升装置组成，可实现整列动车根据车体举升装置结构的特点，从建模方面考虑，组同步举升、转向架举升及车体举升，用于转向架维将其举升结构分成２个部分分别进行建模计算：一部修、更换及车体底部设备的检修等。分为可进行垂直运动的各承载构件（简称举升主体结为了验证所设计结构的承载性能，本文利用ＡＮ－构），包括托头、托头箱体、举升立柱及螺母支撑箱；

3、另ＳＹＳ软件对车体举升装置主要承载构件进行强度及一部分为相对固定的构件，即导向箱。导向箱的导向刚度分析。轮对其支撑的举升立柱产生约束，导向轮则承受相应的约束反力。１架车机结构简介对托头及较厚的板，利用ＡＮＳＹＳ软件中的三维图１为青岛四方实体单元（ＳＯＬＩＤ）模拟；其余板结构利用ＡＮＳＹＳ软车辆研究所有限公司件中的板壳单元（ＳＨＥＬＬ）模拟。为某动车检修基地研２．１举升主体结构有限元模型制的车体举升装置结托头、托头箱体、举构简图。该车体举升升立柱及螺母支撑箱作装置主要由托头、托为一体建模，其有限元头箱体、举升立柱、导模型见图２。整个

4、结构向箱、丝杠和螺母支离散成１４９９５个单元，撑箱等组成。举升立其中体单元１９９６个，柱的下部与螺母支撑板壳单元１２９９９个，节箱相连，通过丝杠和点１３３０８个。螺母的螺旋传动带动２．１．１计算载荷举升立柱垂直运动从额定举升重量Ｑ＝而实现举升车体，最１７ｔ，考虑到偏载等情大举升高度为２．７况，取载荷放大系数ψ＝ｍ。为便于各种车型１．４，故架车机举升结构的兼容架车作业，托图１车体举升装置结构简图计算载荷为Ｆ＝１７０×头可作横向移动，车体举升装置还可纵向行走。１．４＝２３８（ｋＮ），作用于托头相应节点。结构自收稿日期：２０１２－０１－

5、１１重载荷通过施加重力加作者简介：王为（１９７９－），男，工程师。图２举升主体结构速度由程序自动计算。有限元模型·３３·铁道车辆第５０卷第４期２０１２年４月２．１．２约束条件＝１．３４。各部件材料均为Ｑ３４５钢，故材料许用应力导向轮支承处：约束举升立柱左右侧导向轮对应为２５７ＭＰａ。点水平方向位移ＵＸ；立柱前后侧导向轮对应点位移托头、托头箱体、举升立柱、螺母支撑箱及导向箱ＵＺ。的最大应力及最大应力位置见表１。螺母支撑箱螺母位置：约束丝杠轴孔垂直方向位图４～图８分别为各部件的应力云图。移ＵＹ。托头与托头箱体上的导轨的接触面采用耦合约

6、表１各部件最大应力及其位置束。部件最大应力／ＭＰａ最大应力位置２．２导向箱有限元模型托头与托头箱体导轨接触处（图４标托头１９７．０４记ＭＸ处）导向箱单独建模，有限元模型见图３。整个结构托头与托头箱体导轨接触处（图５标离散成２４４４６个单元，其中体单元５５８９个，板壳单元托头箱体１１３．０４记ＭＸ处）１８８５７个，节点２１６６４个。上部导向轮支撑处（图６标记ＭＸ举升立柱２２５．８７２２．２．１计算载荷处）导向箱的计算载荷即导向轮所受的压力。通过举螺母支撑箱２０５．０３３丝杠导孔处（图７标记ＭＸ处）升主体结构有限元计算可得到导向轮支承

7、处的约束反导向箱２０３．０６８导向轮轴孔处（图８标记ＭＸ处）力ＲＸ及ＲＺ，该约束反力作为导向箱的计算载荷。结构自重载荷通过施加重力加速度由程序自动计算。２．２．２约束条件约束纵向行走轮及其螺栓连接处３个平动自由度（见图３）。图３导向箱结构有限元模型３计算结果分析３．１强度单元（节点）应力均按第四强度理论计算。参照《起重机设计规范》，工作状态下结构强度安全系数ｎ·３４·基于有限元法的动车组地坑式架车机结构分析王为，韩激扬，邢晓东由表１和图４～图８可见，各部件最大应力均小于Ｑ３４５钢的许用应力，且均出现在应力集中敏感区域。３．２刚度举

8、升结构水平方向最大位移为４．５３１ｍｍ（图９标记ＭＸ处），垂直方向最大位移为６．１８２ｍｍ（图１０标记ＭＸ处）。３．３试验验证对架车机车体举升装置进行了静力测试，结果表明各构件应力分布情况与有限元分析结果一致，测试在地坑式架车机的设计过程中利用有限