孟加拉內燃動車組動力總成公用構架的設計

郭耀華　孫梅云

摘 要：孟加拉內燃動車組項目是根據孟加拉城際間鐵路客運的實際情況設計的內燃動車組。整個動力系統設置在動車車下。由于受到空間的限制，動力系統的實際可用空間較小。所以將柴油發電機組、充電機、柴油機空氣冷卻裝置、進氣濾清器、排氣消音器、靜液壓泵、膨脹水箱以及各系統之間的連接管路共同集成在一個公用構架上，構成動力系統中的動力總成。由此可見動力總成的公用構架的重要性。本文簡要介紹了孟加拉內燃動車組動力總成公用構架的設計及驗證方法。

關鍵詞：動力總成；內燃動車組；公用構架

1 研究背景

孟加拉內燃動車組項目是根據孟加拉城際間鐵路客運的實際情況設計的內燃動車組。整個動力系統設置在動車車下。由于受到空間的限制，動力系統的實際可用空間較小。所以將柴油發電機組、充電機、柴油機空氣冷卻裝置、進氣濾清器、排氣消音器、靜液壓泵、膨脹水箱以及各系統之間的連接管路共同集成在一個公用構架上，構成動力系統中的動力總成。此種高度集成的動力總成結構在國內尚未有成功的產品，該型動力總成的設計研發及成功應用將會對國內的內燃動車組用動力總成的發展產生深遠的影響。

因為動力總成中的各個部件是通過一個公用構架有機的組合成為一個整體，所以公用構架的設計是整個動力總成設計中的重中之重。

2 公用構架的設計

動力總成中集成有多個部件且車下空間狹小，為使動力總成及公用構架能夠滿足使用要求，我們利用三維軟件對公用構架及柴油機、發電機等需要集成到構架上的設備進行三維建模。

在公用構架的設計中，彎曲部位采用大半徑的圓滑過渡，力求減小應力集中。在主要承載點處設置補強筋板用于增加承載點處吊掛的強度。同時為了減小安裝面處的加工量，在需進行精加工的安裝面處設置墊板。安裝面上的安裝孔在構架組焊完成后再進行加工，雖然增加了孔的加工難度，但是很好的保證了安裝精度，并且相對降低了構架組焊的精度要求。

為保證整個動力總成的安全性，公用構架必須具有足夠的強度。所以公用構架采用了整體箱型拼焊結構。鋼板材質選用低合金高強度結構鋼。焊縫盡量遠離應力集中區域。焊縫質量符合EN15085《鐵路上的應用——鐵路車輛及其部件的焊接》標準。

3 公用構架的計算

構架同時承受著柴油機、發電機、冷卻裝置、消音器、空濾器、水箱、等大質量部件的力，受力情況復雜。為確保公用構架的設計能夠滿足實際運營中強度的要求，對孟加拉內燃動車組動力總成公用構架進行了強度計算。

取構架模型，并用質量單元描述各懸掛設備的重心位置，各個設備與構架的連接采用質量單元+剛性元方式進行模擬；計算考慮兩種工況下載荷的影響，載荷均施加在模擬各個的質心的質點上面，其兩種工況如下表所示。

通過有限元分析及計算得出主體構架的最大應力小于材料的屈服極限，滿足設計要求。

4 公用構架的試制、改進

在構架的試制過程中，出現構架橫梁上的輔助吊座安裝面加工精度不易保證，經分析認為此吊的剛度不夠，在加工平面的時候刀具使其產生變形，以致其超出設計尺寸公差范圍，為了增加該處剛度，修改了原設計，使輔助吊座處成為一個箱型結構，此結構也在后續的構架加工中得到了驗證。

另外，因墊板是后續周圈焊接到構架上的安裝座底板上的，所以在加工完安裝孔后，墊板與安裝座底板之間會出現縫隙，不易進行防腐處理。為此我們更改了墊板的結構，避免了縫隙的出現。

最后，通過對構架的試制，使得我們對我廠設備的加工精度及工人的技能有了更深的了解，在此過程中，我們對構架的加工精度及公差進行了適應性的更改，既可以達到使用要求，又降低了加工制造的成本。

通過此構架的試制工作，實現了對內燃動車組動力總成公用構架設計方案的驗證以及優化改進，從而有效提高并完善了內燃動車組產品的研發設計及產品制造質量的最終目標。

5 總束語

高度集成的動力總成結構形式在國外已經得到了較為廣泛的應用。但在國內，尚屬首次研發并進行應用。而作為動力總成的核心部件——公用構架的設計更是動力總成研發成功與否的關鍵。本文概述了孟加拉內燃動車組動力總成公用構架的設計方法，相信可以為以后的類似產品的設計提供一些新的思路。

參考文獻

[1]張娜.孟加拉車構架強度計算報告[J].唐山軌道客車有限責任公司，2012.

作者簡介：郭耀華（1981.8-），男，漢，河北省豐寧縣，工程師，學歷：工學碩士研究生，研究方向：機械設計制造及其自動化。