DJ3機車司機室入口門結構可靠性分析

王玉艷 孫麗萍

【摘 要】以機車司機室門技術條件和司機室門承載試驗的參數及加載方法為依據，采用I-DEAS有限元分析軟件，對DJ3機車司機室入口門進行各種載荷工況下的有限元分析計算。結果表明，該司機室門的強度、剛度均滿足司機室門技術條件和司機室門承載試驗的要求。

【關鍵詞】機車 司機室門 可靠性分析

鐵路機車在運行時其司機室車門會受到各種力的作用，如果車門在受力后變形過大或產生塑性變形其關閉后不能保持正確的位置，那么對于整個機車司機室是不利的。所以既要保證司機室車門結構具有足夠的強度，也使其剛度滿足要求性能可靠保證機車的安全運行。本次主要對DJ3機車司機室入口門進行結構可靠性研究。

1 司機室入口門概況

DJ3機車司機室入口門扇鋼結構主要由門骨架和門板組成，材質分別是鋁合金6063-T5和Al 3003。其中門骨架由邊梁、支撐、連動鎖盒等組成，門板厚2mm。

司機室入口門的可靠性要求是門扇應能達到如下所述的強度要求而不發生塑性變形：

（1）從內向外施加在門扇上一個1500N的力，均勻地加在車門一半高度上200mm寬的區域內，門扇的撓度變形不超過8mm。

（2）施加在整個門寬度范圍的車門一半高度上200mm寬的區域內3500N的力，門扇不產生永久變形，門關閉后能保持正確的位置。

（3），門板材料的應力值不大于材料的屈服極限。鋁合金6063-T5屈服強度≥110MPa；Al 3003屈服強度≥83～117MPa。

2司機室入口門有限元模型

通過分析司機室入口門結構，進行有限元分析時可以用板殼單元來模擬該結構。所以進行幾何建模時對于相應的鋁合金型材的截面進行如下的處理，如表1所示。通過以上的簡化處理，在I-DEAS軟件中建立的司機室門骨架和門扇結構的幾何模型和有限元模型如圖1和圖2所示。司機室門骨架有限元模型共劃分27965個單元，27061個結點；司機室骨架和門板組成的門扇結構有限元模型共劃分43321個單元，38712個結點。

3司機室入口門有限元強度分析計算

3.1司機室入口門承載試驗的加載方法

（1）門扇上加1500N的載荷：1500N的載荷均布在門系統內側一半高度200mm寬的區域上，方向由內向外，2分鐘全卸載。

（2）門扇上加3500N的載荷：3500N的載荷均布在門系統內側一半高度200mm寬的區域上，方向由內向外，2分鐘全卸載。

3.2計算載荷工況及其約束設置

根據司機室門承載試驗的加載方法，得到本次有限元強度分析計算的載荷工況如下：

（1）司機室門自重+1500N載荷工況。

（2）司機室門自重+3500N載荷工況。

1500N與 3500N的載荷均均布在門系統內側一半高度200mm寬的區域上，方向由內向外。門自重載荷的施加方向同上。

約束施加在門系統外側上下兩門合頁高度，左右各一處，限制此方向的位移。

3.3計算結果及分析

（1）經過有限元分析計算，在自重與1500N載荷工況的作用下：門骨架其的最大位移值為0.369mm，最大Mises應力為25.9MPa.；門扇結構的最大位移值為1.07mm， 發生在靠近連動鎖盒的內側門板處，結點的最大Mises應力為31.8MPa.。均滿足司機室技術條件的要求――在此載荷工況下，撓度變形不超過8mm；結點的位移和應力分布如圖3所示：

圖3 自重加1500N載荷工況下門骨架和門扇結構的位移云圖

（2）經過有限元分析計算，在自重與3500N載荷工況的作用下，門骨架結構結點的最大位移值為0.842mm，結點的最大Mises應力為58.9MPa，發生在左邊梁靠近上合頁的約束附近與門內側面相垂直的位置；門扇結構結點的最大位移值為2.47mm，結點的最大Mises應力為73.9MPa，發生在靠近鎖盒和豎支撐的內側門板處。均滿足司機室技術條件的要求――在此載荷工況下，門板材料的應力值不大于材料的屈服極限。結點的應力分布如圖4所示：

圖4自重加3500N載荷工況下門骨架和門扇結構Mises應力云圖

4結語

本次DJ3機車司機室入口門有限元分析計算以司機室門技術條件和司機室門承載試驗的參數及加載方法為依據，分析了1500N和3500N載荷工況下門骨架和門扇結構的強度和剛度。有限元分析計算的結果表明：在1500N載荷工況作用下，司機室門的最大位移值不超過8mm；在3500N載荷工況作用下，司機室門的最大Mises應力不超過門板材料的屈服應力。所以，DJ3機車司機室入口門的強度和剛度均滿足司機室門技術條件和司機室門承載試驗的參數要求，性能可靠。

參考文獻：

[1]司機室車門承載試驗.

[2]司機室側門技術條件.

[3]李偉 等.NX Master FEM 基礎教程.北京：清華大學出版社，2005.

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