緬甸米軌客車車體設計

郝曉明,安 赟,王 強（南車四方車輛有限公司,山東 青島266111）

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緬甸米軌客車車體設計

郝曉明,安 赟,王 強
（南車四方車輛有限公司,山東 青島266111）

摘 要：主要闡述緬甸米軌客車車體的結構特點和各主要部件的結構設計，并對車體的靜強度及模態進行了分析計算、試驗，檢驗和驗證了設計車體結構的強度水平。

關鍵詞：米軌客車；車體；結構；強度；有限元；試驗

1 引言

緬甸客車屬適用于米軌的客運車輛，運行環境濕熱，路況條件較差。通過考慮使用條件，分析車輛載荷，合理分布材料，規劃各部結構，設計滿足客戶要求的車體。

2 車體結構概述

2.1 緬甸國內現用客車狀況

緬甸國內現用客車普遍由國外進口，且國別不一，差異較大。對于現有車輛，其弊陋主要集中在以下2個方面：

（1）技術落后，底架仍采用中梁結構，笨重；

（2）端部結構粗糙，車輛連掛不緊密，舒適性差。

根據緬方合同的技術要求，結合對國內25型鐵路客車成熟技術的借鑒，設計車體。

2.2 車體結構特點

車體為全鋼焊接、整體承載、薄壁筒形碳鋼結構，設計壽命為30年。車體兩側盡可能地平滑流暢，避免設置突出的安裝件。

車體采用無中梁底架結構，其中，底架采取強化設計，以提高強度。此外，按客戶要求采用AAR H型車鉤，但采取一定改型，減小空間占用。采用橡膠風擋，并增加緩沖裝置，提高車輛運行舒適性。

2.3 主要技術參數

車體主要技術參數（見表1）。

2.4 材料選用原則

鑒于緬甸環境濕熱，車體所用材料以耐候鋼Q295GNH (厚度3-6mm)/Q310GNH(厚度≤3mm)為主，部分使用普通碳鋼Q235B，重要受力部位型材及板材均采用高耐候結構鋼Q345B，局部易腐蝕部位采用不銹鋼。

2.5 強度準則

根據客戶要求，車體需承受車鉤中心線方向不低于120t的縱向壓縮載荷，且不產生永久變形。經分析相關標準，計算、試驗載荷及工況按照TB1335執行。

表1

3 車體結構設計

3.1 總體

緬甸客車車體采用整體承載，斷面為薄壁筒形結構。其結構見圖1。

車體主要由端墻、車頂、底架、側墻、車鉤及緩沖裝置、風擋等組成。車廂兩端設通過臺，向內經盥洗室/廁所間，至中部客室。

一、四位角端部設蹬車頂扶梯、腳蹬，四角門及端門設計不銹鋼扶手，四角門設計直立腳蹬。

3.2 端墻結構

外端墻鋼結構由骨架、墻板、風擋立柱、端腳柱、扶梯、渡板等組成；骨架橫梁立柱均采用薄板軋制C型梁，骨架下部設計貫穿邊梁，見圖2。

3.3 車頂結構

車頂主要由骨架、頂板、水箱平頂和各種吊卡構成，車頂兩端設水箱平頂，平頂板為不銹鋼；中部均布五組通風帽。骨架彎梁采用薄板軋制帽型梁，穩定性好；縱梁采用軋制L型梁。

3.4 底架結構

底架結構直接承受乘客、車下設備等垂向載荷，車輛制動、牽引等縱向載荷；是主要的承載部件；主要由牽枕緩組成、地板、邊梁、橫梁以及設備安裝座等組成，見圖3。

一是盡快擴大中央小型農田水利工程建設專項資金規模，建議2012年小型農田水利補助資金規模增加到300億元；二是將小型農田水利設施改革試點全面推開，將中西部地區及糧食主產區補助比例提高到70%；三是允許在補助資金中提取適當比例用于農村水利組織改革、農民用水戶協會的組建、開辦等工作經費；四是引導農民抵押土地流轉權借入信貸資金投入農村水利基礎設施建設；五是引導社會資本參與農村飲水安全工程和農村小水電項目建設，創新公私合作制、股份制或合伙制等多種形式；六是在小水能資源豐富的地區，鼓勵由鄉政府用集體資產提供無償擔保幫助農戶貸款興辦農村小水電。

為保證室內高度，波紋地板采用沉降式安裝，見圖3右圖；其次，為保證車輛連掛端間距，底架兩端相對上部結構各收縮100mm。

以上對底架強度產生較大影響，為此，對底架采取強化設計。首先，牽枕緩、邊梁均采用Q345B高強度結構鋼，板材厚度為8mm～12mm；其次，增加局部補強，見圖3左，包括牽引梁“刀把”應力危險區、枕梁與邊梁連接的前后端增加長大補強板、邊梁局部增加封口立板。

基于提高耐腐蝕性能而采用的不銹鋼制波紋地板，其屈服強度不低于345MPa。

3.5 側墻結構

側墻結構由墻板、骨架、上邊梁、焊件、隔熱材等組成；骨架橫梁、立柱采以乙型梁為主。其中，客室為雙層活動窗，窗間設窗框，窗間立柱及橫梁均采用小高度截面。

3.6 車鉤及緩沖裝置

采用AAR-H型車鉤，與轉向體、緩沖裝置、托梁裝置配套使用，具有連掛間隙小、綜合性能優良等特點，能良好滿足客車運行需要，見圖4。

單車時由托梁裝置托舉車鉤，連掛運行時，鉤緩裝置的橫向搖擺及垂向俯仰由轉向體實現。

為適應米軌客車使用需要，對緩沖裝置進行一定的調整，壓縮前后從板間距至345mm；車鉤保留鉤頭結構，但采用短鉤身設計。

H型車鉤的靜拉破壞強度(kN) 2660

連掛間隙（mm）2.8±1

緩沖裝置阻抗力（kN）1200

行程（mm）55

車鉤水平轉角20o

車鉤垂向轉角6o

托梁鞍行程（mm）70

3.7 橡膠風擋

采用橡膠風擋，由一個橫膠囊和兩個立囊組成，并用螺栓連接至車端結構。立膠囊的內側設有擋手條，橫膠囊設導雨條、防曬板。車廂連掛時，膠囊被壓成橢圓形狀，起到密封作用。

橡膠風擋結構簡單，路況適應性強，特別適合緬甸現有鐵路狀態。

4 車體強度計算

車體基本結構確定后，通過計算檢驗其強度。

4.1 有限元模型

利用Catia軟件建立車體3D模型，并采用Ansys對其進行有限元分析。

為了計算的準確性，車體有限元模型的構成以任意四節點薄殼單元為主，三節點薄殼單元為輔。車體結構的有限元模型單元總數為1382673，節點總數為893625。車體有限元模型見圖5。

4.2 強度、模態評價標準

車體所用材料及性能參數（見表2）。

表2

強度原則：在所有計算工況，車體各部件的最大Von- Mises應力均不得大于該部件所用材料的屈服強度。

模態分析要求車體振動頻率偏離其他附屬設備自振頻率，防止產生共振。

4.3 計算工況

根據TB/T1335，客車靜強度計算工況分為：垂向載荷工況；縱向載荷工況；頂車工況及設備沖擊工況。

4.4 結果分析

通過計算，得出各工況應力、位移云圖，其中，縱向壓縮工況應力云圖見圖6。

各工況計算結果見下表（表3）。

表3

計算結果表明，車體最大應力均不超過對應材料屈服強度，滿足靜強度要求。

此外，分別從空車、整備、超員三種工況分析車體模態，空車模態振型見圖7：

經分析，車體在不同狀態下的模態頻率值與同類車輛吻合，振型合理。

5 車體靜強度試驗

首輛車體制造完成后，對其做靜強度試驗，進一步檢驗車體強度。

5.1 測點布置

根據靜強度計算結果布置檢測點，牽枕緩測點布置見圖8：

5.2 試驗工況

試驗分為垂向加載、縱向加載、扭轉試驗、頂車試驗，各項試驗分別進行3次，結果取平均值。

5.3 結果分析

實驗結果見表4。

試驗結果表明，該車的強度和剛度與計算結果基本一致，滿足客戶要求。

6 結論

緬甸客車是應緬方要求而設計的適用于米軌的客運車輛，車體材料選用考慮了緬甸當地環境濕熱的特點，并對局部結構進行了強化設計。采用Catia三維建模與Ansys有限元分析相結合，首車實驗驗證的方法，設計了具備良好強度、剛度的車體，滿足了客戶需求；同時，該產品也為米軌客車設計提供了一款可借鑒平臺。目前，該車首批次已順利交付客戶，并將很快投入使用。

參考文獻：

[1]大連交通大學. 緬甸客車車體靜強度、剛度和模態分析報告[R].2015.

[2]TB/T1335-1996 鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范[S].北京：中華人民共和國鐵道部；國家標準化管理委員會，1996.

[3]嚴雋耄，傅茂海.車輛工程（第三版）[M].北京：中國鐵道出版社,2008.

[4]青島四方車輛研究所有限公司.緬甸客車車體靜強度試驗報告[R].2015.

表4　試驗結果應力及合成應力單位：MPa

作者簡介：郝曉明（1982-），男，山東煙臺人，研究生，工程師，研究方向：機客車車體結構設計。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.185