新型磁懸浮橫向座椅結構設計與分析

張愛華+周強+陳賀久

摘要：磁懸浮列車是一種新型的軌道交通工具，依靠電磁吸力使列車浮起，使懸浮電磁鐵與軌道之間保持一定的氣隙而不與軌道接觸，列車靠直線電機牽引。文章對磁懸浮車座椅進行結構設計，通過ABAQUS對座椅進行有限元模型的建立，應用有限元分析方法，得出了在各種工況下座椅系統的薄弱環節，并驗證該座椅結構是否滿足強度要求。

關鍵詞：ABAQUS；橫向座椅；有限元；結構設計；磁懸浮列車；軌道交通 文獻標識碼：A

中圖分類號：U272 文章編號：1009-2374（2016）32-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.009

1 概述

時速160公里新型磁懸浮列車是一種新型的軌道交通工具，依靠電磁吸力使列車浮起，使懸浮電磁鐵與軌道之間保持一定的氣隙而不與軌道接觸，列車靠直線電機牽引。目前，磁懸浮車對客室設備要求輕量化，此車的座椅布置采用橫向及縱向座椅排布，其中橫向座椅結構采用了輕量化設計，同時滿足車輛的安裝環境要求。

2 橫向座椅的基本結構

橫向二人座椅包括座椅面板、座椅連接架、座椅支腿。座椅面板由座椅框架和座墊及靠墊組成，座墊及靠墊采用聚氨酯發泡外包蒙布的軟包結構。座椅連接支架采用鋼板折彎結構。座椅支腿采用鋼板焊接結構。座椅面板：座椅面板由座椅框架、座墊及靠墊組成，座墊及靠墊采用聚氨酯發泡外包蒙布的軟包結構。

3 座椅系統的接口分析

座椅系統的接口分析如下：（1）座椅支架與車體側墻的接口：主要將滑塊螺栓連接到轉接方梁，轉接方梁通過螺栓連接到支架上；（2）座椅支腿與地板的連接接口：通過螺栓連接到地板補強板上。

4 座椅部件分析

座椅方梁：采用6005-T6鋁型材材質；座椅支架：采用Q235B碳鋼焊接結構；座椅支腿：采用Q235B碳鋼焊接結構。具體如圖2所示：

5 座椅強度分析

其中，計算應力是部件在當前工況下的最大等效應力。

鋁合金板材的力學性能來自《一般工業用鋁及鋁合金板、帶材第二部分：力學性能》（GB/T 3880），鋁合金型材的力學性能遵循《一般工業用鋁及鋁合金擠壓型材》（GB/T 6892-2006）。鋼制件力學性能來自《碳素結構鋼》（GB/T 700-2006）。

6 座椅有限元模型建立

模型中忽略了較小的圓角、倒角等細節，忽略這些元素基本不會對所關心的計算結果產生較大影響，但是可以減小計算量。模型中圓角、滑塊等采用六面體實體單元劃分，螺栓采用梁單元劃分，其余部分采用的是殼單元。整個模型的單元數和節點數分別為405897、319349。離散后的座椅結構有限元模型如圖3：

7 邊界條件及載荷

橫向二人座椅邊界條件：在座椅支腿及座椅支架與車體連接的部位采用全約束，如圖4座椅結構載荷工況

所示。

工況1：每個靠背頂部施加1500N，如圖5中的F1；工況2：每個坐墊前端施加1500N豎直向下的力，如圖5中的F2；工況3：扶手施加800N水平向后的力，如圖5中的F3；工況4：扶手施加800N水平向前的力，如圖5中的F4；工況5：扶手施加：750N水平向外的力，如圖5中的F5。

8 計算結果

8.1 位移云圖

座椅的最大位移量為30.97毫米；座椅的最大位移量為2.95毫米；座椅的最大位移量為31.56毫米；座椅的最大位移量為31.69毫米；座椅的最大位移量為10.6毫米。

8.2 等效應力圖

工況1：經分析發現最大應力發生在支腿位置，滑塊最大應力為169.7MPa。

工況2：經分析發現最大應力發生在支腿位置，滑塊最大應力為93.92MPa。

工況3：經分析發現最大應力發生在滑塊位置，滑塊最大應力為159.6MPa。

工況4：經分析發現最大應力發生在滑塊位置，滑塊的最大應力為162.1MPa。

工況5：經分析發現最大應力發生在滑塊位置，滑塊的最大應力為177.5MPa。

8.3 應力分析結果表

通過各種工況下，座椅應力云圖的顯示結果發現，不同工況下，座椅不同部位的應力大小不同，具體見表1：

9 結語

在給定邊界條件和載荷工況條件下：（1）座椅骨架的最大位移為31.69毫米。由于應力值沒有超過屈服極限，所以為彈性變形，不會發生塑性變形；（2）座椅的最大等效應力為177.5MPa，發生在滑塊上。座椅結構中的主要部件的安全系數高于EN12663標準中規定的S1和S2，因此座椅主要部件強度合格。

參考文獻

[1] 曾青中，韓增盛.城市軌道交通車輛[M].成都：西南交通大學出版社，2009.

[2] 陳群.地鐵車輛縱向客室座椅設計[J].技術研發，2012，（11）.

[3] 曹鵬彬，潘小雨，張克姝，于寶成，周寧波.地鐵座椅結構分析與輕量化優化方法[J].武漢工程大學學報，2013，（6）.

[4] 張中，于寶成，陸云.基于ANSYS輕量化客室車座椅的有限元分析[J].武漢工程大學學報，2013，（5）.

作者簡介：張愛華，女，中車唐山機車車輛有限公司助理工程師，工學碩士，研究方向：地鐵城軌車輛車內設備的研發設計。

（責任編輯：黃銀芳）