(中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心 河北 唐山 063035)
随着不锈钢技术的不断发展，其在轨道列车行业中的应用也越为广泛，本文介绍了一种新型底架设计理念，详细介绍了高强度不锈钢车体底架结构，分析了结构的优点，通过AYSYS对此底架结构进行仿真分析，为此类底架结构再优化设计提供了参考。
高强度 不锈钢车体 底架 仿真分析
引言
21世纪以来，轨道车辆与航空、汽车竞争日益激烈，积极提倡节能减排、绿色环保设计理念，不断提高列车的运营能力、降低定员成本、降低人均能耗、减少单车检修更换等，符合国家发展战略，各国均在开发不锈钢轨道车辆项目。
车体是轨道车辆的基本承载部件，其功能在于满足车辆载客运营要求，并且是车辆其他功能部件及系统安装和实现其功能的载体[1]。为了提高列车的运营能力，车体必须不断提高强度，国内现有不锈钢地铁执行标准EN12663，纵向压缩力为800KN，纵向拉伸力为640 KN。
本文介绍的高强度车体底架结构设计，可以将车体强度提高到纵向压缩力为1200KN，纵向拉伸力为840 KN，大幅度提高车体静强度，对车辆的碰撞能力也具有显著提高。
传统底架结构
1.1结构介绍
不锈钢车体一般由底架作为主传力结构，对纵向力进行主传载。侧墙立柱、车顶弯梁以及底架横梁构成筒形结构整体承载，由侧墙板、端强板、车顶波纹板以及底架波纹板进行密封。
底架一般由牵引梁、枕梁、边梁以及中部大横梁和小横梁组成，底架结构如图1。
传统底架上会焊接大量的附件，包括电气过线用的大量翻边，制动固定线管用的大量卡具，电气过线示意图如图2所示。
图2 传统不锈钢车体底架电气过线及制动固定座位置示意图
2.2 结构缺点
传统底架结构特点：
传统底架承载能力较低，一般纵向承载能力只能勉强达到EN12663标准，一旦车体遭遇碰撞等意外状况，抗击风险能力低；
传统底架焊接大量附件，造成整个底架重量很高，内部穿管这种电气布线方式，又使得车体必定大量开孔，降低底架强度，整体性不强；
传统底架所用横梁多为大横梁，这是由于底架吊装大量线管等设备。
高强度不锈钢车底架结构
2.1 结构介绍
车高强度不锈钢车体底架，较传统底架增加中梁结构，并将枕梁嵌入边梁形成整体框架结构，如图3所示为高强度不锈钢车底架结构。
新型结构增加中梁和多种小横梁结构，并将枕梁嵌入边梁之中，纵向承载中，车体的纵向力可以通过两条边梁和中梁同时传递，力的传递更加顺畅。除此之外新型底架增加多种底架横梁结构，如图4所示
图4 横梁断面示意图
2.2 结构优点
增加中梁结构，增加底架整体强度，纵向力传递更加顺畅。
在嵌入式枕梁结构，将枕梁与两根边梁完美形成一个整体，便于模块化生产，增加底架整体强度；
多种横梁交替使用的形势，由于中梁存在，车下吊装设备的力臂大大减小，已经无需太多大横梁辅助承载，新结构大大降低底架重量；
强度验证
高强度不锈钢车体利用ANSYS仿真计算软件进行校核，其所有工况均满足EN12663-1标准要求，其中底架部分纵向加载1200KN，受力情况良好。
底架的有限元模型见图5所示，底架工况纵向加载1200KN的应力云图如下图6所示。
图6 底架工况应力云图
结论
通过分析计算表明，高强度不锈钢车体底架，强度满足纵向压缩力为1200KN，纵向拉伸力为840 KN要求，它具有以下优点：
优化了底架结构，使得底架强度大大增加，增加车辆安全系数；
优化了底架结构形式，简化了生产工艺；
通过优化连接接口，降低底架重量。
参 考 文 献
刘娟娟， 李思， 曲凌云， 王国静， 王丽娟 新型轻量化高强度铝合金车顶结构设计与分析 《中外交流》-2018年22期
EN 12663-1:2010. 铁路应用——铁路车辆车体的结构要求
论文作者:果立奎 刘天天 李思 刘洋 刘娟娟
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：底架论文; 车体论文; 结构论文; 纵向论文; 横梁论文; 不锈钢论文; 高强度论文; 《科技新时代》2019年3期论文;