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        跨座式單軌“?8?運營?+?8?救援”列車車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

        2020-07-27 16:43:36肖靜飛
        現(xiàn)代城市軌道交通 2020年7期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化設(shè)計

        肖靜飛

        摘 要:重慶市軌道交通跨座式單軌列車將由4 輛、6 輛編組擴編為 8 輛編組,相應(yīng)的救援列車也將擴編到 8 輛編組。為滿足“8 運營 + 8 救援”列車救援要求,需要對既有車體結(jié)構(gòu)進行整體優(yōu)化。首先對“8 運營 + 8 救援”列車最惡劣救援工況下車體承受荷載進行分析,獲得其須承受的最大載荷,然后對既有列車的車體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計;有限元分析表明,優(yōu)化設(shè)計后的車體結(jié)構(gòu)滿足“8 運營 + 8 救援”列車救援要求。

        關(guān)鍵詞:跨座式單軌;救援列車;車體結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計;有限元分析

        1 救援列車縱向受力分析

        根據(jù)重慶市軌道交通跨座式單軌在救援工況下“8 運營+ 8救援”的列車編組特點,按照GB 50458-2008《跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范》中單軌線路最大坡道為60‰,對“8運營+8救援”列車在坡道上的縱向受力進行計算分析,計算工況如下。

        (1)工況1,救援列車處于平道,運營列車處于50‰坡道上。

        (2)工況2,救援列車處于平道,運營列車處于60‰坡道上。

        (3)工況3,救援列車處于50‰坡道,運營列車也處于50‰坡道上。

        (4)工況4,救援列車處于60‰坡道,運營列車也處于60‰坡道上。

        工況1和工況2屬于平道救援,工況3和工況4屬于坡道救援。“8運營+ 8救援”列車編組示意圖如圖 1 所示(圖中緩沖器斷面按照前后順序依次編號為1~15),其在坡道上的縱向受力計算結(jié)果如表1所示。由表1可知,當(dāng)救援列車處于平道,運營列車處于60‰ 坡道上,且運營列車為滿載(超員,AW3)工況時,最大車鉤力出現(xiàn)在8號車鉤,為466 kN,屬于最惡劣的救援工況。

        以上計算結(jié)果表明,原有單軌列車車體的最大壓縮設(shè)計載荷350 kN已無法滿足極限工況下最大車鉤力466kN的要求,為此本文建議車體的最大縱向壓縮和拉伸載荷采用日本490 kN標(biāo)準(zhǔn),并對既有單軌列車車體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

        2 車體結(jié)構(gòu)選材

        本文通過優(yōu)化既有單軌列車車體的局部結(jié)構(gòu)和材料選型提高車體的強度,以適應(yīng)“8運營+ 8救援”列車的所有救援工況。為此,優(yōu)化選用中空大型鋁合金擠壓型材,并組焊而成,使其在使用期限內(nèi)能承受正常載荷的作用而不產(chǎn)生永久變形和疲勞損傷,優(yōu)化選用的車體結(jié)構(gòu)材料性能參數(shù)如表2所示。

        3 車體結(jié)構(gòu)強度有限元分析

        3.1 有限元模型

        本次有限元分析基于歐盟EN 12663-1:2010《鐵路應(yīng)用-鐵道車輛的車體結(jié)構(gòu)要求-第 1 部分:機車和客車(及貨車的替換法)》中對車輛車體結(jié)構(gòu)的要求,并綜合考慮跨座式單軌“8 運營+ 8救援”列車運行工況,對優(yōu)化后的車體結(jié)構(gòu)進行剛度和靜強度有限元計算分析。

        為確保計算的準(zhǔn)確性,模型構(gòu)成以任意4節(jié)點薄殼單元為主,3 節(jié)點薄殼單元為輔。頭車和中間車有限元模型如圖2所示。

        3.2 計算分析參數(shù)及工況

        3.2.1 結(jié)構(gòu)剛度

        參考CJ/T 287-2008《跨座式單軌交通車輛通用技術(shù)條件》,需考查車輛在整備狀態(tài)和最大超員狀態(tài)下的車體撓度,分別計算車輛在AW0與AW3狀態(tài)下底架邊梁的垂向靜撓度和地板橫梁的最大位移變形量,并校核是否滿足要求,即車體剛度在AW0與AW3狀態(tài)下,車體底架邊梁的垂向靜撓度小于車輛定距的 1/1 000,地板橫梁的最大位移變形量不超過車輛定距的1/250。

        3.2.2 結(jié)構(gòu)靜強度

        根據(jù)歐盟EN 12663-1:2010標(biāo)準(zhǔn)的要求,完成頭車、中間車的車體靜強度分析,重點考察車體重要部件(如枕梁、底架邊梁、牽引梁等)的受力情況。

        3.2.3 計算工況

        依照計算要求,在所有計算工況作用下,車體各部件的Von-Mises應(yīng)力均不得大于部件所用材料的許用應(yīng)力。車體靜強度計算的載荷工況如下。

        (1)計算工況1,車輛整備重量(AW0)的垂直負載:鋁結(jié)構(gòu)重量以重力加速度形式施加,設(shè)備重量施加于設(shè)備懸掛處,其余重量均布在地板上。

        (2)計算工況2,車輛超載重量(AW3)的垂直負載:載荷施加方法同計算工況1,乘客的重量均布在非座椅區(qū)域的地板上。

        (3)計算工況3,車輛最大垂向負載(1.3×AW3):載荷施加方法同計算工況2,垂向載荷以1.3×AW3(包括乘客和車)計算。

        (4)計算工況4,AW0 +車鉤座縱向壓縮工況:垂向載荷施加方法同計算工況1,縱向壓縮載荷(490 kN)作用于一位端的車鉤處。

        (5)計算工況5,AW0 +車鉤座縱向拉伸工況:垂向載荷施加方法同計算工況1,縱向拉伸載荷(490 kN)作用于一位端的車鉤處。

        (6)計算工況6,AW3 +車鉤座縱向壓縮工況:垂向載荷同計算工況2,縱向壓縮載荷(490 kN)作用于一位端的車鉤處。

        (7)計算工況7,AW3 +車鉤座縱向拉伸工況:垂向載荷同計算工況2,縱向拉伸載荷(490 kN)作用于一位端的車鉤處。

        (8)計算工況8,架車工況(1.1×AW0):載荷施加方法同計算工況1,垂向載荷以 1.1×AW0計算,并在中心銷孔位置加載轉(zhuǎn)向架重量。

        3.3 邊界條件

        車體靜強度典型計算工況1和計算工況4的位移邊界條件(約束)示意圖分別如圖3和圖4所示。

        3.4 評估方法

        3.4.1 剛度

        依據(jù)CJ/T 287-2008技術(shù)條件的要求,車輛定距為9600mm,車體剛度在AW3狀態(tài)下,底架邊梁的垂直靜撓度不超過車輛定距的1/1 000,即9 600×1/1 000 = 9.6 mm,地板橫梁的最大位移量不超過車輛定距的1/250,即9600×1/250 = 38.4 mm。

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