地铁转向架天线端梁强度仿真研究

李会杰 李志永 张佳宇 李超 张明

中车唐山机车车辆有限公司 技术研究中心，河北唐山 063035

摘要：对单节点压装式和双节点组装式两种不同结构的天线端梁进行加速度载荷工况下的静强度仿真分析，根据Von.Mises等效应力云图比较两种结构的最大应力值，选择较为优异的结构作为生产制造方案。

关键词：转向架；天线端梁；强度仿真

中图分类号：U270.38⁺9 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

针对近年来地铁转向架天线端梁^[1]频繁发生裂损的现象，设计部门通过对结构优化设计，研制出单节点压装式和双节点组装式两种不同结构的天线端梁。本文将针对上述两种不同设计方案进行强度分析，并选出其中一种较优结构作为生产制造方案。

1 天线端梁结构介绍

两种不同端梁装置的结构组成大致相同，主要包括安装梁装置、安装座装置及一些紧固件。安装梁装置为焊接结构，主要由连接座、管梁、天线安装座等部件组成。端梁组成中主要材料的基本力学性能参数见表1-1。

表1-1 材料的基本力学性能

Tab.1-1 Basic mechanical properties of materials

单节点压装式天线端梁结构中，安装座和横向钢管之间设有单个橡胶节点，通过挤压的方式作为连接介质，起到局部缓冲的作用，降低整体刚度。几何模型如图1-1所示。

图1-1 单节点压装式天线端梁几何模型

Fig.1-1 Geometric model of single node press-fit antenna end beam

同样，双节点组装式天线端梁结构中，安装座和横向钢管之间设有两个橡胶节点，几何模型如图1-2所示。

图1-2 双节点组装式天线端梁几何模型

Fig.1-2 Geometrical model of dual-node assembled antenna end beam

2 天线端梁静强度仿真

2.1 静强度分析工况

根据EN13749-2011《铁路应用-轮对和转向架-转向架构架结构要求的规定方法》^[2]中的D.2.2，确定出天线端梁的静强度计算工况，两两组合共8种工况，见表2-1，其中g=9.81m/s²。

表2-1 静强度分析计算工况

Tab.2-1 Static strength analysis and calculation conditions

2.2 天线端梁有限元模型

建立单节点压装式天线端梁有限元模型时，凡是对该结构整体刚度及局部强度有贡献的结构，都予以考虑。螺栓采用Beam188模拟，天线接收设备用质量点Mass21模拟，总质量为138kg，端梁有限元模型如图2-1所示。

图2-1单节点压装式天线端梁有限元模型

Fig.2-1 Finite element model of single-node press-mounted antenna end beam

以同样的方式建立双节点组装式天线端梁有限元模型，总质量为131kg，如图2-2所示。

图2-2双节点组装式天线端梁有限元模型

Fig.2-2 Finite element model of dual-node assembled antenna end beam

3 天线端梁静强度结果

根据上述8种加速度载荷工况对两种不同结构的天线端梁进行静强度仿真分析，分别得到相对应工况下的等效应力值，单节点压装式天线端梁最大应力值为222MPa，应力云图如图3-1所示；双节点组装式天线端梁最大应力值为346MPa，应力云图如图3-2所示。

图3-1单节点压装式天线端梁最大值应力云图

Fig.3-1 Maximum stress cloud diagram of end beam of single-node press-mounted antenna

图3-2双节点组装式天线端梁最大值应力云图

Fig.3-2 Maximum stress cloud diagram of end beam of dual-node assembled antenna

4 结语

通过对单节点和双节点两种不同结构的天线端梁进行静强度分析后，可以得到如下结论：

（1）两种天线端梁的最大应力值均小于所用材料的许用应力值355MPa，满足静强度设计要求。

（2）通过静强度仿真分析，单节点压装式天线端梁结构比双节点组装式天线端梁结构更加优异，故选择使用单节点压装式天线端梁结构作为生产制造方案。

参考文献：

1. 李晓明,孙志鹏.动车组天线梁结构的优化设计[J].铁道车辆,2011,49(11):22-24+47-48.

2. Railway Applications-Wheelsets and bogies-Method of specifying the structural requirements of bogie frames. EN 13749:2011.[S]．

作者单位：中车唐山机车车辆有限公司

作者简介：李会杰，男，河北省邢台市，助理工程师。

作者联系地址及电话：河北省唐山市丰润区厂前路3号中车唐山机车车辆有限公司，18634024478。

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