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某型地鐵牽引軌道車是一種服務(wù)于地鐵建設(shè)、運(yùn)營及維護(hù)的工程車輛，為無動(dòng)力的其它地鐵車輛提供牽引動(dòng)力。車體作為機(jī)車的承載部件，在運(yùn)行中承受著較大的垂直載荷、水平及橫向沖擊載荷，通過車鉤為其它車輛提供牽引及制動(dòng)作用力，因此，車體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度及剛度，能夠承受在運(yùn)營過程中各種異常沖擊載荷和疲勞強(qiáng)度載荷，滿足強(qiáng)度分析設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1.車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
某型地鐵牽引軌道車車體采用整體承載結(jié)構(gòu)由底架、側(cè)墻、雙司機(jī)室，可拆卸頂蓋、設(shè)備安裝臺(tái)架等焊接而成，組成一個(gè)箱形殼體結(jié)構(gòu)，焊接結(jié)構(gòu)全而采用EN 15085標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)。車體同時(shí)也采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，底架采用貫通式中心縱梁、底架左右側(cè)梁三大縱梁及變壓器梁、枕梁、端牽引梁三大橫梁結(jié)構(gòu).以使底架有較大的縱向剛度。司機(jī)室采用左右側(cè)墻、前墻、頂蓋結(jié)構(gòu)，在前墻、頂蓋的兩側(cè)和司機(jī)室前窗上下部設(shè)計(jì)為較大剛度的箱形結(jié)構(gòu)。在側(cè)墻上部設(shè)計(jì)了二個(gè)較大的縱向箱形梁結(jié)構(gòu)，以使其具有較大的縱向剛度和垂向彎曲剛度。
車體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度采用EN 12663《鐵路應(yīng)用-鐵路車輛車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求》，UIC 566《客車車體及其部件的載荷》，TB/T 1335《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)規(guī)范》及E RRI-B 12/RP 17《鐵道貨車》等確定，要求車體兩端能承受1 200 kN的靜壓力和1 000 kN的靜拉力，在承受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的司機(jī)室保護(hù)載荷，縱向、橫向、垂向沖擊載荷，車體起吊等異常載荷時(shí)，車體不會(huì)產(chǎn)生永久變形。
2.車體強(qiáng)度計(jì)算分析
2.1.車體強(qiáng)度計(jì)算力學(xué)模型
車體強(qiáng)度計(jì)算采用ANSYS大型通用有限元分析軟件，對車體的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)建模，由于車體結(jié)構(gòu)不完全對稱，采用整車結(jié)構(gòu)模型，主體結(jié)構(gòu)離散為三維殼單元，前/后從板座離散為實(shí)體單元，設(shè)備質(zhì)量離散為三維質(zhì)量單元，二系彈簧懸掛系統(tǒng)離散為三維彈簧單元。車體有限元計(jì)算模型由220163個(gè)節(jié)點(diǎn)和271443個(gè)單元組成。牽引軌道車車體強(qiáng)度計(jì)算模型如圖所示。
車體結(jié)構(gòu)材料采用Q345B制造，屈服強(qiáng)度為345 MPa，對于材料非焊縫區(qū)，材料的許用應(yīng)力取其屈服強(qiáng)度(345 MPa)，對于焊縫區(qū)，材料的許用應(yīng)力取其屈服強(qiáng)度除以1.1(314 MPa)。對于垂向載荷工況和牽引制動(dòng)工況，安全系數(shù)取為1.5，對于各靜態(tài)載荷工況，安全系數(shù)取為1。
2.2.車體靜強(qiáng)度載荷工況
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和車體技術(shù)規(guī)范要求，對車體進(jìn)行了16種靜強(qiáng)度載荷工況的計(jì)算分析。
1)縱向壓縮工況：在端牽引梁車鉤中心線高度的后從板上作用1200 kN縱向壓縮載荷和1.3g車體及設(shè)備質(zhì)量載縱向5g設(shè)備質(zhì)量沖擊載荷。
2)垂向沖擊載荷工況：垂向3g設(shè)備質(zhì)量沖擊載荷。
3)橫向沖擊載荷工況：1g車體及設(shè)備質(zhì)量載荷，橫向1g設(shè)備質(zhì)量沖擊載荷。
4)牽引座沖擊載荷工況：牽引座轉(zhuǎn)向架縱向3g沖擊載荷和1g車體及設(shè)備質(zhì)量載荷。
5)單點(diǎn)頂車載荷工況：在車鉤托板下而頂起車體，另一端二系簧支撐。
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