既有25T型鐵路客車換裝統(tǒng)型真空集便裝置設(shè)計(jì)及鋼結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度計(jì)算分析

石闖 于德財(cái)

摘 ?要：針對(duì)部分25T型軌道客車裝用老式進(jìn)口集便裝置（型號(hào)EVAC、MONOGRAM）檢修困難、周期長(zhǎng)、費(fèi)用及故障率高等問(wèn)題，故對(duì)配屬南昌鐵路局RW25T554078車進(jìn)行試裝改造，將原車集便裝置換裝為統(tǒng)型真空集便裝置。應(yīng)用ANSYS workbench等有限元分析軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)改造區(qū)域進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析加以驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：軌道客車;集便裝置統(tǒng)型;鋼結(jié)構(gòu)改造;靜強(qiáng)度分析

1 引言

EVAC2000P集便裝置自2004年～2007年主要裝用于25G（T）型鐵路客車，約200輛車，2009年后EVAC2000P集便裝置未再裝車。根據(jù)車輛既有平面布置、污物箱吊裝形式，實(shí)施換裝統(tǒng)型集便裝置可分為車輛平面布置調(diào)整、污物箱吊裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)型及通用部分換裝改造三部分。

本設(shè)計(jì)適用于裝設(shè)EVAC2000P集便裝置的25T型客車換裝統(tǒng)型集便裝置，對(duì)車輛污物箱原為懸吊式結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一改為托挽式結(jié)構(gòu)。

2 改造技術(shù)方案介紹

2.1車輛平面布置調(diào)整

軌道客車廁所整體玻璃鋼間維持所占位置不變，對(duì)原集便裝置沖水組件盤(pán)裝設(shè)在廁所整體間凸出三角檢查罩內(nèi)的結(jié)構(gòu)，將該檢查罩整體切割取消并取直補(bǔ)齊;將統(tǒng)型氣水控制盤(pán)裝設(shè)在新?lián)Q洗手器下部;乘務(wù)員室內(nèi)適當(dāng)位置增設(shè)集便控制箱。

2.2污物箱吊裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)型

現(xiàn)車污物箱吊梁與車體吊梁為螺栓連接的懸吊式結(jié)構(gòu)時(shí)，須割除現(xiàn)車車體吊梁及相關(guān)料件，改造為符合統(tǒng)型結(jié)構(gòu)的托挽式吊梁。改造結(jié)構(gòu)相關(guān)區(qū)域須進(jìn)行有限元靜強(qiáng)度分析。

2.3通用部分換裝改造

2.3.1真空集便裝置

取消原車EVAC2000P集便裝置部件，換裝符合統(tǒng)型真空集便裝置。污物箱容積符合統(tǒng)型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，吊梁結(jié)構(gòu)采用托挽式，進(jìn)污口、抽真空口位置可適當(dāng)調(diào)整;廁所水盤(pán)更新，水盤(pán)設(shè)有統(tǒng)型集便裝置風(fēng)管路、水管路、電伴熱線通過(guò)孔;廁所采用蹲式便器時(shí)車下設(shè)便器防護(hù)箱，可參照原車在防護(hù)箱內(nèi)設(shè)電伴熱或可控溫加熱裝置，防護(hù)箱應(yīng)便于檢查排泄閥組件;集便裝置供水管路根據(jù)氣水控制盤(pán)位置進(jìn)行配置。

2.3.2集便裝置電氣控制及電氣配線

針對(duì)25T型軟臥車新增集便控制箱，設(shè)置于乘務(wù)員室內(nèi)。集便控制箱電氣原理符合集便統(tǒng)圖要求。遇有車下線槽、線盒及線管等與新增橫梁或車體污物箱吊梁及車下新增便器防護(hù)箱干涉時(shí)，對(duì)車下線槽、線盒及線管等進(jìn)行移位或改制。

2.3.3其它

制動(dòng)部位對(duì)應(yīng)的集便裝置供風(fēng)管路適當(dāng)調(diào)整改造，同時(shí)注意列車管、總風(fēng)管管路活接頭不可位于污物箱上方及車體底架狹小空間的問(wèn)題，以便于檢修操作。原車集便裝置信息顯示模塊取消后對(duì)應(yīng)廁所間壁或潔具柜上的孔洞封堵，乘務(wù)員室頂板上新開(kāi)集便控制箱過(guò)線孔等。

3改造計(jì)算分析

3.1概述

根據(jù)TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的相關(guān)要求，對(duì)RW25T554078車550L污物箱吊裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度分析，以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2分析對(duì)象

污物箱吊梁結(jié)構(gòu)為更改后的適用于統(tǒng)型污物箱的吊裝結(jié)構(gòu)，包括新加裝的橫梁、原舊橫梁、新裝污物箱吊梁及固定用部分牽引梁和邊梁。該吊裝結(jié)構(gòu)根據(jù)要求和統(tǒng)型污物箱實(shí)際結(jié)構(gòu)及周邊部件位置進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程充分考慮了車輛的實(shí)際運(yùn)行條件及緊固組對(duì)形式，各部位所用的材料如表3-1所示，許用應(yīng)力安全系數(shù)取1.5。

3.3計(jì)算模型

RW25T554078車污物箱吊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用CAXA3D實(shí)體軟件建立三維模型，有限元建模過(guò)程中對(duì)部件進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。采用Hypermesh軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，吊裝結(jié)構(gòu)均離散為薄殼單元，對(duì)重要位置進(jìn)行局部細(xì)化。污物箱吊裝結(jié)構(gòu)共劃分23014個(gè)節(jié)點(diǎn)，22294個(gè)單元。

3.4分析工況

根據(jù)TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，當(dāng)結(jié)構(gòu)和載荷均對(duì)稱時(shí)，可沿對(duì)稱面截取1/2模型進(jìn)行計(jì)算，故本次僅對(duì)吊裝結(jié)構(gòu)右側(cè)部分進(jìn)行計(jì)算。對(duì)污物箱吊裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)按照相當(dāng)于下列加速度的慣性力進(jìn)行強(qiáng)度核算：縱向3g，橫向1g，垂向3g。模型以實(shí)際吊梁受力面為基準(zhǔn)，按照污物箱滿裝時(shí)的一半重量，施加相應(yīng)方向的慣性力，設(shè)置四種工況。對(duì)邊梁和牽引梁兩端進(jìn)行約束。

3.5分析結(jié)果及結(jié)論

3.5.1污物箱吊裝組成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)果

RW25T554078車改換統(tǒng)型污物箱吊梁組成通過(guò)有限元分析計(jì)算得出，污物箱吊梁組成結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力發(fā)生在工況四，吊梁與原橫梁焊接處，為207.47MPa，小于許用應(yīng)力230MPa，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。該極限工況下，疲勞壽命最短的位置也發(fā)生在該處，循環(huán)壽命為22408，安全因數(shù)為0.42。

3.5.2結(jié)論

由計(jì)算結(jié)果可知，RW25T554078車的550L污物箱吊裝結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力計(jì)算結(jié)果滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。由于計(jì)算工況為極限情況，因此部件的實(shí)際疲勞壽命遠(yuǎn)高于計(jì)算值。

4結(jié)論

通過(guò)本次試改，驗(yàn)證了統(tǒng)型真空集便裝置與老式進(jìn)口集便裝置互換的可行性，為后續(xù)全鐵路范圍內(nèi)執(zhí)行相關(guān)換改提供理論及實(shí)物改造設(shè)計(jì)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王宗杰，熔焊方法及設(shè)備[J]普通高校教育十一五重點(diǎn)規(guī)劃教材，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]運(yùn)輛客車函〔2012〕612號(hào)關(guān)于印發(fā)《既有25G（K）型客車加裝真空集便裝置改造技術(shù)方案》的通知.

[3]鐵總運(yùn)〔2014〕67號(hào)關(guān)于公布《客車真空集便裝置暫行技術(shù)條件和客車真空集便裝置統(tǒng)型圖紙》的通知.

[4]杜平安，有限元網(wǎng)格劃分基本原則[J]，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000（1）：34-36.