CKD9B型內燃機車燃油箱設計

116022 大連機車車輛有限公司技術開發部 遼寧 大連|楊帆

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CKD9B型內燃機車燃油箱設計

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摘要：CKD9B機車是大連機車車輛有限公司為新西蘭國家鐵路研發的內燃機車。本文主要介紹了CKD9B型內燃機車燃油箱的結構設計，重要附件的選型，以及結構強度計算。關鍵詞：燃油箱；鋼結構；強度計算；內燃機車

2009年以前，新西蘭國內機車均為30年前GE、EMD公司的產品。為了更新換代，對方到我公司進行了多次考察，最終簽訂供貨合同。燃油箱是機車上重要部件，也是整車設計的重點。

燃油箱概述

CKD9B型內燃機車燃油箱的箱體包含蓄電池箱、檢修口、燃油液位觀察器、加油口和吸油筒等主要部分。容積4630L，用4個螺栓懸掛在機車底架中梁上。

a鋼結構

燃油箱主要由上蓋板、底板、端板、主力板、橫隔板、縱隔板和蓄電池箱蓋等組焊而成，結構參見圖1。

圖1　燃油箱鋼結構三維模型

上蓋板上面開有塞焊孔，且翻邊可以增加箱體的剛度。底板采用壓型件，端板上焊接油箱吊座和風缸座。主力板是油箱的主要承載件，油箱及燃油的重量通過它和端板傳給油箱螺栓再傳到底架中梁上。為了減小運行中燃油晃動對油箱壁的沖擊，其中布置有兩排縱隔板和 4排橫隔板，且隔板中部均開有帶翻邊的大孔以便燃油流動和檢修。

燃油箱左右主立板外側的前部安裝蓄電池箱，每側有4個；人員可以通過頂蓋上的檢查孔進入油箱內檢修；兩邊端板上各有一個觀察孔蓋，用于觀察維修；端部設有總風缸固定架；箱體的后端中部設有吸油筒；底部設有清洗口和排油螺堵。

b燃油箱重要附件

①油尺

油箱兩側各有一個小的油尺，在加油口旁邊，用于加油的時候觀察油位。

②自動加油口

為了與鐵路燃油加注設備相匹配，油箱加油口采用和新西蘭國內相同的外購件，具有自動加油斷油功能。加油時，由操作人員將專用加油管與加油口連接上（螺紋連接），擰緊固定后即可自動進行加油。加滿油后，加油口會自動停止加油，操作人員再將連接管取下便可。

③吹氣式液體體積測量儀

燃油箱內的液位儀采用吹氣式液體體積測量儀。通過一根鋼管向油箱里通氣，系統根據壓力反饋能夠計算出油箱里所剩燃油的體積，同時在顯示屏幕上輸出數值。

c燃油箱箱體及其吊裝的強度校核

①計算模型

計算用ANSYS軟件進行，燃油箱為空間板殼組合結構，計算時用4點平殼單元模擬。計算約束取在4個油箱吊座處。計算模型中共劃分節點53022個，單元52387個。

②箱體計算工況和作用載荷

垂直載荷工況

作用載荷為油箱、燃油、總風缸和蓄電池的自重。此外，燃油自重按線性分布規律，分別按水平方向作用在相應的油箱各縱橫外側立板上。

緊急制動工況

作用載荷為工況（3.2.1）中的全部垂直載荷和各間隔內燃油質量作用于各相應橫向立板上的均布縱向慣性力之和，以及總風缸質量作用于油箱端板的縱向慣性力與各蓄電池箱質量作用于其相應橫隔板的縱向慣性力之和。

機車蛇行工況

作用載荷為工況（3.2.1）中的全部垂直載荷和各間隔內燃油質量作用于各相應縱向立板上的均布橫向慣性力之和，以及總風缸質量作用于油箱端板的橫向慣性力與各蓄電池箱質量作用于其相應主立板的橫向慣性力之和。

③箱體計算結果

垂直載荷工況

燃油箱的最大應力產生在油箱吊座處，其值為σ= 66.5MPa。

緊急制動工況

燃油箱吊座上的應力最大，其中最大應力產生在油箱后端的吊座上，其值為σ= 199.7MPa。

機車蛇行工況

燃油箱的最大應力產生在靠近油箱端部的主立板上，其值為σ= 141.5MPa。

④油箱吊裝

燃油箱通過4個M36的螺栓吊裝在底架橫梁上，螺栓的強度需要校核。現對垂直載荷工況（螺栓受拉）和緊急制動工況（螺栓受剪切和擠壓）進行螺栓強度計算。

垂直載荷工況

緊急制動工況

三種工況下最大應力分別為σ= 66.5MPa（垂直載荷），σ= 199.7MPa（緊急制動）和σ= 141.5MPa（機車蛇行），均遠低于其材質的屈服應力σ=345.0MPa。吊裝螺栓在垂直載荷工況的拉應力和緊急制動工況的剪應力、擠壓應力均分別低于其相應的許用應力。因此，燃油箱及其吊裝螺栓的強度足夠。

結語

CKD9B型內燃機車燃油箱的結構與功能符合設計規范要求，為了滿足燃油箱箱體的強度和剛度要求，我們采用計算機仿真分析來校核與優化設計，從而得到安全可靠的箱體結構。

參考：

［1］周衍柏.理論力學教程.北京：高等教育出版社. 2009.

［2］鮑維千.內燃機車總體及行走部.北京：中國鐵道出版社，2007.