孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力總成公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)

郭耀華　孫梅云

摘 要：孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車組項(xiàng)目是根據(jù)孟加拉城際間鐵路客運(yùn)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)的內(nèi)燃動(dòng)車組。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置在動(dòng)車車下。由于受到空間的限制，動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)際可用空間較小。所以將柴油發(fā)電機(jī)組、充電機(jī)、柴油機(jī)空氣冷卻裝置、進(jìn)氣濾清器、排氣消音器、靜液壓泵、膨脹水箱以及各系統(tǒng)之間的連接管路共同集成在一個(gè)公用構(gòu)架上，構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)中的動(dòng)力總成。由此可見動(dòng)力總成的公用構(gòu)架的重要性。本文簡(jiǎn)要介紹了孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力總成公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證方法。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成；內(nèi)燃動(dòng)車組；公用構(gòu)架

1 研究背景

孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車組項(xiàng)目是根據(jù)孟加拉城際間鐵路客運(yùn)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)的內(nèi)燃動(dòng)車組。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置在動(dòng)車車下。由于受到空間的限制，動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)際可用空間較小。所以將柴油發(fā)電機(jī)組、充電機(jī)、柴油機(jī)空氣冷卻裝置、進(jìn)氣濾清器、排氣消音器、靜液壓泵、膨脹水箱以及各系統(tǒng)之間的連接管路共同集成在一個(gè)公用構(gòu)架上，構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)中的動(dòng)力總成。此種高度集成的動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)尚未有成功的產(chǎn)品，該型動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)研發(fā)及成功應(yīng)用將會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)的內(nèi)燃動(dòng)車組用動(dòng)力總成的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

因?yàn)閯?dòng)力總成中的各個(gè)部件是通過(guò)一個(gè)公用構(gòu)架有機(jī)的組合成為一個(gè)整體，所以公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)是整個(gè)動(dòng)力總成設(shè)計(jì)中的重中之重。

2 公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)

動(dòng)力總成中集成有多個(gè)部件且車下空間狹小，為使動(dòng)力總成及公用構(gòu)架能夠滿足使用要求，我們利用三維軟件對(duì)公用構(gòu)架及柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等需要集成到構(gòu)架上的設(shè)備進(jìn)行三維建模。

在公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)中，彎曲部位采用大半徑的圓滑過(guò)渡，力求減小應(yīng)力集中。在主要承載點(diǎn)處設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)筋板用于增加承載點(diǎn)處吊掛的強(qiáng)度。同時(shí)為了減小安裝面處的加工量，在需進(jìn)行精加工的安裝面處設(shè)置墊板。安裝面上的安裝孔在構(gòu)架組焊完成后再進(jìn)行加工，雖然增加了孔的加工難度，但是很好的保證了安裝精度，并且相對(duì)降低了構(gòu)架組焊的精度要求。

為保證整個(gè)動(dòng)力總成的安全性，公用構(gòu)架必須具有足夠的強(qiáng)度。所以公用構(gòu)架采用了整體箱型拼焊結(jié)構(gòu)。鋼板材質(zhì)選用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。焊縫盡量遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)域。焊縫質(zhì)量符合EN15085《鐵路上的應(yīng)用——鐵路車輛及其部件的焊接》標(biāo)準(zhǔn)。

3 公用構(gòu)架的計(jì)算

構(gòu)架同時(shí)承受著柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷卻裝置、消音器、空濾器、水箱、等大質(zhì)量部件的力，受力情況復(fù)雜。為確保公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)能夠滿足實(shí)際運(yùn)營(yíng)中強(qiáng)度的要求，對(duì)孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力總成公用構(gòu)架進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算。

取構(gòu)架模型，并用質(zhì)量單元描述各懸掛設(shè)備的重心位置，各個(gè)設(shè)備與構(gòu)架的連接采用質(zhì)量單元+剛性元方式進(jìn)行模擬；計(jì)算考慮兩種工況下載荷的影響，載荷均施加在模擬各個(gè)的質(zhì)心的質(zhì)點(diǎn)上面，其兩種工況如下表所示。

通過(guò)有限元分析及計(jì)算得出主體構(gòu)架的最大應(yīng)力小于材料的屈服極限，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 公用構(gòu)架的試制、改進(jìn)

在構(gòu)架的試制過(guò)程中，出現(xiàn)構(gòu)架橫梁上的輔助吊座安裝面加工精度不易保證，經(jīng)分析認(rèn)為此吊的剛度不夠，在加工平面的時(shí)候刀具使其產(chǎn)生變形，以致其超出設(shè)計(jì)尺寸公差范圍，為了增加該處剛度，修改了原設(shè)計(jì)，使輔助吊座處成為一個(gè)箱型結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)也在后續(xù)的構(gòu)架加工中得到了驗(yàn)證。

另外，因墊板是后續(xù)周圈焊接到構(gòu)架上的安裝座底板上的，所以在加工完安裝孔后，墊板與安裝座底板之間會(huì)出現(xiàn)縫隙，不易進(jìn)行防腐處理。為此我們更改了墊板的結(jié)構(gòu)，避免了縫隙的出現(xiàn)。

最后，通過(guò)對(duì)構(gòu)架的試制，使得我們對(duì)我廠設(shè)備的加工精度及工人的技能有了更深的了解，在此過(guò)程中，我們對(duì)構(gòu)架的加工精度及公差進(jìn)行了適應(yīng)性的更改，既可以達(dá)到使用要求，又降低了加工制造的成本。

通過(guò)此構(gòu)架的試制工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力總成公用構(gòu)架設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證以及優(yōu)化改進(jìn)，從而有效提高并完善了內(nèi)燃動(dòng)車組產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制造質(zhì)量的最終目標(biāo)。

5 總束語(yǔ)

高度集成的動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)形式在國(guó)外已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。但在國(guó)內(nèi)，尚屬首次研發(fā)并進(jìn)行應(yīng)用。而作為動(dòng)力總成的核心部件——公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)更是動(dòng)力總成研發(fā)成功與否的關(guān)鍵。本文概述了孟加拉內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力總成公用構(gòu)架的設(shè)計(jì)方法，相信可以為以后的類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供一些新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]張娜.孟加拉車構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告[J].唐山軌道客車有限責(zé)任公司，2012.

作者簡(jiǎn)介：郭耀華（1981.8-），男，漢，河北省豐寧縣，工程師，學(xué)歷：工學(xué)碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。