FXD3-J型動車組動力車儲油柜的設計

馮林

摘要：本文介紹了FXD3-J型動車組動力車儲油柜的作用、結構、重要附件和利用ANSYS軟件進行靜強度和疲勞強度的計算過程。

關鍵詞：儲油柜;吸濕器;液位計;MIG;靜強度;疲勞強度

1? 儲油柜的作用

當動力車主變壓器油的體積隨油溫高低而膨脹或縮小時，儲油柜起著調節油量、保證主變壓器油箱內總是充滿油的作用。

2? 儲油柜的設計

2.1 結構的設計

為達到機車輕量化要求，為軌道車輛節能環保做出貢獻，本車型儲油柜柜體和底架的材質設計成鋁合金取代傳統的不銹鋼，重量減輕了三分之二。

焊接方法采用熔化極惰性氣體保護焊（MIG），該方法效率高，成本低，并且電流密度高，電弧在純氬氣的氣流保護下能量集中，焊接熔池和熱影響區小，形成裂紋的傾向也隨之變小，并能明顯的減小焊接變形，所以特別適合鋁合金儲油柜的批量焊接生產。（表2）

2.2 重要附件

2.2.1 變色硅膠顆粒吸濕器

在柜體上部位置設置一個變色硅膠顆粒吸濕器，當變壓器中油溫降低時，儲油柜內的油被吸入變壓器中使柜體內油位降低，需要通過吸濕器吸入外部空氣平衡內部壓力。吸濕器內填充的無鈷變色硅膠顆粒能夠吸收和過濾空氣中部分的水份和灰塵，同時又能通過變潮后顆粒自身顏色變化直觀指示出吸附量，提示機修維護人員更換硅膠顆粒。

2.2.2 自閉式液位指示器

在儲油柜前部位置設置一個自閉式浮球液位指示器，利用連通器原理，通過玻璃管中的浮球，便可以時刻監視儲油柜內油量變化。傳統液位計玻璃管遭到損壞后導致變壓器油泄漏，變壓器無法正常工作造成機破，并造成嚴重環境污染。自閉式液位計兩端設有自閉截止閥，玻璃管遭到外力損壞后，閥門立即自動關閉，防止儲油柜中油溢出。

3? 強度計算

利用ANSYS軟件對模型進行靜強度和疲勞強度的計算分析。

3.1 靜強度的計算

靜強度工況載荷為超常載荷，超常載荷參考GB/T 21563—2008《軌道交通機車車輛設備沖擊和振動試驗》標準取6個方向峰值加速度。結合儲油柜實際工作狀態，給出以下超常載荷計算工況，用以考察儲油柜靜強度。其中X軸為機車縱向，Y軸為機車垂向，Z軸為機車橫向。

本計算在靜強度工況評價中，采用第四強度理論導出的等效應力σe（又稱Von Mises應力）來評價，此等效應力不得超過相應計算工況的許用應力。

靜強度評定采用超常載荷工況，故安全系數取值1，儲油柜體在靜強度各工況下的許用應力為125MPa。

各工況的最大等效應力見表5。

3.2 隨機振動疲勞計算

由于疲勞試驗數據的離散性，試件的疲勞壽命與應力水平間的關系并不是一一對應的單值關系，而是與成活率P有密切聯系。存活率P是指對于該條S-N曲線有P的把握認為該材料（零件）是不會破壞的。P-S-N曲線代表了更全面的應力-壽命關系，圖2是根據《高速動車組鋁合金車體用材基本疲勞性能研究》中的鋁合金P-S-N曲線。隨機三向振動疲勞應力值見表6。

根據圖2存活率P=99%的曲線上查找某一應力值可以得到對應的循環次數。

橫向隨機振動：1σ應力對應的N1σ=∞，2σ應力對應的N2σ=∞，3σ應力對應的N3σ=∞。

垂向隨機振動：1σ應力對應的N1σ=∞，2σ應力對應的N2σ=∞，3σ應力對應的N3σ=∞。

縱向隨機振動：1σ應力對應的N1σ=∞，2σ應力對應的N2σ=1e7，3σ應力對應的N3σ=3e5。

橫向隨機振動：

Dz=8.9132e5/∞+3.5366e5/∞+0.56507e5/∞=0;

垂向隨機振動：

Dy=8.9132e5/∞+3.5366e5/∞+0.56507e5/∞=0;

縱向隨機振動：

Dx=8.9132e5/∞+3.5366e5/1e7+0.56507e5/3e5=0.2237。

因此D=Dx+Dy+Dz=0.2237<1。

3個方向的總體損傷小于1，說明儲油柜結構滿足疲勞強度要求。

3.3 小結

根據GB/T 21563標準的要求對儲油柜進行靜強度計算分析和隨機振動疲勞壽命分析，在靜強度工況下最大應力均小于材料的許用應力，表明靜強度滿足標準的要求;隨機振動3個方向的總體疲勞損傷小于1，表明儲油柜結構疲勞強度滿足標準的要求。

4? 結論

儲油柜在變壓器正常運行中起到顯示油位、調節油量的作用，它直接關系到變壓器能否安全、穩定、長期運行，FXD3-J型動車組動力車儲油柜結構設計符合用戶功能性要求，并通過ANSYS分析計算證明，結構強度及疲勞強度均符合國家標準。

參考文獻：

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