基于CRH-5 型動車組牽引輔助變流器風機端蓋異音故障的強度分析

王秀慜， 趙國鵬， 宋佩利， 陳彥肖， 趙 方

（中車永濟電機有限公司， 陜西 西安 710016）

引言

CRH5 型動車組牽引輔助變流器中裝配有兩種方案的風機傳動端端蓋，裝配方案1 端蓋的風機在線運行情況良好，裝配方案2 端蓋的少部分風機在運行過程中出現(xiàn)異音問題，在線處理時更換為方案1 的端蓋后，異音消失。為查找故障原因，應用ANSYS Workbench 有限元分析軟件進行端蓋強度仿真分析驗證[1]。

1 風機端蓋結構與受力分析

1.1 結構分析

風機的傳動端端蓋結構三維圖如圖1 所示，方案1 端蓋為鋁ZL101A 內(nèi)嵌Q235A 材質鋼套，有較粗的加強筋，方案2 端蓋材料整體為鋁ZL101A。根據(jù)材料機械性能與受力分析，判斷方案2 端蓋的強度較弱[2]，風機運行時出現(xiàn)變形的概率較大，故障原因可能是方案2 端蓋在運行過程中產(chǎn)生了變形，造成軸承室與軸承之間發(fā)生摩擦、出現(xiàn)異音。

1.2 受力分析

風機部件質量和受力分布如圖2 所示，風機轉子質量5.17 kg，葉輪質量11 kg，單邊磁拉力146 N，方案1 傳動端端蓋質量為2.41 kg，方案2 傳動端端蓋質量為1.79 kg。根據(jù)風機部件位置示意圖，可得到：

1）轉子質量加載在傳動端軸承上的質量G1=2.51kg；

2）葉輪質量加載在傳動端軸承上的質量G2=13.88kg；

3）單邊磁拉力加載在傳動端軸承上的作用力N1=70.95 N。

仿真時依據(jù)標準GB/T 21563-2018 1 類B 級及現(xiàn)場試驗設備加載的加速度，對我們關注的幾個工況進行仿真分析，載荷工況見表1。

表1 載荷工況

施加工況1 的縱向載荷時，作用于傳動端端蓋的作用力等效為:（G1+G2）×0.553 3×g+N1=161.64 N；施加工況2 的垂向載荷時，作用于傳動端端蓋的作用力等效為:（G1+G2）×0.790 3×g+N1=200.48 N；施加工況3 的縱向載荷時，作用于傳動端端蓋的作用力等效為:（G1+G2）×5×g+N1=890.45 N。

2 仿真分析驗證

2.1 模型處理

應用ANSYS Workbench 有限元分析軟件進行分析，基礎模型從三維繪圖軟件Creo 中導出后，在Space Claim 中做細節(jié)處理。

2.2 等效處理

在Mechanical 中，軸承室內(nèi)使用軸承載荷分別施加三種工況下計算出的等效作用力，風機安裝基座接觸的支口施加固定約束。

2.3 靜強度分析結果

在各載荷工況下，通過計算得出傳動端端蓋兩種方案產(chǎn)生的最大應力、最大變形量（位移）結果如表2 所示，應力圖與位移圖如表3 所示。

表2 靜強度計算結果

3 結語

通過有限元仿真分析，對風機傳動端端蓋兩種方案靜強度仿真分析結果進行對比，發(fā)現(xiàn)在三種工況下，兩種方案端蓋自身強度都能滿足要求，但方案2 端蓋產(chǎn)生的應力與變形都大于方案1 端蓋。得出結論：兩種方案中，方案2 的強度較弱，在長時間運行后出現(xiàn)變形、發(fā)生故障的概率確實較大。