鐵路客車用蓄電池箱箱門結(jié)構(gòu)優(yōu)化

王倩 王佳利

摘要：以鐵路客車蓄電池箱為研究對(duì)象，針對(duì)蓄電池箱常見箱門變形和密封不嚴(yán)等問題，對(duì)箱門的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并通過靜強(qiáng)度分析和IP防護(hù)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果。

關(guān)鍵詞：蓄電池箱門;有限元;優(yōu)化

蓄電池是軌道車輛的重要設(shè)備，它為車輛在應(yīng)急情況下提供通風(fēng)、照明、監(jiān)控、通信等設(shè)備的后備電源，蓄電池箱是蓄電池的承載構(gòu)件，對(duì)列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要作用。鐵路客車蓄電池箱由于在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)行使用等方面的不足，時(shí)常出現(xiàn)蓄電池箱故障，多為箱門密封不嚴(yán)，使內(nèi)部電器件不工作，使車輛出現(xiàn)安全隱患。改進(jìn)蓄電池箱門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使外露蓄電池箱滿足密封性能要求，來提高鐵路客車運(yùn)營的安全性。

一、結(jié)構(gòu)改進(jìn)

（一）蓄電池箱構(gòu)成

鐵路客車蓄電池箱多是通過頂部吊鉤安裝在車體底部主橫梁上，直接裸露在車廂底部，在運(yùn)行過程中環(huán)境惡劣，多塵多雨。蓄電池箱主要包括蓄電池箱箱體本體、小車組成、箱門組成、導(dǎo)軌組成、蓄電池箱通風(fēng)排氣裝置等。

（二）箱門構(gòu)成

蓄電池箱箱門主要包括門板、內(nèi)部加強(qiáng)筋、密封膠條、掛連鎖、四角鎖和防脫搭扣等零部件。

目前鐵路客車多用空心密封膠條卡裝在門框上，通過門軸和四角鎖的拉緊力來壓縮安裝在門框上的密封膠條，使門板與膠條面接觸，由于門的尺寸偏大和門板自身變形嚴(yán)重，即使在門壓緊的情況下也會(huì)在門板中間邊緣處出現(xiàn)縫隙，在運(yùn)行過程中會(huì)有塵土和水進(jìn)入，使得整車供電出現(xiàn)安全隱患。

（三）箱門新結(jié)構(gòu)

基于以上安全隱患，設(shè)計(jì)了一種全新的門密封結(jié)構(gòu)，如圖1所示，蓄電池箱箱體門框處裝實(shí)心矩形密封膠條（滿足 DIN5510-2的阻燃要求），門關(guān)上時(shí)，扭緊箱蓋上的四角鎖，門板邊緣壓緊密封膠條，起防水保護(hù)，并設(shè)有箱門防脫裝置，有效避免箱門意外脫落。在門上部設(shè)三個(gè)四角鎖，配專用鑰匙。鎖緊時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到紅點(diǎn)標(biāo)記位;開啟時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到綠點(diǎn)標(biāo)記位。

此種結(jié)構(gòu)能有效的避免密封膠條壓不結(jié)實(shí)狀況，密封膠條的硬度和厚度可以根據(jù)箱體的具體尺寸進(jìn)行更改。同時(shí)此種結(jié)構(gòu)蓄電池箱箱門取消了四周加強(qiáng)梁，減少了焊接量，有效的杜絕了由焊接引起的門板變形情況。

二、靜強(qiáng)度分析

由于新結(jié)構(gòu)取消了門板四周加強(qiáng)筋，對(duì)門板進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，為了驗(yàn)證門板強(qiáng)度的可靠性，對(duì)門板進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN12663，參考材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T4237-2007《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》;GB/T 3280-2007《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》;GB/T 14975-2012 《結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫鋼管》;GB/T1220-2007《不銹鋼棒》，安全系數(shù)S取1.15。在有限元計(jì)算中將列車在運(yùn)行中加速度載荷進(jìn)行組合，組合出8種工況，蓄電池箱箱門在各個(gè)載荷工況作用下的最大應(yīng)力出現(xiàn)在門板側(cè)面折彎處（圖2），最大應(yīng)力值為71.9MPa，小于材料的許用應(yīng)力178MPa，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

三、IP防護(hù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新型結(jié)構(gòu)蓄電池箱箱門的密封性能，滿足蓄電池箱外殼防護(hù)等級(jí)相關(guān)要求，蓄電池箱整體防護(hù)應(yīng)符合GB 4208-2008 IP54的規(guī)定（通風(fēng)板、漏液孔、出線管處除外），按GB 4208-2008中規(guī)定方法進(jìn)行防水IPX4、防塵IP5X性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果，箱體內(nèi)部沒有灰塵進(jìn)入，沒有水滲入。

四、結(jié)論

對(duì)列車用蓄電池箱箱門進(jìn)行了優(yōu)化，通過有限元靜強(qiáng)度分析驗(yàn)證了箱門的強(qiáng)度可靠，通過密封等級(jí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了箱門的防塵和防水性能。為鐵路客車用蓄電池箱的安全性提供了可靠依據(jù)，為鐵路安全運(yùn)營提供了保障。

參考文獻(xiàn)：

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