地鐵車輛傳感器安裝座結構設計計算

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摘要:介紹了一種地鐵車輛接近傳感器安裝座的結構設計特點，并利用有限元分析軟件對安裝座進行了靜強度及疲勞強度分析，為后續同類型的安裝座結構設計提供借鑒。

關鍵詞:地鐵車輛;接近傳感器安裝座;結構設計;強度計算

1概況

目前，城市軌道車輛的接近傳感器大部分安裝在轉向架構架上，因此轉向架需要設置一個接近傳感器安裝座與構架連接。接近傳感器安裝座的強度對保證車輛運營安全極為重要。本文分析了地鐵車輛接近傳感器安裝座的強度，根據有限元結果分析對接近傳感器安裝座進行了優化，并給出了最終方案的計算結果。

2結構簡介

接近傳感器安裝座安裝在非動力轉向架第1根軸與構架橫梁之間，傳感器底部距軌面高度為105．3±2mm。接近傳感器安裝座通過2個M20的螺栓安裝在構架齒輪箱吊掛座上，接近位移傳感器通過4個M10螺栓安裝在接近傳感器安裝座上，如圖1(a)所示。接近傳感器和調整墊總重約3kg，傳感器安裝座重量20kg，如圖1(b)所示。接近傳感器安裝座采用G26CrMo4材料，材料特性如表1所示。

3強度分析

3．1計算模型

為分析接近傳感器安裝座的強度，選取了構架安裝座的一部分及接近傳感器安裝座作為仿真對象。結構幾何模型的建立用UG軟件實現，有限元模型前處理在HyperMesh軟件中實現，計算及結果后處理在ANSYS軟件中實現。在HyperMesh中建立有限元模型并劃分solid92實體單元，接近傳感器利用MASS21單元來模擬。為增大安裝余量，傳感器及墊片的計算重量取5kg(實際重量約3kg)，最終方案的有限元模型如圖2所示。

3．2計算工況

接近傳感器安裝座所受載荷主要有垂向載荷、橫向載荷和縱向載荷，根據EN13749標準對計算工況進行組合，EN13749表D．1章節規定的附屬設備的載荷如表2所示。接近傳感器安裝位置距轉向架中心的縱向距離為650mm，轉向架軸距為2300m，通過插值得出接近傳感器安裝處的振動加速度，靜強度載荷工況組合如表3所示，疲勞強度載荷工況組合如表4所示。

3．3評定標準

靜強度評定:對于表3的8種工況各點應力均不得大于材料的屈服強度極限。疲勞強度評定:對于表4的8種工況，最大應力小于根據FKM指南計算的G26CrMo4材料的疲勞需用應力174MPa。

3．3．1靜強度評定根據表3規定的靜強度工況，計算結果如表5所示，其中靜強度工況1的應力云圖如圖3所示，各工況下的最大應力遠小于材料的屈服強度，因此，安裝座的靜強度滿足要求。

3．3．2疲勞強度評定對于表4的8種工況，最大應力小于根據FKM指南計算的G26CrMo4材料的疲勞需用應力174MPa。計算結果如表6所示，計算結果表明疲勞強度滿足要求。

4模態分析

接近傳感器安裝座模態分析利用安裝座靜強度分析模型，采用BlockLanczos計算方法，計算安裝座頻率較低的前5階模態，模態計算結果如表7所示，一二振型如圖4～圖5所示。

5結語

接近傳感器等信號設備安裝座的強度對列車的運營極為重要，不同的連接方式和結構形式對設備安裝座的強度、頻率影響懸殊，通過對安裝支架的強度分析及模態計算表明本安裝方案強度可靠，方案合理。

參考文獻:

［1］EN13749鐵路應用－輪對和轉向架－轉向架結構要求的規定方法［S］．

作者：羅漢 陳建 單位：中車株洲電力機車有限公司