地鐵車(chē)輛傳感器安裝座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

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摘要:介紹了一種地鐵車(chē)輛接近傳感器安裝座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并利用有限元分析軟件對(duì)安裝座進(jìn)行了靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度分析，為后續(xù)同類(lèi)型的安裝座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞:地鐵車(chē)輛;接近傳感器安裝座;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);強(qiáng)度計(jì)算

1概況

目前，城市軌道車(chē)輛的接近傳感器大部分安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，因此轉(zhuǎn)向架需要設(shè)置一個(gè)接近傳感器安裝座與構(gòu)架連接。接近傳感器安裝座的強(qiáng)度對(duì)保證車(chē)輛運(yùn)營(yíng)安全極為重要。本文分析了地鐵車(chē)輛接近傳感器安裝座的強(qiáng)度，根據(jù)有限元結(jié)果分析對(duì)接近傳感器安裝座進(jìn)行了優(yōu)化，并給出了最終方案的計(jì)算結(jié)果。

2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

接近傳感器安裝座安裝在非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架第1根軸與構(gòu)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(guò)2個(gè)M20的螺栓安裝在構(gòu)架齒輪箱吊掛座上，接近位移傳感器通過(guò)4個(gè)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(diào)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(qiáng)度分析

3．1計(jì)算模型

為分析接近傳感器安裝座的強(qiáng)度，選取了構(gòu)架安裝座的一部分及接近傳感器安裝座作為仿真對(duì)象。結(jié)構(gòu)幾何模型的建立用UG軟件實(shí)現(xiàn)，有限元模型前處理在HyperMesh軟件中實(shí)現(xiàn)，計(jì)算及結(jié)果后處理在ANSYS軟件中實(shí)現(xiàn)。在HyperMesh中建立有限元模型并劃分solid92實(shí)體單元，接近傳感器利用MASS21單元來(lái)模擬。為增大安裝余量，傳感器及墊片的計(jì)算重量取5kg(實(shí)際重量約3kg)，最終方案的有限元模型如圖2所示。

3．2計(jì)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(jù)EN13749標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算工況進(jìn)行組合，EN13749表D．1章節(jié)規(guī)定的附屬設(shè)備的載荷如表2所示。接近傳感器安裝位置距轉(zhuǎn)向架中心的縱向距離為650mm，轉(zhuǎn)向架軸距為2300m，通過(guò)插值得出接近傳感器安裝處的振動(dòng)加速度，靜強(qiáng)度載荷工況組合如表3所示，疲勞強(qiáng)度載荷工況組合如表4所示。

3．3評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

靜強(qiáng)度評(píng)定:對(duì)于表3的8種工況各點(diǎn)應(yīng)力均不得大于材料的屈服強(qiáng)度極限。疲勞強(qiáng)度評(píng)定:對(duì)于表4的8種工況，最大應(yīng)力小于根據(jù)FKM指南計(jì)算的G26CrMo4材料的疲勞需用應(yīng)力174MPa。

3．3．1靜強(qiáng)度評(píng)定根據(jù)表3規(guī)定的靜強(qiáng)度工況，計(jì)算結(jié)果如表5所示，其中靜強(qiáng)度工況1的應(yīng)力云圖如圖3所示，各工況下的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，因此，安裝座的靜強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

3．3．2疲勞強(qiáng)度評(píng)定對(duì)于表4的8種工況，最大應(yīng)力小于根據(jù)FKM指南計(jì)算的G26CrMo4材料的疲勞需用應(yīng)力174MPa。計(jì)算結(jié)果如表6所示，計(jì)算結(jié)果表明疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

4模態(tài)分析

接近傳感器安裝座模態(tài)分析利用安裝座靜強(qiáng)度分析模型，采用BlockLanczos計(jì)算方法，計(jì)算安裝座頻率較低的前5階模態(tài)，模態(tài)計(jì)算結(jié)果如表7所示，一二振型如圖4～圖5所示。

5結(jié)語(yǔ)

接近傳感器等信號(hào)設(shè)備安裝座的強(qiáng)度對(duì)列車(chē)的運(yùn)營(yíng)極為重要，不同的連接方式和結(jié)構(gòu)形式對(duì)設(shè)備安裝座的強(qiáng)度、頻率影響懸殊，通過(guò)對(duì)安裝支架的強(qiáng)度分析及模態(tài)計(jì)算表明本安裝方案強(qiáng)度可靠，方案合理。

參考文獻(xiàn):

［1］EN13749鐵路應(yīng)用－輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架－轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)要求的規(guī)定方法［S］．

作者：羅漢 陳建 單位：中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司