基于有限元法的动车组地坑式架车机结构分析.pdf

问题讨论铁道车辆第５０卷第４期２０１２年４月

文章编号：１００２－７６０２（２０１２）０４－００３３－０３
基于有限元法的动车组地坑式架车机结构分析

王为１，韩激扬２，邢晓东３
（１．中国北车股份有限公司新产业事业部，北京１０００３８；２．中国南车股份有限公司，北京１０００３９；
３．青岛四方车辆研究所有限公司工程装备事业部，山东青岛２６６０３１）

摘要：对动车组地坑式架车机车体举升装置结构系统各主要承载构件进行了有限元分析，得到各构件的应力分布
云图及整机变形情况，计算结果与试验结果表明各构件的强度、刚度均满足设计要求。
关键词：地坑式架车机；车体举升装置；有限元法；强度；刚度
中图分类号：Ｕ２７９．３文献标识码：Ｂ

地坑式架车机是车辆检修的关键设备，其结构必
２车体举升装置有限元模型
须有足够的承载能力。动车组地坑式架车机主要由转
向架举升装置及车体举升装置组成，可实现整列动车根据车体举升装置结构的特点，从建模方面考虑，
组同步举升、转向架举升及车体举升，用于转向架维将其举升结构分成２个部分分别进行建模计算：一部
修、更换及车体底部设备的检修等。分为可进行垂直运动的各承载构件（简称举升主体结
为了验证所设计结构的承载性能，本文利用ＡＮ－构），包括托头、托头箱体、举升立柱及螺母支撑箱；另
ＳＹＳ软件对车体举升装置主要承载构件进行强度及一部分为相对固定的构件，即导向箱。导向箱的导向
刚度分析。轮对其支撑的举升立柱产生约束，导向轮则承受相应
的约束反力。
１架车机结构简介
对托头及较厚的板，利用ＡＮＳＹＳ软件中的三维
图１为青岛四方实体单元（ＳＯＬＩＤ）模拟；其余板结构利用ＡＮＳＹＳ软
车辆研究所有限公司件中的板壳单元（ＳＨＥＬＬ）模拟。
为某动车检修基地研
２．１举升主体结构有限元模型
制的车体举升装置结
托头、托头箱体、举
构简图该车体举升
。升立柱及螺母支撑箱作
装置主要由托头、托
为一体建模，其有限元
头箱体、举升立柱、导
模型见图２。整个结构
向箱、丝杠和螺母支
离散成１４９９５个单元，
撑箱等组成。举升立
其中体单元１９９６个，
柱的下部与螺母支撑
板壳单元１２９９９个，节
箱相连，通过丝杠和
点１３３０８个。
螺母的螺旋传动带动
２．１．１计算载荷
举升立柱垂直运动从
额定举升重量Ｑ＝
而实现举升车体，最
１７ｔ，考虑到偏载等情
大举升高度为
２．７况取载荷放大系数
，ψ＝
ｍ。为便于各种车型
１．４，故架车机举升结构
的兼容架车作业，托图１车体举升装置结构简图
计算载荷为Ｆ＝１７０×
头可作横向移动，车体举升装置还可纵向行走。
１．４＝２３８（ｋＮ），作用于
托头相应节点。结构自
收稿日期
：２０１２－０１－１１重载荷通过施加重力加
作者简介王为男工程师
：（１９７９－），，。图２举升主体结构
速度由程序自动计算。
有限元模型

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铁道车辆第５０卷第４期２０１２年４月

２．１．２约束条件＝１．３４。各部件材料均为Ｑ３４５钢，故材料许用应力
导向轮支承处：约束举升立柱左右侧导向轮对应为２５７ＭＰａ。
点水平方向位移立柱前后侧导向轮对应点位移托头托头箱体举升立柱螺母支撑箱及导向箱
ＵＸ；、、、
的最大应力及最大应力位置见表
ＵＺ。１。
螺母支撑箱螺母位置：约束丝杠轴孔垂直方向位图４～图８分别为各部件的应力云图。
移
ＵＹ。
托头与托头箱体上的导轨的接触面采用耦合约表１各部件最大应力及其位置

束。部件最大应力／ＭＰａ最大应力位置

导向箱有限元模型托头与托头箱体导轨接触处（图４标
２．２托头１９７．０４
记ＭＸ处）
导向箱单独建模，有限元模型见图３。整个结构
托头与托头箱体导轨接触处（图５标
离散成个单元，其中体单元个，板壳单元托头箱体１１３．０４
２４４４６５５８９记ＭＸ处）
个，节点个。
１８８５７２１６６４上部导向轮支撑处（图６标记ＭＸ
举升立柱２２５．８７２
２．２．１计算载荷处）

导向箱的计算载荷即导向轮所受的压力。通过举螺母支撑箱２０５．０３３丝杠导孔处（图７标记ＭＸ处）

升主体结构有限元计算可得到导向轮支承处的约束反导向箱２０３．０６８导向轮轴孔处（图８标记ＭＸ处）
力及该约束反力作为导向箱的计算载荷结
ＲＸＲＺ，。
构自重载荷通过施加重力加速度由程序自动计算。
２．２．２约束条件
约束纵向行走轮及其螺栓连接处３个平动自由度
（见图３）。

图３导向箱结构有限元模型

３计算结果分析

３．１强度
单元（节点）应力均按第四强度理论计算。参照
《起重机设计规范》，工作状态下结构强度安全系数ｎ
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基于有限元法的动车组地坑式架车机结构分析王为，韩激扬，邢晓东

由表１和图４～图８可见，各部件最大应力均小于
Ｑ３４５钢的许用应力，且均出现在应力集中敏感区域。
３．２刚度