某鐵路客車車體模塊化設計及強度計算

楊小榮 喻海洋

摘 要：本文主要闡述了鐵路客車車體的結構特點和主要部件結構，同時對車體的靜強度進行了仿真計算，計算結果表明車體結構強度滿足標準要求，同時對碳鋼側墻墻板的焊接提出了新的研究方向。

關鍵詞：鐵路客車;車體;靜強度;仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.043

1 引言

鐵路客車車體按照結構材料劃分可分為碳鋼車車體、鋁合金車體及不銹鋼車體，目前已經有相關企業已經生產出碳纖維車體，但仍舊處在研發試驗階段，距離實際運用還有很長的路要走。鐵路客車車體作為承載設備和乘客的重要載體，其強度及安全性尤為重要。

2 車體結構要求

車輛采用碳鋼車體，為滿足整車軸重要求，車體設計為整體承載無中梁筒形結構。端部底架需考慮結構的整體穩定性，以提高側門的密封性能。

材料選用主要是耐候鋼，底架邊梁、側墻上邊梁及頂蓋邊梁均采用普通碳素鋼型鋼，易腐蝕部位采用不銹鋼（如洗手間、廚房等區域）。車體結構設計首先要考慮的是先要滿足車體強度、剛度的要求，盡可能實現等強度或者冗余強度設計，同時也要考慮到車體制造工藝、防腐性等因素。

3 車體結構設計

3.1 車體結構

整個車體設計采用模塊化設計思路，主要由底架、側墻、車頂、端墻及車鉤緩沖裝置等組成，在車體方案設計時除考慮總體平面布置等外部接口外，還需對車體各個大部件之間的連接關系進行設計。側墻墻板與底架邊梁、端墻墻板與底架緩沖梁連接均設計成搭接方式，提高整車美觀度。

3.2 底架結構

底架作為車體最重要的部件，不僅僅承擔著傳遞整車縱向拉伸和壓縮載荷，同時還需要承載底下吊掛設備及車上設備及乘客的載荷。底架主要由端部底架、邊梁、橫梁、縱梁、設備吊座和底架地板組成。底架橫梁的布置根據各設備吊掛位置進行設計，需要吊掛設備位置的底架橫梁采用剛度較大的口型梁結構，其余部位采用U型梁結構，U型梁橫梁及縱梁可以有效的減輕整車重量，同時能為底架地板提供支撐。

3.3 側墻結構

側墻結構主要由乙型立柱、乙型橫梁及L型橫梁構成的網狀結構，側墻上的窗口根據總體方案布置，窗口四個角區域容易引起應力集中，所以在側窗窗口四個角設置有補強塊。側墻與車頂連接位置設置上邊梁，上邊梁采用型鋼。側窗上下橫梁及兩側立柱為乙型結構，其余橫梁采用L型橫梁可以減重。

3.4 車頂結構

車頂由車頂板、車頂彎梁、車頂縱梁、水箱活蓋和空調活蓋組成，車頂彎梁為乙型結構，在水箱活蓋和空調活蓋上焊接有安全吊環，不僅能吊裝活蓋，同時能保證登頂人員檢修時的安全作業。兩側車頂板邊緣直接壓型出雨檐結構，避免了雨水直接沿著側墻下落而造成的側墻外側污跡等問題。

3.5 端墻結構

端墻組成采用骨架蒙皮結構。端墻上布置有登頂扶梯、連接器安裝座以及風擋安裝柱組成。在設置登頂扶梯時需考慮到蹬車人員的舒適性及安全性。

4 車體靜強度及模態計算

依據《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范（TB/T 1335-1996）》確定了車體靜強度和模態分析的載荷條件和評價標準。采用HyperWorks有限元軟件進行計算。

計算載荷工況有以下四種：工況1、靜載工況;工況2、壓縮工況;工況3、拉伸工況;工況4、扭轉工況。

計算結果：安全系數最小值為1.00，工況為縱向拉伸載荷組合工況，位置為側墻窗角（193.3MPa）。

該車體各個工況及其組合工況下的最大von Mises應力均小于標準中規定的材料的許用應力，該車體滿足標準TB/T 1335的靜強度要求。

5 結論

通過此客車車體的設計及強度計算，得出以下結論：

（1）采用整體框架式端部底架能有效的提高剛度，優化了力的傳遞路徑，同時也提高了側門密封性;

（2）側墻墻板、端墻板采用塞焊形式，能有效的減小變形，提高了車體整體的美觀性，但后工序仍然需要進行調平處理，后續將針對側墻墻板的激光焊接工藝進行研究;

（3）本客車車體強度滿足標準要求，安全系數最低位置為側墻窗角，為了冗余設計，可以在不影響側窗安裝條件下適當的增加補強板的厚度或者是采用更高強度的鋼板材料。

參考文獻：

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[2]盧耀輝，曾京，鄔平波.鐵路客車車體輕量化問題的研究[J].機械強度，2005，27（01）：099-103.

[3]TB/T 1335-1996，鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范[S].

作者簡介：楊小榮（1986-），男，湖北荊門人，研究生，工程師，研究方向：軌道車輛車體結構。