地铁车下设备吊挂结构强度分析与优化,该文是结构类论文范文数据库跟吊挂和地铁车和优化方面毕业论文范文.
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摘 要:通过计算地铁逆变器的车下吊挂结构在车辆运行过程中受到横向、纵向、垂向三个方向载荷作用时的应力,对吊挂结构进行优化,计算结果表明,优化后的吊挂结构静强度和疲劳强度的安全系数均有提高,大幅提升了地铁的安全运营保障,也为其他吊挂设备优化提供了可靠的依据.
关键词:地铁;逆变器;吊挂;转接梁
中图分类号:TB 文献标识码:A doi:１０．１９３１１/j．cnki．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．２１．０８９
１ 概述
地铁作为一种城市轨道交通类型,具有运输能力强、高速、准时、安全、污染少、节省空间等优点.近年来,地铁的建设和运营取得了迅猛的发展.地铁车辆作为地铁运输体系中的关键装备,对车辆及其零部件的安全评估也就越来越重要.地铁车辆有很多的车下吊挂设备,这些设备的吊点往往不具备直接安装到车体的条件,所以需要通过转接梁连接到车体上,这种转接梁式的吊挂结构起到了承上启下的作用.对这些吊挂结构的强度的评估和优化对地铁的安全运营具有重要的意义.逆变器是某地铁车下吊挂设备中质量最大的设备,为此以逆变器为例对吊挂结构进行分析和优化.
２ 吊挂结构有限元模型建立
２．１ 几何模型
逆变器设备重８６５kg,为８点吊挂,车体横向方向６个,纵向２个,每个吊点都是用螺栓、垫片和双螺母将逆变器吊耳与转接梁紧固连接.转接梁和地板之间通过２１个螺栓、螺母、垫片连接,转接梁上有过孔.与逆变器相关的转接梁共有６根,横纵排列.
２．２ 有限元模型
为保证计算精度,有限元模型包括了转接梁及相关的所有零部件,其中转接梁、安装座、螺栓、螺母、垫片等均采用六面体实体单元,地板、边梁、逆变器等采用壳单元.吊挂点附近区域单元细化.模型共５９万节点,４５万单元.有限元模型如图１.
２．３ 材料属性
转接梁和底板采用铝型材６０８２－T６,其余零部件均采用不锈钢３０４L,材料属性如表１所示.
２．４ 计算工况和边界条件
根据铁路车辆车体结构的相关标准规定,车下设备静强度需满足纵向&plun;３g、横向&plun;１g、垂向(１&plun;C)g载荷及载荷组合要求,疲劳强度需满足纵向&plun;０．１５g、横向&plun;０．１５g、垂向(１&plun;０．１５g)载荷及载荷组合要求.根据逆变器在车体上的安装位置确定C取０．５.
由设备的特点和标准要求,静强度计算和疲劳强度计算分别有５种和８种工况,如表２和表３所示.
３ 仿真结果及分析
３．１ 静强度计算结果
表４是静强度计算结果,可以看出各工况应力相差不大,其中工况２稍大些,安全系数１．３３,图２是此工况的应力云图,应力最大点在转接梁上表面吊点附近.
３．２ 疲劳强度计算结果
选取所有单元在八个工况下的应力最大值σmax 与最小值σmin 来计算该单元的平均应力σm 和应力幅σa .具体计算公式如下:
将疲劳强度表示在疲劳极限图中,以此判断该单元的应力值是否满足结构的疲劳强度.图３是疲劳极限图,所有单元都在母材疲劳极限内.结构的疲劳安全系数是１．１９.
３．３ 优化方案
根据静强度和疲劳强度的分析,发现所有工况的最大应力都在转接梁的上表面,说明此处为结构的薄弱区域.应力大的原因是加载后,在过孔周边产生了弯曲应力.为降低弯曲应力,应该增大承载面积,降低局部载荷.考虑工艺、成本、安装空间等因素制定优化方案,将直径３０mm 平垫片(厚度３mm)改为(５５mm×３０mm×５mm )的垫块,中间螺栓过孔.
４ 优化方案的仿真及分析
４．１ 优化方案的静强度计算结果
图５是两个方案的各静强度工况等效应力和安全系数对比图,可以看出优化方案比原方案有较大幅度的改善.图６是优化方案工况２的等效应力云图.疲劳安全系数也有较大幅度改善,从原方案的１．１９提升到１．４８.图７是优化方案的疲劳极限图.
５ 结论
对地铁逆变器吊挂结构的有限元分析的结果显示,转接梁的上表面弯曲应力偏大.综合工艺、成本、安装空间等因素制定优化方案并做计算.对比结果可以看出,优化方案大幅提升了静强度和疲劳强度的安全系数.
可以依此为依据,对其他车下设备的吊挂方案进行分析和优化,提升地铁整体的安全系数.
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