25G型客车加装柴油机组、燃油箱等吊梁结构优化设计

25G型客车加装柴油机组、燃油箱等吊梁结构优化设计

徐小龙,石闯,隋礼辉

长春中车轨道车辆有限公司，吉林 长春 130052

摘要：对既有25G型AC380V供电客车加装柴油机组、燃油箱、启动电池箱结构进行分析，因原车横梁结构腐蚀，通过分析对设计结构进行改进优化，结构补强，使其强度满足设计要求，确保车辆运行安全。

关键词：25G型客车；加装改造；结构优化；结构补强

1引言

    在铁路客车的实际运用过程中，车下悬吊装置易发生脱落事故，危及车辆行车安全。为了改进悬吊装置设计结构，提高安全性，在对既有25G型AC380V供电客车加装柴油机组、燃油箱、启动电池箱吊梁方案设计时，对柴油机组、燃油箱、启动电池箱吊梁设计结构进行了优化设计，通过对结构进行补强，保证其设计强度。

2 柴油机组、燃油箱、横梁悬吊结构设计

底架钢结构改造主要为了柴油机组、燃油箱、启动电池箱的吊装，根据原车底架横梁位置、总风列车管位置及线槽结构等，对底架钢结构进行了改造设计，如图1所示，主要包括新加燃油箱吊座组成、燃油箱中吊座组成、柴油机组吊座组成、启动蓄电池箱吊组成、封闭型横梁、纵梁及小横梁等。

                                 图1  底架钢结构改造

由上图可见，原车牵引梁、枕梁、缓冲梁均无改动，底架钢结构改造全部在枕内第5根横梁至第10根横梁之间，原车横梁切割5根，为增加吊装强度，横梁使用的封闭横梁，横梁之间增加纵梁，新增柴油机组、燃油箱、启动电池箱吊梁全部焊接在封闭横梁上。

2.1柴油机组、燃油箱、横梁设计

借鉴以往设计经验，柴油机组吊装由4个吊座组成，通常使用3吊座焊接，另一吊座螺栓紧固结构，燃油箱吊装由三个吊梁吊装，吊梁全部使用10mm厚Q235B材质制作，如图2、3、4。

图2  柴油机组吊座焊接结构                  图3  柴油机组吊座螺栓紧固

图4  燃油箱吊梁吊装结构

对上述结构分析，每个柴油机组吊座、燃油箱吊梁与横梁之间共五条焊缝，横焊缝三条，竖焊缝两条，对强度起到关键作用的主要依靠竖焊缝的条数及焊接长度，上图中柴油机组吊座、燃油箱吊梁竖焊缝只焊接80mm，为优化上述结构，保证柴油机组吊座安装在合适位置并保证安装牢固，需要对原车钢结构横梁进行适当改进。根据柴油机组吊座设计位置及实际使用工况情况，箱型对扣横梁（钢板4mm-Q295NQR2）改进为单根横梁（钢板6mm-Q345NQR2）制作成封闭腔，柴油机组吊座与箱型横梁焊接处同时增加补强板补强。柴油机吊座、燃油箱吊梁竖焊缝增加到四条，同时柴油机吊座、燃油箱吊梁自身也形成箱型配合焊接结构，改进后如图5、6。

图5  改进后柴油机组、燃油箱、横梁焊接结构

图6  柴油机组吊装、燃油箱吊梁改进结构

3  计算模型

3.1 有限元网格  

有限元模型根据二维图纸应用CAXA三维软件建立三维模型。有限元建模过程中对非承载构件和附属构件适当简化，模型包括燃油箱吊座组成、燃油箱中吊座组成、柴油机组吊座组成、横梁、纵梁以及与其相关的底架边梁部分。通过有限元分析软件进行网格划分，吊装结构均离散为薄壳单元，对重要部位进行局部细划。吊装结构共划分322099个节点，73802个单元，各部位所用的材料如表3-1所示。

表3-1 主要材料机械性能

3.2 分析工况

根据TB/T 1335-1996 《中华人民共和国铁道行业标准—铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》标准中对车辆吊装结构强度要求的分析工况可归纳为4种工况，如表3-2所示。

表3-2 计算工况（g=9.81m/s2）

3.3分析结果及结论

新增柴油机、燃油箱、燃油箱中吊、启动电池箱、横梁、纵梁等吊装结构通过计算得出，吊装结构的最大应力发生在工况1，最大应力值为726.2MPa，位于柴油机组安装横梁和底架边梁的连接位置。最大应力值大于基体材料的屈服强度，不满足强度设计要求。需对结构相应位置补强，第一工况最大应力云图如图7。

图7  第一工况最大应力云图

4  底架钢结构补强优化

通过上述分析，得出最大应力值超出材料自身屈服强度，无法满足设计要求，需使用有限元分析软件，对结构进行补强验证，经过反复补强分析，最终补强结构如图8，分析结果如图9。

图8  底架钢结构增加补强板后

图9  底架钢结构补强后应用云图

5  结束语

通过对既有25G型AC380V供电客车加装柴油机组、燃油箱、启动电池箱吊装结构等改造，采用有限元分析手段，保证了改造的安全、可靠。

参考文献

[1]龚向东.车辆客车车辆专项改造.北京铁路局年鉴.2008-01-01.

[2]王献宏.车辆客车更新改造.郑州铁路局年鉴.2008-01-01.

[3]孙德伟.25G（K）型客车污物箱悬吊梁结构优化.机车车辆工艺.2014-12-20.

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