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拖车车体钢结构设计及强度有限元分析

发布于:2020-12-12 13:07
有限元分析

       2004年,南车四方机车车辆股份有限公司为纳米比亚设计制造了120km/h动力集中型内燃动车组。该动车组由1辆动车、2辆拖车和1辆驾拖车组成,采用15号车钩、密接式风挡、DTB-3型转向架钢圆簧。该动车组用于纳米比亚铁路中短途旅游及首都与机场间的旅客运输。
       本文介绍其拖车车体钢结构的设计及有限元分析和静强度试验情况。拖车车体钢结构介绍车体结构采用无中梁、薄壁筒形整体承载焊接结构,主要由底架钢结构、侧墙钢结、车顶钢结构及外端钢结构组成。对动车组要求限界需满足纳米比亚铁路限界,强度需满足TB/T1335-1996(铁道车辆强度设计及试验鉴定规范)的要求,但对车体扭转刚度不做具体数值要求。纳米比亚铁路轨距为1065mm,最小通过曲线半径连挂为100m,最大坡度为25站台面高度为965mm。受纳米比亚铁路限界限制,车体断面设计较小,车体宽度为2805mm,车体高度为3800mm,木地板距轨面高度为1232mm,车钩连挂高度为895mm,车体长度为20000mm,车辆定距为14000mm。DTB-3型转向架自重5.5t,轴重12t,整车自重139.3t。车体断面和限界如图所示。底架钢结构主要由两端的牵引梁、枕梁、缓冲梁,主横梁边梁及波纹地板等组成。缓冲梁起缓冲作用。车体纵向力通过车钩传递给牵引梁、枕梁、波纹地板和边梁。牵引梁由两根槽钢和上下盖板组焊结构,是承受和传递牵引力、冲击力的主要部件,设计的强度比较大。枕梁由上盖板、下盖板、立板及加强板焊接成箱形结构,其不但承受侧墙和底架边梁传递的垂向载荷,而且承受牵引梁传递的纵向力,故其垂向和纵向刚度都要求非常强大。波纹地板采用1.5-Q310GNHL,主要传递纵向力,并把垂向载荷传递给主横梁。边梁采用14a槽钢。
       侧墙钢结构主要由帽形横梁、帽形立柱、侧墙板及门口框架组成。侧墙板为通长板,无压筋,由两块通长板中间一条横向焊缝拼焊,采用帽形立柱帽形通长横梁来增加侧墙的垂向和横向刚度,以提高侧墙板的平面度。
       车顶钢结构主要由通长车顶板、帽形弯梁及纵梁组成,车顶端部设置空调活盖,受限界影响及美观考虑,活盖设计为下沉式结构,为提高车顶板的稳定性和平面度,在宽度方向布置了6条纵向梁,外端钢结构主要由端角柱、折棚立柱、端顶横梁及外端墙板组成,端角立柱与折棚立柱采用冷拔钢管,折棚立柱内嵌外端墙与外端门口一体,强大的外端能够承受端部事故载荷,并提高车体的抗扭刚度。
       受纳米比亚限界的限制,底架边梁只能采用14a槽钢,国内25型客车底架边梁为18a槽钢,且在车体的高度和宽度方面较国内25型客车分别减少了633mm和300mm,从而导致了车体的扭转刚度和垂向弯曲刚度减小,为保证地板厚度67mm,采用下翻式波纹地板,减小了主横梁的高度,导致横梁的承载能力下降,车体的扭转刚度和垂向弯曲刚度减小,因此,在施工设计中底架边梁采用了箱形结构,同时改进了底架横梁与底架边梁的连接结构。


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