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某型地鐵牽引軌道車是一種服務(wù)于地鐵建設(shè)、運營及維護的工程車輛，為無動力的其它地鐵車輛提供牽引動力。車體作為機車的承載部件，在運行中承受著較大的垂直載荷、水平及橫向沖擊載荷，通過車鉤為其它車輛提供牽引及制動作用力，因此，車體應(yīng)有足夠的強度及剛度，能夠承受在運營過程中各種異常沖擊載荷和疲勞強度載荷，滿足強度分析設(shè)計要求，同時也應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1.車體結(jié)構(gòu)特點
某型地鐵牽引軌道車車體采用整體承載結(jié)構(gòu)由底架、側(cè)墻、雙司機室，可拆卸頂蓋、設(shè)備安裝臺架等焊接而成，組成一個箱形殼體結(jié)構(gòu)，焊接結(jié)構(gòu)全而采用EN 15085標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、制造及檢驗。車體同時也采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，底架采用貫通式中心縱梁、底架左右側(cè)梁三大縱梁及變壓器梁、枕梁、端牽引梁三大橫梁結(jié)構(gòu).以使底架有較大的縱向剛度。司機室采用左右側(cè)墻、前墻、頂蓋結(jié)構(gòu)，在前墻、頂蓋的兩側(cè)和司機室前窗上下部設(shè)計為較大剛度的箱形結(jié)構(gòu)。在側(cè)墻上部設(shè)計了二個較大的縱向箱形梁結(jié)構(gòu)，以使其具有較大的縱向剛度和垂向彎曲剛度。
車體的結(jié)構(gòu)強度采用EN 12663《鐵路應(yīng)用-鐵路車輛車體結(jié)構(gòu)的強度要求》，UIC 566《客車車體及其部件的載荷》，TB/T 1335《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗規(guī)范》及E RRI-B 12/RP 17《鐵道貨車》等確定，要求車體兩端能承受1 200 kN的靜壓力和1 000 kN的靜拉力，在承受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的司機室保護載荷，縱向、橫向、垂向沖擊載荷，車體起吊等異常載荷時，車體不會產(chǎn)生永久變形。
2.車體強度計算分析
2.1.車體強度計算力學(xué)模型
車體強度計算采用ANSYS大型通用有限元分析軟件，對車體的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)建模，由于車體結(jié)構(gòu)不完全對稱，采用整車結(jié)構(gòu)模型，主體結(jié)構(gòu)離散為三維殼單元，前/后從板座離散為實體單元，設(shè)備質(zhì)量離散為三維質(zhì)量單元，二系彈簧懸掛系統(tǒng)離散為三維彈簧單元。車體有限元計算模型由220163個節(jié)點和271443個單元組成。牽引軌道車車體強度計算模型如圖所示。
車體結(jié)構(gòu)材料采用Q345B制造，屈服強度為345 MPa，對于材料非焊縫區(qū)，材料的許用應(yīng)力取其屈服強度(345 MPa)，對于焊縫區(qū)，材料的許用應(yīng)力取其屈服強度除以1.1(314 MPa)。對于垂向載荷工況和牽引制動工況，安全系數(shù)取為1.5，對于各靜態(tài)載荷工況，安全系數(shù)取為1。
2.2.車體靜強度載荷工況
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和車體技術(shù)規(guī)范要求，對車體進(jìn)行了16種靜強度載荷工況的計算分析。
1)縱向壓縮工況：在端牽引梁車鉤中心線高度的后從板上作用1200 kN縱向壓縮載荷和1.3g車體及設(shè)備質(zhì)量載縱向5g設(shè)備質(zhì)量沖擊載荷。
2)垂向沖擊載荷工況：垂向3g設(shè)備質(zhì)量沖擊載荷。
3)橫向沖擊載荷工況：1g車體及設(shè)備質(zhì)量載荷，橫向1g設(shè)備質(zhì)量沖擊載荷。
4)牽引座沖擊載荷工況：牽引座轉(zhuǎn)向架縱向3g沖擊載荷和1g車體及設(shè)備質(zhì)量載荷。
5)單點頂車載荷工況：在車鉤托板下而頂起車體，另一端二系簧支撐。
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