離心通風機整體結構沖擊振動強度分析

曹海蘭 張碩

摘要：為考察HXD2B通風機的強度和振動是否符合使用要求，運用Catia軟件建立了通風機整機的三維實體模型，導入ANSYS Workbench軟件中，通過國際電工委員會IEC 61373—2010規定的沖擊和振動試驗，對其實際應力狀況進行了隨機振動和沖擊強度分析計算，得到通風機結構橫向、縱向、垂向沖擊應力圖，其最大應力值遠遠小于電機材料的屈服強度，不發生塑性變形，通風機結構滿足沖擊振動強度要求。

關鍵詞：激勵載荷;激勵工況;沖擊振動強度

0 ? ?引言

機車運行速度的不斷提升，對機車的關鍵組成部分（通風機結構）的動強度提出了更高的要求。為了使機車能夠安全快速運行，必須保證通風機結構在沖擊振動隨機載荷作用下的動強度滿足要求，不發生塑性變形。因此，對通風機結構進行沖擊振動分析非常必要[1]。

1 ? ?沖擊振動強度理論分析

沖擊試驗目的是模擬使用過程中的偶然情況，對被試設備施加一系列持續時間為D、峰值為A的單個半正弦脈沖加速度（圖1），施加的加速度載荷量級很高，可以驗證被試設備是否滿足極限工況的要求[2]。為了使被試設備從共振效應中恢復，2次沖擊之間應相隔足夠長的時間。應對被試設備施加18次沖擊（3個正交平面上正向和反向各3次）。

標準規定了1類A級車體安裝設備的垂向、橫向和縱向沖擊加速度幅值A分別為30、40、50 m/s2，標稱持續時間D均為30 ms。取圖1中積分時間1.5D進行計算，總仿真時間為30 ms，時間步長取5×10-4 s。由于通風機在橫向和縱向是對稱結構，可對這兩個方向僅施加正向沖擊，而對垂向分別施加正向和反向沖擊。

圖2是對通風機各方向施加沖擊時最大應力的變化曲線，可以看出，由于慣性力和阻尼作用的影響，雖然4個方向的沖擊都是在15 ms時達到最大加速度，但最大應力值并不是一定出現在15 ms時。

2 ? ?有限元數值仿真分析

圖3是橫向正向沖擊應力值最大時刻（t=15.5 ms）的受力情況，應力最大值出現在電機前蓋上，最大應力值為19.43 MPa。圖4是縱向正向沖擊應力值最大時刻（t=17.5 ms）的受力情況，應力最大值出現在電機前蓋上，最大應力值為24.907 MPa。圖5（a）是垂向正向沖擊應力值最大時刻（t=13.5 ms）的受力情況，應力最大值出現在補強筋上與進風口連接的位置，最大應力值為9.683 3 MPa。圖5（b）是垂向反向沖擊應力值最大時刻（t=15 ms）的受力情況，應力最大值出現在補強筋上與進風口連接的位置，最大應力值為17.383 MPa。可見，這些最大應力均位于電機安裝盤的加強筋板尖端位置上，其值遠遠小于電機材料的屈服強度，不發生塑性變形，故風機滿足沖擊振動強度要求。

3 ? ?結論

（1）根據IEC 61373—2010[3]規定的A級沖擊和振動載荷，采取時域動力學方程求解，由沖擊響應分析結果得知：在垂向沖擊載荷作用下，結構最大應力值為17.383 MPa，在橫向沖擊載荷作用下，結構最大應力值為19.43 MPa，在縱向沖擊載荷作用下，結構最大應力值為24.907 MPa，遠小于材料屈服應力，滿足強度要求;

（2）采用三維軟件進行建模，利用有限元進行通風機結構的沖擊振動強度分析，得到結構在隨機載荷下的應力響應，為通風機結構的沖擊振動強度分析提供了工程實用方法。

[參考文獻]

[1] 李曉峰，楊波，顏楷晨.動車組吊裝設備隨機載荷下振動疲勞壽命分析[J].鐵道機車與動車，2019（12）：22-25.

[2] 李成輝.振動理論與分析基礎[M].成都：西南交通大學出版社，2015.

[3] Railway applications-Roll-

ing stock equipment-Shock and vibration tests：IEC 61373—2010[S].

收稿日期：2020-07-13

作者簡介：曹海蘭（1988—），女，陜西商洛人，講師，研究方向：機械設計與制造。