基于AAR標準的米軌礦石車車體強度分析

趙鐵++劉春林

摘 要：該文介紹了米軌礦石車車體結構及有限元模型，根據AAR M-1001-2007《貨車設計制造規范》規定的計算工況，利用ANSYS軟件進行了車體結構強度分析，計算分析結果表明，米軌礦石車車體結構強度滿足AAR標準的要求。

關鍵詞：米軌礦石車 車體結構 強度 AAR標準

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0090-01

米軌礦石車是中國北車集團沈陽機車車輛有限責任公司為澳大利亞塔斯馬尼亞鐵路公司設計的。為了確保車體鋼結構具有足夠的強度和剛度，需對車體結構按北美鐵道協會標準AAR M 1001-2007《貨車設計制造規范》進行有限元分析。

1 主要技術參數

見表1。

2 主要結構

該車車體為有中梁、側壁承載、平地板全鋼焊接結構，具有自重輕，容積大的特點。主要由底架組成、端墻組成、側墻組成、車頂組成等部件組成。底架組成由中梁、大橫梁、枕梁、縱向梁及地板等組焊而成。采用冷彎中梁，后從板座為組焊式結構；枕梁為雙腹板箱形變截面結構，橫梁為單腹板工字形組焊梁，與側柱相連的補強板組焊，其他位置的縱向梁為壓型槽鋼，連接梁為壓型角鋼；底架枕梁處設置墊板及吊板。側墻由上側梁、側柱、連接梁、補強板和側板等組成，上側梁為冷彎矩形方管，連接梁為冷彎角鋼，側柱為槽形冷彎型鋼。端墻由上端梁、橫帶、角柱、端立柱和端板等組成，上端梁為冷彎矩形方管，橫帶和端立柱為型鋼，角柱為壓型角鋼。

3 有限元模型

采用ANSYS軟件，按照車體的結構尺寸，簡化了圓弧、小筋板及倒角不影響結果的一些細節，建立1/2車體幾何模型，并采用Shell181單元對車體幾何模型進行離散。心盤、旁承處為車體垂向承載位置，為準確模擬轉向架剛度，避免人為應力集中，在承載位置建立Beam4梁單元和Combin14彈性單元。

4 載荷工況

根據用戶的鐵路運輸技術要求，米軌礦石車靜強度參照AAR M 1001-2007的規定進行計算，計算載荷如下。

4.1 垂向載荷

垂向載荷主要包括皮重和貨物載荷。

在額定載重57.2 t的基礎上，再加上車體皮重7.8 t后，垂向載荷為637.65 kN。

4.2 牽引載荷

根據AAR M-1001-2007 4.1.8條標準，牽引載荷確定為1560 kN。

載荷以壓力的形式沿車鉤中心線作用于前從板座上。

4.3 緩沖載荷

根據AAR M-1001-2007 4.1.8條標準，將緩沖載荷確定為1560 kN。

載荷以壓力的形式沿車鉤中心線作用于后從板座上。

4.4 車端壓縮載荷

根據AAR M-1001-2007 4.1.9的要求，4450 kN載荷以壓力的形式沿車鉤中心線作用于后從板座上。

4.5 橫向力（散粒貨物側壓力）

側墻和端墻上的橫向壓力載荷是采用Coulomb公式計算的。

忽略壁摩擦

AAR M 1001-2007中規定，對車體受到的縱向拉伸壓縮載荷、垂向載荷和橫向力的組合工況進行強度校核（表2），且車體結構最大應力不得超過材料屈服極限以及強度極限值的80%。

5 靜強度計算

車體在各工況載荷作用下總體及部件的最大應力值及出現的位置見表3。可以看出，車體最大應力發生在工況2，其最大應力點位置及周邊應力分布。計算結果表明，車體在各個工況下節點最大應力均小于材料的許用應力，靜強度滿足AAR標準要求。

6 結語

根據AAR M 1001-2007規定的載荷工況對米軌礦石車進行了靜強度分析，計算結果如下：

（1）拉伸工況時，沖擊座與底架端部連接處應力較大，應予以關注；

（2）車體結構方案的總體結構及其部件的靜強度均滿足AAR標準的要求。

參考文獻

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[2] 洪慶章.ANSYS學習范例[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

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