摘 要：文章概述了國(guó)內(nèi)某地鐵車(chē)輛客室側(cè)門(mén)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，介紹了塞拉門(mén)系統(tǒng)小掛架的優(yōu)化原因。利用ANSYS有限元分析軟件分別建立了改進(jìn)前及改進(jìn)后小掛架的有限元模型。分別對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，結(jié)果表明，優(yōu)化后的下掛架滿(mǎn)足強(qiáng)度要求并且變形量明顯小于優(yōu)化前小掛架。

關(guān)鍵詞：塞拉門(mén)；短導(dǎo)筒；有限元；靜強(qiáng)度

引言

客室側(cè)門(mén)系統(tǒng)作為地鐵車(chē)輛的重要部件在車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)中扮演著非常關(guān)鍵的角色。車(chē)輛運(yùn)行站間距短、運(yùn)量大的特點(diǎn)決定了客室側(cè)門(mén)在頻繁開(kāi)閉的同時(shí)還要隨時(shí)承受大客流的沖擊，因而容易導(dǎo)致機(jī)械零部件的故障。短導(dǎo)筒作為塞拉門(mén)系統(tǒng)完成門(mén)板塞拉動(dòng)作的關(guān)鍵部件，其強(qiáng)度及可靠性直接威脅車(chē)門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行安全甚至影響地鐵車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)秩序。[1、2]

文章在對(duì)塞拉門(mén)系統(tǒng)短導(dǎo)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究后，利用ANSYS有線元分析軟件對(duì)優(yōu)化前及優(yōu)化后的短導(dǎo)筒進(jìn)行有限元分析，通過(guò)對(duì)比分析結(jié)果得出結(jié)論：優(yōu)化后的小掛件靜強(qiáng)度承載能力優(yōu)于優(yōu)化前短導(dǎo)筒。

1 短導(dǎo)筒優(yōu)化說(shuō)明

客室側(cè)門(mén)系統(tǒng)在原既有線車(chē)輛客室側(cè)門(mén)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。原方案客室側(cè)門(mén)門(mén)機(jī)構(gòu)如圖1所示。優(yōu)化后車(chē)輛客室側(cè)門(mén)門(mén)機(jī)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 既有線車(chē)輛門(mén)機(jī)構(gòu)

圖2 廣四南延車(chē)輛門(mén)機(jī)構(gòu)

優(yōu)化前的短導(dǎo)筒長(zhǎng)導(dǎo)柱中心距離掛架邊緣為7.5mm，優(yōu)化后為23.5mm。優(yōu)化后的短導(dǎo)筒減小了偏載對(duì)直線軸承的受力影響，室短導(dǎo)柱受力均勻，運(yùn)行平穩(wěn)，提高了車(chē)門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

2 有限元模型

在Solidworks軟件中完成掛架的建模，將三維模型導(dǎo)入到ANSYS有線元分析軟件中。在ANSYS中采用Solid92單元對(duì)短導(dǎo)筒進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最大單元尺寸為0.002m。劃分完網(wǎng)格后的模型如圖3、4所示。

圖3 優(yōu)化前短導(dǎo)筒有限元模型

圖4 優(yōu)化后短導(dǎo)筒有限元模型

3 添加約束及載荷

文章分析了門(mén)全開(kāi)和全閉狀態(tài)兩種工況短導(dǎo)筒的靜強(qiáng)度。車(chē)門(mén)全開(kāi)時(shí)短導(dǎo)筒承受單扇門(mén)板重量約為79.5kg，車(chē)門(mén)全閉時(shí)短導(dǎo)筒所承受的垂向載荷很小約為3g。

對(duì)兩個(gè)有限元模型采用相同的約束條件，如表1所示。

表1 載荷及約束條件

短導(dǎo)筒的材質(zhì)為ZG270，材料參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 材料參數(shù)表

4 分析結(jié)果

4.1 優(yōu)化前

工況一：優(yōu)化前短導(dǎo)筒在工況一條件下的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖5、6所示。

優(yōu)化前短導(dǎo)筒的最大變形為0.0186mm，最大變形在掛架下部鎖銷(xiāo)緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為35.8MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/35.8=6.93。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

工況二：優(yōu)化前短導(dǎo)筒在工況二條件下的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖7、8所示。

優(yōu)化前短導(dǎo)筒的最大變形為0.0516mm，最大變形在掛架下部鎖銷(xiāo)緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為75.9MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/75.9=3.27。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

工況二條件下的最大應(yīng)力大于工況一條件下的最大應(yīng)力，原因在于掛架下部需要施加鎖緊力以保證長(zhǎng)導(dǎo)柱與掛架下部的配合。

4.2 優(yōu)化后

工況一：優(yōu)化后短導(dǎo)筒的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖9、10所示。

優(yōu)化前短導(dǎo)筒的最大變形為0.0102mm，最大變形在掛架下部鎖銷(xiāo)緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為36.3MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/36.3=6.83。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

工況二：優(yōu)化后短導(dǎo)筒的位移云圖及應(yīng)力云圖如圖11、12示。

優(yōu)化后短導(dǎo)筒的最大變形為0.0285最大變形在掛架下部鎖銷(xiāo)緊固處。短導(dǎo)筒的最大應(yīng)力為108MPa，出現(xiàn)在短導(dǎo)筒拐角處。

安全系數(shù)S=屈服極限/最大應(yīng)力=248/108=2.30。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UIC566，安全系數(shù)S>1.1，即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

短導(dǎo)筒有線元分析計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。

通過(guò)表3可以得出：優(yōu)化后的短導(dǎo)筒滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，并且在同等載荷條件下變形量明顯減小。

參考文獻(xiàn)

[1]李淑俊.淺談客車(chē)塞拉門(mén)的原理及應(yīng)用[J].鐵道車(chē)輛，2002，5（40）：6-10.

[2]王亮，杜兆波.城軌車(chē)輛LS型鎖閉機(jī)構(gòu)外掛密封門(mén)研究與分析[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2012，5（32）：42-47.