116022 大連機車車輛有限公司技術(shù)開發(fā)部 遼寧 大連|楊帆

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CKD9B型內(nèi)燃機車燃油箱設(shè)計

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摘要：CKD9B機車是大連機車車輛有限公司為新西蘭國家鐵路研發(fā)的內(nèi)燃機車。本文主要介紹了CKD9B型內(nèi)燃機車燃油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，重要附件的選型，以及結(jié)構(gòu)強度計算。關(guān)鍵詞：燃油箱；鋼結(jié)構(gòu)；強度計算；內(nèi)燃機車

2009年以前，新西蘭國內(nèi)機車均為30年前GE、EMD公司的產(chǎn)品。為了更新?lián)Q代，對方到我公司進行了多次考察，最終簽訂供貨合同。燃油箱是機車上重要部件，也是整車設(shè)計的重點。

燃油箱概述

CKD9B型內(nèi)燃機車燃油箱的箱體包含蓄電池箱、檢修口、燃油液位觀察器、加油口和吸油筒等主要部分。容積4630L，用4個螺栓懸掛在機車底架中梁上。

a鋼結(jié)構(gòu)

燃油箱主要由上蓋板、底板、端板、主力板、橫隔板、縱隔板和蓄電池箱蓋等組焊而成，結(jié)構(gòu)參見圖1。

圖1　燃油箱鋼結(jié)構(gòu)三維模型

上蓋板上面開有塞焊孔，且翻邊可以增加箱體的剛度。底板采用壓型件，端板上焊接油箱吊座和風(fēng)缸座。主力板是油箱的主要承載件，油箱及燃油的重量通過它和端板傳給油箱螺栓再傳到底架中梁上。為了減小運行中燃油晃動對油箱壁的沖擊，其中布置有兩排縱隔板和 4排橫隔板，且隔板中部均開有帶翻邊的大孔以便燃油流動和檢修。

燃油箱左右主立板外側(cè)的前部安裝蓄電池箱，每側(cè)有4個；人員可以通過頂蓋上的檢查孔進入油箱內(nèi)檢修；兩邊端板上各有一個觀察孔蓋，用于觀察維修；端部設(shè)有總風(fēng)缸固定架；箱體的后端中部設(shè)有吸油筒；底部設(shè)有清洗口和排油螺堵。

b燃油箱重要附件

①油尺

油箱兩側(cè)各有一個小的油尺，在加油口旁邊，用于加油的時候觀察油位。

②自動加油口

為了與鐵路燃油加注設(shè)備相匹配，油箱加油口采用和新西蘭國內(nèi)相同的外購件，具有自動加油斷油功能。加油時，由操作人員將專用加油管與加油口連接上（螺紋連接），擰緊固定后即可自動進行加油。加滿油后，加油口會自動停止加油，操作人員再將連接管取下便可。

③吹氣式液體體積測量儀

燃油箱內(nèi)的液位儀采用吹氣式液體體積測量儀。通過一根鋼管向油箱里通氣，系統(tǒng)根據(jù)壓力反饋能夠計算出油箱里所剩燃油的體積，同時在顯示屏幕上輸出數(shù)值。

c燃油箱箱體及其吊裝的強度校核

①計算模型

計算用ANSYS軟件進行，燃油箱為空間板殼組合結(jié)構(gòu)，計算時用4點平殼單元模擬。計算約束取在4個油箱吊座處。計算模型中共劃分節(jié)點53022個，單元52387個。

②箱體計算工況和作用載荷

垂直載荷工況

作用載荷為油箱、燃油、總風(fēng)缸和蓄電池的自重。此外，燃油自重按線性分布規(guī)律，分別按水平方向作用在相應(yīng)的油箱各縱橫外側(cè)立板上。

緊急制動工況

作用載荷為工況（3.2.1）中的全部垂直載荷和各間隔內(nèi)燃油質(zhì)量作用于各相應(yīng)橫向立板上的均布縱向慣性力之和，以及總風(fēng)缸質(zhì)量作用于油箱端板的縱向慣性力與各蓄電池箱質(zhì)量作用于其相應(yīng)橫隔板的縱向慣性力之和。

機車蛇行工況

作用載荷為工況（3.2.1）中的全部垂直載荷和各間隔內(nèi)燃油質(zhì)量作用于各相應(yīng)縱向立板上的均布橫向慣性力之和，以及總風(fēng)缸質(zhì)量作用于油箱端板的橫向慣性力與各蓄電池箱質(zhì)量作用于其相應(yīng)主立板的橫向慣性力之和。

③箱體計算結(jié)果

垂直載荷工況

燃油箱的最大應(yīng)力產(chǎn)生在油箱吊座處，其值為σ= 66.5MPa。

緊急制動工況

燃油箱吊座上的應(yīng)力最大，其中最大應(yīng)力產(chǎn)生在油箱后端的吊座上，其值為σ= 199.7MPa。

機車蛇行工況

燃油箱的最大應(yīng)力產(chǎn)生在靠近油箱端部的主立板上，其值為σ= 141.5MPa。

④油箱吊裝

燃油箱通過4個M36的螺栓吊裝在底架橫梁上，螺栓的強度需要校核。現(xiàn)對垂直載荷工況（螺栓受拉）和緊急制動工況（螺栓受剪切和擠壓）進行螺栓強度計算。

垂直載荷工況

緊急制動工況

三種工況下最大應(yīng)力分別為σ= 66.5MPa（垂直載荷），σ= 199.7MPa（緊急制動）和σ= 141.5MPa（機車蛇行），均遠低于其材質(zhì)的屈服應(yīng)力σ=345.0MPa。吊裝螺栓在垂直載荷工況的拉應(yīng)力和緊急制動工況的剪應(yīng)力、擠壓應(yīng)力均分別低于其相應(yīng)的許用應(yīng)力。因此，燃油箱及其吊裝螺栓的強度足夠。

結(jié)語

CKD9B型內(nèi)燃機車燃油箱的結(jié)構(gòu)與功能符合設(shè)計規(guī)范要求，為了滿足燃油箱箱體的強度和剛度要求，我們采用計算機仿真分析來校核與優(yōu)化設(shè)計，從而得到安全可靠的箱體結(jié)構(gòu)。

參考：

［1］周衍柏.理論力學(xué)教程.北京：高等教育出版社. 2009.

［2］鮑維千.內(nèi)燃機車總體及行走部.北京：中國鐵道出版社，2007.