CRH3型動車組車下設備安裝部位強度試驗研究

王云峰+倪青松

摘要：本文根據標準EN12663-1：2010對CRH3型動車組車下設備安裝部位進行試驗驗證。首先，利用ANSYS軟件建立底架設備安裝孔處局部模型，通過計算3個方向安裝孔支反力，得到試驗載荷，然后通過靜強度試驗對其進行驗證。

關鍵詞：動車組；ANSYS仿真計算；靜強度試驗；支反力

1引言

近年來，高速軌道交通運輸以其運載量大、運行速度高等特點得到廣泛關注，動車組相關技術發展迅猛。動車組車體既是容納乘客載體，又是安裝和連接其他設備的基礎，是動車組十大關鍵技術之一。設備艙電器設備主要是由安裝在底架邊梁上的設備支架支承的，因此，邊梁主要受到來自吊掛設備3個方向的載荷，垂向承受吊掛設備的重量及垂向加速度產生的載荷，橫向上受到設備的離心力，牽引或制動時的加速度會產生縱向載荷。由于動車組運行速度高、運行線路環境復雜，所以底架設備安裝部位往往需承受多個方向疊加載荷的作用。目前使用軟件對承力部分進行的仿真模擬較成熟[1] [2]，但是也有必要對其進行靜強度試驗，以對連接部位的強度進行檢驗。

2試驗載荷計算

由于實際運行過程中，設備安裝部位主要受到縱向載荷和垂向載荷作用，本文以縱向載荷和垂向載荷為例進行仿真計算，利用ANSYS軟件計算每個關鍵點的反作用力。根據CRH3型動車組實車模型得到12個懸掛點和車下設備重心的坐標見表1，定義X、Y、Z方向分別為縱向、橫向和垂向方向。

2.1三維模型建立

在ANSYS軟件中對懸掛點及車下設備進行三維模型建立，車下建立12個關鍵點并對關鍵點進行定義，創建車下關鍵點為設備重心，并沿Z軸方向連接重心坐標與車體底架模型。

2.2有限元模型建立

通過ANSYS軟件建立有限元模型，如圖1所示。對有限元模型進行仿真計算，得出關鍵點在車輛運行過程中的作用力，計算過程如下：

（1）定義網格類型，建立殼單元和梁單元；（2）在ANSYS軟件中分別通過殼單元和梁單元對車體底架和連接梁進行網格劃分；（3）對關鍵點進行全約束；（4）在重心坐標處施加X方向和Z方向作用力；（5）ANSYS計算得出各關鍵點在X、Y、Z方向的作用力及彎矩。

根據標準規定，車輛運行過程中車下設備受到的力為垂向力和縱向力的組合：垂向力=車下設備的質量？g；縱向力=車下設備的質量？3g。

2.3 計算結果

垂向加速度1g+縱向加速度+3g時，計算得到的每個關鍵點的反作用力見表2，計算云圖如圖2所示。

最大垂向力為33088N，最大縱向力為24000N，最大橫向力為4079N，因此，試驗時取垂向33088N+縱向24000N+橫向4079N。

3靜強度試驗

對底架邊梁設備安裝孔進行靜強度試驗。試驗前在安裝孔布置測點并粘貼三向應變片，使用設備固結強度試驗工裝進行載荷加載，布點位置及試驗工裝如圖3所示。施加載荷到達計算載荷值時停止，并采集數據，根據計算結果施加載荷：垂向載荷為33088N，縱向載荷為24000N，橫向載荷為4079N。靜強度試驗使用應變片靈敏系數為2.22±1%，試驗載荷使用5T載荷傳感器測得，使用UCS60A數據設備采集應力值及載荷值數據。

試驗測得垂向載荷、橫向載荷、縱向載荷三個工況各測點應力值，根據標準進行合成得到測點R1應力值為9.8MPa，測點R2應力值為9.8MPa，測點R3應力值為7.2MPa，測點R4應力值為5.8MPa。試驗車體底架邊梁材料屈服極限為200MPa，試驗結果顯示，使用材料及結構符合設計要求。

4結論

本文利用ANSYS軟件建模計算了CRH3型動車組運行過程中車下設備受到的縱向載荷和垂向載荷作用時，底架設備安裝部位受到的載荷值，并將計算結果應用到設備固結靜強度試驗中，試驗結果表明底架設備安裝部位的強度滿足設計要求。

參考文獻：

[1]劉余龍.基于RADIOSS的某地鐵車輛轉向架構架強度分析[C]，Altair技術大會論文集，2014.

[2]梁江波.某重型車懸架系統靜強度及疲勞耐久性分析[C]，Altair技術大會論文集，2013.