DJ3机车司机室入口门结构可靠性分析

王玉艳 孙丽萍

(大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连 116028)

DJ3机车司机室入口门结构可靠性分析

王玉艳 孙丽萍

(大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连 116028)

以机车司机室门技术条件和司机室门承载试验的参数及加载方法为依据,采用I-DEAS有限元分析软件,对DJ3机车司机室入口门进行各种载荷工况下的有限元分析计算。结果表明,该司机室门的强度、刚度均满足司机室门技术条件和司机室门承载试验的要求。

机车 司机室门 可靠性分析

铁路机车在运行时其司机室车门会受到各种力的作用，如果车门在受力后变形过大或产生塑性变形其关闭后不能保持正确的位置，那么对于整个机车司机室是不利的。所以既要保证司机室车门结构具有足够的强度，也使其刚度满足要求性能可靠保证机车的安全运行。本次主要对DJ3机车司机室入口门进行结构可靠性研究。

1 司机室入口门概况

DJ3机车司机室入口门扇钢结构主要由门骨架和门板组成，材质分别是铝合金6063-T5和Al3003。其中门骨架由边梁、支撑、连动锁盒等组成，门板厚2mm。

司机室入口门的可靠性要求是门扇应能达到如下所述的强度要求而不发生塑性变形:

(1)从内向外施加在门扇上一个1500N的力，均匀地加在车门一半高度上200mm宽的区域内，门扇的挠度变形不超过8mm。

(2)施加在整个门宽度范围的车门一半高度上200mm宽的区域内3500N的力，门扇不产生永久变形，门关闭后能保持正确的位置。

(3)门板材料的应力值不大于材料的屈服极限。铝合金6063-T5屈服强度≥110MPa;Al3003屈服强度≥83～117MPa。

2 司机室入口门有限元模型

通过分析司机室入口门结构，进行有限元分析时可以用板壳单元来模拟该结构。所以进行几何建模时对于相应的铝合金型材的截面进行如下的处理，如表1所示。通过以上的简化处理，在I-DEAS软件中建立的司机室门骨架和门扇结构的几何模型和有限元模型如图1和图2所示。司机室门骨架有限元模型共划分27965个单元，27061个结点;司机室骨架和门板组成的门扇结构有限元模型共划分43321个单元，38712个结点。

3 司机室入口门有限元强度分析计算

3.1 司机室入口门承载试验的加载方法

(1)门扇上加1500N的载荷:1500N的载荷均布在门系统内侧一半高度200mm宽的区域上，方向由内向外，2分钟全卸载。

(2)门扇上加3500N的载荷:3500N的载荷均布在门系统内侧一半高度200mm宽的区域上，方向由内向外，2分钟全卸载。

3.2 计算载荷工况及其约束设置

根据司机室门承载试验的加载方法，得到本次有限元强度分析计算的载荷工况如下:

(1)司机室门自重＋1500N载荷工况。

(2)司机室门自重＋3500N载荷工况。

1500N与3500N的载荷均均布在门系统内侧一半高度200mm宽的区域上，方向由内向外。门自重载荷的施加方向同上。

约束施加在门系统外侧上下两门合页高度，左右各一处，限制此方向的位移。

3.3 计算结果及分析

(1)经过有限元分析计算，在自重与1500N载荷工况的作用下:门骨架其的最大位移值为0.369mm，最大Mises应力为25.9MPa;门扇结构的最大位移值为1.07mm，发生在靠近连动锁盒的内侧门板处，结点的最大Mises应力为31.8MPa。均满足司机室技术条件的要求——在此载荷工况下，挠度变形不超过8mm;结点的位移和应力分布如图3所示:

图1 司机室门骨架有限元分析模型

图2 司机室门扇有限元分析模型

(2)经过有限元分析计算，在自重与3500N载荷工况的作用下，门骨架结构结点的最大位移值为0.842mm，结点的最大Mises应力为58.9MPa，发生在左边梁靠近上合页的约束附近与门内侧面相垂直的位置;门扇结构结点的最大位移值为2.47mm，结点的最大Mises应力为73.9MPa，发生在靠近锁盒和竖支撑的内侧门板处。均满足司机室技术条件的要求——在此载荷工况下，门板材料的应力值不大于材料的屈服极限。结点的应力分布如图4所示:

图3 自重加1500N载荷工况下门骨架和门扇结构的位移云图

图4 自重加3500N载荷工况下门骨架和门扇结构Mises应力云图

表1 铝合金型材截面几何建模

4 结语

本次DJ3机车司机室入口门有限元分析计算以司机室门技术条件和司机室门承载试验的参数及加载方法为依据，分析了1500N和3500N载荷工况下门骨架和门扇结构的强度和刚度。有限元分析计算的结果表明:在1500N载荷工况作用下，司机室门的最大位移值不超过8mm;在3500N载荷工况作用下，司机室门的最大Mises应力不超过门板材料的屈服应力。所以，DJ3机车司机室入口门的强度和刚度均满足司机室门技术条件和司机室门承载试验的参数要求，性能可靠。

[1]司机室车门承载试验.

[2]司机室侧门技术条件.

[3]李伟,等.NX Master FEM 基础教程.北京:清华大学出版社,2005.

[4]王旭.影响轨道车辆塞拉门安全性因素的研究[D].吉林大学, 2014.

辽宁省教育厅项目(L2012164)。

王玉艳(1977—),女,黑龙江鸡西人,讲师,硕士,研究方向:机车车辆结构强度分析。