160?km動力集中動車組控制車蓄電池箱結構分析

田雪嬌 王野

[摘? ? 要]蓄電池是軌道車輛輔助系統中的重要元件，它主要在列車系統故障的情況下為緊急通風、應急照明、門控和門驅動、控制系統、乘客信息系統等提供應急備用電源。應急電源在車輛故障時有著重大影響，由此可見承載蓄電池的設備—蓄電池箱的結構可靠性對車輛運營也起著至關重要的作用。文章介紹160 km（鼓型車）動力集中動車組蓄電池箱結構分析，對同類型軌道車輛蓄電池箱設計具有良好的參考意義。

[關鍵詞]控制車;蓄電池箱;結構

[中圖分類號]U260.14 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–00–03

Structural Analysis of Battery Box of 160 Km Power Centralized EMU Control Vehicle

Tian Xue-jiao，Wang Ye

[Abstract]Storage battery is an important component in the auxiliary system of rail vehicles. It mainly provides emergency standby power supply for emergency ventilation， emergency lighting， door control and door drive， control system and passenger information system in case of train system failure. Emergency power supply has a significant impact in case of vehicle failure. It can be seen that the structural reliability of battery box， the equipment carrying battery， also plays a vital role in vehicle operation. This paper focuses on the structural analysis of the battery box of 160 km （drum car） power centralized EMU， which has a good reference significance for the design of the battery box of the same type of rail vehicle.

[Keywords]control vehicle; battery box; structure

根據直流系統標稱電壓制式，一般分為DC24 V蓄電池箱、DC48 V蓄電池箱、DC110 V蓄電池箱。根據蓄電池箱結構，一般分為推拉式蓄電池箱、非推拉式蓄電池箱。根據蓄電池箱材料，一般分為耐候鋼蓄電池箱、不銹鋼蓄電池箱。蓄電池箱一般由外箱、小車及軌道（推拉式蓄電池箱）、托盤、箱門、拉鏈、鉸鏈銷、銷軸、開口銷、鎖緊絲桿、溫度傳感器安裝座及籠式彈簧接線端子（設置溫度傳感器的蓄電池箱）、接地標識、防開銷、門密封條、四角鎖（配套四角鎖鑰匙）、銘牌、票插、檢修牌、阻燃PP板等組成。160 km（鼓型車）動力集中動車組控制車蓄電池箱為DC110 V推拉式不銹鋼蓄電池箱。

1 蓄電池箱結構介紹

160 km動力集中動車組蓄電池箱產品屬于車下懸掛系統配件，使車輛美觀的同時，對其他車下件有防護、保護作用。蓄電池箱由外箱組成、內箱組成、控制箱、門組成等部分組成，如圖1所示。各部件保證蓄電池箱在車輛運行過程中的安全和穩定。

2 技術要求

2.1 材質要求

蓄電池箱所用板材和型材厚度≤10 mm的均采用不銹鋼（06Cr19Ni10）。箱體框架材料采用厚度不小于4 mm的鋼板制作，箱體蒙皮采用厚度不小于2 mm的鋼板制作，吊耳采用厚度不小于8 mm的鋼板制作。材料應符合GB/T 3280—2015《不銹鋼冷軋鋼和鋼帶》的規定。蓄電池箱內所使用的緊固件、開口銷及外部緊固裝置材質均為不銹鋼。

2.2 機械結構要求

蓄電池箱箱體及箱門之間固定后，不應有松動、錯位現象。蓄電池箱內部元器件應方便正常操作，并便于安裝與維護。蓄電池箱箱體應在滿足最大的容納空間基礎上保證足夠的強度，蓄電池箱采用框架式結構。

小車與箱體之間應有橫向及縱向的緊固機構，防止列車運行中小車及蓄電池晃動及磕碰。蓄電池與托盤間縫隙采用阻燃PP板或類似阻燃材料進行填充。

蓄電池箱托盤采用玻璃鋼材料，底部設置排水口，至排水口中心應有3～5 mm的坡度。托盤表面應平整，對角線之差不大于3 mm，厚度應均勻且不小于2 mm。托盤彎曲強度不小于80 MPa。

推拉式蓄電池箱，拉出（推入）小車時，滑動機構應順暢靈活，用不超過300 N的拉力（推力）即可拉出（推入）裝載蓄電池的小車。

蓄電池箱應設置通風裝置以滿足蓄電池所需通風量要求。

3 通風量計算

DC110 V蓄電池為排氣式鎳鎘蓄電池。DC110 V蓄電池箱由一位側蓄電池箱和二位側蓄電池組成。為保證電池箱上設置通風裝置以滿足蓄電池所需通風面積的要求，需要對蓄電池箱需要最小通風面積及電池箱上設計通風面積進行計算，并驗證電池箱上設計通風面積是否滿足蓄電池箱需要最小通風面積要求。箱體上部開孔面積遠大于通風罩板的開孔面積，因此計算罩板通風口面積即可。箱體通風罩板如圖2所示。

每個通風板的通風面積S=12×0.75×2=18 cm2，因每個箱體上設有2個通風板，則每個箱體通風總面積S總=18×2=36 cm2。66711F03-0D74-433B-951E-E1B68CF413F7

即每個蓄電池箱體上設置的通風孔面積36 cm2大于蓄電池廠家提供的蓄電池箱需要最小通風面積為32.76 cm2，滿足技術要求。

4 強度計算

依據標準EN 12663-1：2010《鐵路應用-鐵路車輛車體的結構要求第1部分：機車和客運車輛》，對時速160 km動力集中電動車組控制車蓄電池箱進行靜強度分析，為蓄電池箱的安全性提供理論依據。

蓄電池箱外形尺寸長1504 mm、寬580.5 mm、高681.5 mm，箱體重量約為270 kg。箱中包括兩組蓄電池組，每組蓄電池總重約180 kg。蓄電池箱在蓄電池安裝完畢后，重心應該位于其幾何中心處。

蓄電池箱整體材料采用不銹鋼06Cr19Ni10。依據標準EN 12663，參考材料標準GB/T3280—2015《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》，安全系數S取1.15。材料06Cr19Ni10屈服強度按照205 MPa，許用應力178 MPa計算。

計算采用HyperMesh進行前處理，應用分析軟件ANSYS進行計算。模型采用的是殼體單元，電池組采用質量單元并由剛性元懸掛于箱體上。蓄電池箱體結構規模為792 079單元和635 618個節點。整體有限元模型如圖3所示。圖4為施加質量單元情況，圖5為電箱吊裝處施加約束情況，約束加在吊耳安裝孔板上。

按照標準EN 12663的要求，在有限元計算中將表1中加速度載荷進行組合，表2為其組合工況列表。

計算結果分析：根據各個組合工況的作用計算箱體的靜強度，在各組合工況作用下蓄電池箱各部分小于相應材料的許用應力，滿足強度設計要求。

5 振動、沖擊試驗

根據GB/T 21563—2018中I類A級要求，在實驗室環境氣候條件下，工況為安裝電池情況下（電池允許用相同形狀及種類的其他材料代替），模擬長壽命振動試驗、沖擊試驗、功能性隨機振動試驗。

（1）試驗過程。試驗前，模擬實車安裝，用壓板、螺桿將帶有實物的夾具安裝在振動臺臺面上;試驗中，共安裝了4個加速度計，振動試驗使用加權平均控制方法，沖擊試驗采用單點控制方法。

（2）試驗結果。試驗結束后，樣品狀態如圖6所示。蓄電池箱外觀無明顯變形，結構無機械性損傷;緊固螺栓無松動、脫落;零部件無松動、脫落;各焊縫未開裂;門鎖能正常打開、鎖緊;軌道小車能正常抽出、推回，無異常噪聲，動作順暢。

6 結束語

通過對160 km（鼓型車）動力集中動車組控制車蓄電池箱結構的分析發現，要通過大量的理論計算、試驗驗證蓄電池箱結構滿足軌道車輛的技術要求及使用需求。目前，推拉式蓄電池箱結構已廣泛用于軌道車輛，該結構穩定性好，便于后續列車服役過程中進行檢查及維修。

參考文獻

[1] 鐵路應用-鐵路車輛車體的結構要求第1部分：機車和客運車輛：EN 12663-1—2010[S].

[2] 軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗：GB/T21563—2018[S].66711F03-0D74-433B-951E-E1B68CF413F7