基于AAR標(biāo)準(zhǔn)的米軌礦石車車體強(qiáng)度分析

趙鐵++劉春林

摘 要：該文介紹了米軌礦石車車體結(jié)構(gòu)及有限元模型，根據(jù)AAR M-1001-2007《貨車設(shè)計(jì)制造規(guī)范》規(guī)定的計(jì)算工況，利用ANSYS軟件進(jìn)行了車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，計(jì)算分析結(jié)果表明，米軌礦石車車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足AAR標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：米軌礦石車 車體結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度 AAR標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（c）-0090-01

米軌礦石車是中國北車集團(tuán)沈陽機(jī)車車輛有限責(zé)任公司為澳大利亞塔斯馬尼亞鐵路公司設(shè)計(jì)的。為了確保車體鋼結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，需對(duì)車體結(jié)構(gòu)按北美鐵道協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AAR M 1001-2007《貨車設(shè)計(jì)制造規(guī)范》進(jìn)行有限元分析。

1 主要技術(shù)參數(shù)

見表1。

2 主要結(jié)構(gòu)

該車車體為有中梁、側(cè)壁承載、平地板全鋼焊接結(jié)構(gòu)，具有自重輕，容積大的特點(diǎn)。主要由底架組成、端墻組成、側(cè)墻組成、車頂組成等部件組成。底架組成由中梁、大橫梁、枕梁、縱向梁及地板等組焊而成。采用冷彎中梁，后從板座為組焊式結(jié)構(gòu)；枕梁為雙腹板箱形變截面結(jié)構(gòu)，橫梁為單腹板工字形組焊梁，與側(cè)柱相連的補(bǔ)強(qiáng)板組焊，其他位置的縱向梁為壓型槽鋼，連接梁為壓型角鋼；底架枕梁處設(shè)置墊板及吊板。側(cè)墻由上側(cè)梁、側(cè)柱、連接梁、補(bǔ)強(qiáng)板和側(cè)板等組成，上側(cè)梁為冷彎矩形方管，連接梁為冷彎角鋼，側(cè)柱為槽形冷彎型鋼。端墻由上端梁、橫帶、角柱、端立柱和端板等組成，上端梁為冷彎矩形方管，橫帶和端立柱為型鋼，角柱為壓型角鋼。

3 有限元模型

采用ANSYS軟件，按照車體的結(jié)構(gòu)尺寸，簡化了圓弧、小筋板及倒角不影響結(jié)果的一些細(xì)節(jié)，建立1/2車體幾何模型，并采用Shell181單元對(duì)車體幾何模型進(jìn)行離散。心盤、旁承處為車體垂向承載位置，為準(zhǔn)確模擬轉(zhuǎn)向架剛度，避免人為應(yīng)力集中，在承載位置建立Beam4梁單元和Combin14彈性單元。

4 載荷工況

根據(jù)用戶的鐵路運(yùn)輸技術(shù)要求，米軌礦石車靜強(qiáng)度參照AAR M 1001-2007的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算載荷如下。

4.1 垂向載荷

垂向載荷主要包括皮重和貨物載荷。

在額定載重57.2 t的基礎(chǔ)上，再加上車體皮重7.8 t后，垂向載荷為637.65 kN。

4.2 牽引載荷

根據(jù)AAR M-1001-2007 4.1.8條標(biāo)準(zhǔn)，牽引載荷確定為1560 kN。

載荷以壓力的形式沿車鉤中心線作用于前從板座上。

4.3 緩沖載荷

根據(jù)AAR M-1001-2007 4.1.8條標(biāo)準(zhǔn)，將緩沖載荷確定為1560 kN。

載荷以壓力的形式沿車鉤中心線作用于后從板座上。

4.4 車端壓縮載荷

根據(jù)AAR M-1001-2007 4.1.9的要求，4450 kN載荷以壓力的形式沿車鉤中心線作用于后從板座上。

4.5 橫向力（散粒貨物側(cè)壓力）

側(cè)墻和端墻上的橫向壓力載荷是采用Coulomb公式計(jì)算的。

忽略壁摩擦

AAR M 1001-2007中規(guī)定，對(duì)車體受到的縱向拉伸壓縮載荷、垂向載荷和橫向力的組合工況進(jìn)行強(qiáng)度校核（表2），且車體結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力不得超過材料屈服極限以及強(qiáng)度極限值的80%。

5 靜強(qiáng)度計(jì)算

車體在各工況載荷作用下總體及部件的最大應(yīng)力值及出現(xiàn)的位置見表3。可以看出，車體最大應(yīng)力發(fā)生在工況2，其最大應(yīng)力點(diǎn)位置及周邊應(yīng)力分布。計(jì)算結(jié)果表明，車體在各個(gè)工況下節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，靜強(qiáng)度滿足AAR標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)語

根據(jù)AAR M 1001-2007規(guī)定的載荷工況對(duì)米軌礦石車進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，計(jì)算結(jié)果如下：

（1）拉伸工況時(shí)，沖擊座與底架端部連接處應(yīng)力較大，應(yīng)予以關(guān)注；

（2）車體結(jié)構(gòu)方案的總體結(jié)構(gòu)及其部件的靜強(qiáng)度均滿足AAR標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻(xiàn)

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