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拖車車體鋼結構設計及強度有限元分析

發布于:2020-12-12 13:07
有限元分析

       2004年,南車四方機車車輛股份有限公司為納米比亞設計制造了120km/h動力集中型內燃動車組。該動車組由1輛動車、2輛拖車和1輛駕拖車組成,采用15號車鉤、密接式風擋、DTB-3型轉向架鋼圓簧。該動車組用于納米比亞鐵路中短途旅游及首都與機場間的旅客運輸。
       本文介紹其拖車車體鋼結構的設計及有限元分析和靜強度試驗情況。拖車車體鋼結構介紹車體結構采用無中梁、薄壁筒形整體承載焊接結構,主要由底架鋼結構、側墻鋼結、車頂鋼結構及外端鋼結構組成。對動車組要求限界需滿足納米比亞鐵路限界,強度需滿足TB/T1335-1996(鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范)的要求,但對車體扭轉剛度不做具體數值要求。納米比亞鐵路軌距為1065mm,最小通過曲線半徑連掛為100m,最大坡度為25站臺面高度為965mm。受納米比亞鐵路限界限制,車體斷面設計較小,車體寬度為2805mm,車體高度為3800mm,木地板距軌面高度為1232mm,車鉤連掛高度為895mm,車體長度為20000mm,車輛定距為14000mm。DTB-3型轉向架自重5.5t,軸重12t,整車自重139.3t。車體斷面和限界如圖所示。底架鋼結構主要由兩端的牽引梁、枕梁、緩沖梁,主橫梁邊梁及波紋地板等組成。緩沖梁起緩沖作用。車體縱向力通過車鉤傳遞給牽引梁、枕梁、波紋地板和邊梁。牽引梁由兩根槽鋼和上下蓋板組焊結構,是承受和傳遞牽引力、沖擊力的主要部件,設計的強度比較大。枕梁由上蓋板、下蓋板、立板及加強板焊接成箱形結構,其不但承受側墻和底架邊梁傳遞的垂向載荷,而且承受牽引梁傳遞的縱向力,故其垂向和縱向剛度都要求非常強大。波紋地板采用1.5-Q310GNHL,主要傳遞縱向力,并把垂向載荷傳遞給主橫梁。邊梁采用14a槽鋼。
       側墻鋼結構主要由帽形橫梁、帽形立柱、側墻板及門口框架組成。側墻板為通長板,無壓筋,由兩塊通長板中間一條橫向焊縫拼焊,采用帽形立柱帽形通長橫梁來增加側墻的垂向和橫向剛度,以提高側墻板的平面度。
       車頂鋼結構主要由通長車頂板、帽形彎梁及縱梁組成,車頂端部設置空調活蓋,受限界影響及美觀考慮,活蓋設計為下沉式結構,為提高車頂板的穩定性和平面度,在寬度方向布置了6條縱向梁,外端鋼結構主要由端角柱、折棚立柱、端頂橫梁及外端墻板組成,端角立柱與折棚立柱采用冷拔鋼管,折棚立柱內嵌外端墻與外端門口一體,強大的外端能夠承受端部事故載荷,并提高車體的抗扭剛度。
       受納米比亞限界的限制,底架邊梁只能采用14a槽鋼,國內25型客車底架邊梁為18a槽鋼,且在車體的高度和寬度方面較國內25型客車分別減少了633mm和300mm,從而導致了車體的扭轉剛度和垂向彎曲剛度減小,為保證地板厚度67mm,采用下翻式波紋地板,減小了主橫梁的高度,導致橫梁的承載能力下降,車體的扭轉剛度和垂向彎曲剛度減小,因此,在施工設計中底架邊梁采用了箱形結構,同時改進了底架橫梁與底架邊梁的連接結構。


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