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        地鐵車輛傳感器安裝座結構設計計算

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        地鐵車輛傳感器安裝座結構設計計算

        摘要:介紹了一種地鐵車輛接近傳感器安裝座的結構設計特點,并利用有限元分析軟件對安裝座進行了靜強度及疲勞強度分析,為后續同類型的安裝座結構設計提供借鑒。

        關鍵詞:地鐵車輛;接近傳感器安裝座;結構設計;強度計算

        1概況

        目前,城市軌道車輛的接近傳感器大部分安裝在轉向架構架上,因此轉向架需要設置一個接近傳感器安裝座與構架連接。接近傳感器安裝座的強度對保證車輛運營安全極為重要。本文分析了地鐵車輛接近傳感器安裝座的強度,根據有限元結果分析對接近傳感器安裝座進行了優化,并給出了最終方案的計算結果。

        2結構簡介

        接近傳感器安裝座安裝在非動力轉向架第1根軸與構架橫梁之間,傳感器底部距軌面高度為105.3±2mm。接近傳感器安裝座通過2個M20的螺栓安裝在構架齒輪箱吊掛座上,接近位移傳感器通過4個M10螺栓安裝在接近傳感器安裝座上,如圖1(a)所示。接近傳感器和調整墊總重約3kg,傳感器安裝座重量20kg,如圖1(b)所示。接近傳感器安裝座采用G26CrMo4材料,材料特性如表1所示。

        3強度分析

        3.1計算模型

        為分析接近傳感器安裝座的強度,選取了構架安裝座的一部分及接近傳感器安裝座作為仿真對象。結構幾何模型的建立用UG軟件實現,有限元模型前處理在HyperMesh軟件中實現,計算及結果后處理在ANSYS軟件中實現。在HyperMesh中建立有限元模型并劃分solid92實體單元,接近傳感器利用MASS21單元來模擬。為增大安裝余量,傳感器及墊片的計算重量取5kg(實際重量約3kg),最終方案的有限元模型如圖2所示。

        3.2計算工況

        接近傳感器安裝座所受載荷主要有垂向載荷、橫向載荷和縱向載荷,根據EN13749標準對計算工況進行組合,EN13749表D.1章節規定的附屬設備的載荷如表2所示。接近傳感器安裝位置距轉向架中心的縱向距離為650mm,轉向架軸距為2300m,通過插值得出接近傳感器安裝處的振動加速度,靜強度載荷工況組合如表3所示,疲勞強度載荷工況組合如表4所示。

        3.3評定標準

        靜強度評定:對于表3的8種工況各點應力均不得大于材料的屈服強度極限。疲勞強度評定:對于表4的8種工況,最大應力小于根據FKM指南計算的G26CrMo4材料的疲勞需用應力174MPa。

        3.3.1靜強度評定根據表3規定的靜強度工況,計算結果如表5所示,其中靜強度工況1的應力云圖如圖3所示,各工況下的最大應力遠小于材料的屈服強度,因此,安裝座的靜強度滿足要求。

        3.3.2疲勞強度評定對于表4的8種工況,最大應力小于根據FKM指南計算的G26CrMo4材料的疲勞需用應力174MPa。計算結果如表6所示,計算結果表明疲勞強度滿足要求。

        4模態分析

        接近傳感器安裝座模態分析利用安裝座靜強度分析模型,采用BlockLanczos計算方法,計算安裝座頻率較低的前5階模態,模態計算結果如表7所示,一二振型如圖4~圖5所示。

        5結語

        接近傳感器等信號設備安裝座的強度對列車的運營極為重要,不同的連接方式和結構形式對設備安裝座的強度、頻率影響懸殊,通過對安裝支架的強度分析及模態計算表明本安裝方案強度可靠,方案合理。

        參考文獻:

        [1]EN13749鐵路應用-輪對和轉向架-轉向架結構要求的規定方法[S].

        作者:羅漢 陳建 單位:中車株洲電力機車有限公司

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