缅甸米轨客车车体设计

郝晓明,安 赟,王 强（南车四方车辆有限公司,山东 青岛266111）



缅甸米轨客车车体设计

郝晓明,安 赟,王 强
（南车四方车辆有限公司,山东 青岛266111）

摘 要：主要阐述缅甸米轨客车车体的结构特点和各主要部件的结构设计，并对车体的静强度及模态进行了分析计算、试验，检验和验证了设计车体结构的强度水平。

关键词：米轨客车；车体；结构；强度；有限元；试验

1 引言

缅甸客车属适用于米轨的客运车辆，运行环境湿热，路况条件较差。通过考虑使用条件，分析车辆载荷，合理分布材料，规划各部结构，设计满足客户要求的车体。

2 车体结构概述

2.1 缅甸国内现用客车状况

缅甸国内现用客车普遍由国外进口，且国别不一，差异较大。对于现有车辆，其弊陋主要集中在以下2个方面：

（1）技术落后，底架仍采用中梁结构，笨重；

（2）端部结构粗糙，车辆连挂不紧密，舒适性差。

根据缅方合同的技术要求，结合对国内25型铁路客车成熟技术的借鉴，设计车体。

2.2 车体结构特点

车体为全钢焊接、整体承载、薄壁筒形碳钢结构，设计寿命为30年。车体两侧尽可能地平滑流畅，避免设置突出的安装件。

车体采用无中梁底架结构，其中，底架采取强化设计，以提高强度。此外，按客户要求采用AAR H型车钩，但采取一定改型，减小空间占用。采用橡胶风挡，并增加缓冲装置，提高车辆运行舒适性。

2.3 主要技术参数

车体主要技术参数（见表1）。

2.4 材料选用原则

鉴于缅甸环境湿热，车体所用材料以耐候钢Q295GNH (厚度3-6mm)/Q310GNH(厚度≤3mm)为主，部分使用普通碳钢Q235B，重要受力部位型材及板材均采用高耐候结构钢Q345B，局部易腐蚀部位采用不锈钢。

2.5 强度准则

根据客户要求，车体需承受车钩中心线方向不低于120t的纵向压缩载荷，且不产生永久变形。经分析相关标准，计算、试验载荷及工况按照TB1335执行。

表1

3 车体结构设计

3.1 总体

缅甸客车车体采用整体承载，断面为薄壁筒形结构。其结构见图1。

车体主要由端墙、车顶、底架、侧墙、车钩及缓冲装置、风挡等组成。车厢两端设通过台，向内经盥洗室/厕所间，至中部客室。

一、四位角端部设蹬车顶扶梯、脚蹬，四角门及端门设计不锈钢扶手，四角门设计直立脚蹬。

3.2 端墙结构

外端墙钢结构由骨架、墙板、风挡立柱、端脚柱、扶梯、渡板等组成；骨架横梁立柱均采用薄板轧制C型梁，骨架下部设计贯穿边梁，见图2。

3.3 车顶结构

车顶主要由骨架、顶板、水箱平顶和各种吊卡构成，车顶两端设水箱平顶，平顶板为不锈钢；中部均布五组通风帽。骨架弯梁采用薄板轧制帽型梁，稳定性好；纵梁采用轧制L型梁。

3.4 底架结构

底架结构直接承受乘客、车下设备等垂向载荷，车辆制动、牵引等纵向载荷；是主要的承载部件；主要由牵枕缓组成、地板、边梁、横梁以及设备安装座等组成，见图3。

一是尽快扩大中央小型农田水利工程建设专项资金规模，建议2012年小型农田水利补助资金规模增加到300亿元；二是将小型农田水利设施改革试点全面推开，将中西部地区及粮食主产区补助比例提高到70%；三是允许在补助资金中提取适当比例用于农村水利组织改革、农民用水户协会的组建、开办等工作经费；四是引导农民抵押土地流转权借入信贷资金投入农村水利基础设施建设；五是引导社会资本参与农村饮水安全工程和农村小水电项目建设，创新公私合作制、股份制或合伙制等多种形式；六是在小水能资源丰富的地区，鼓励由乡政府用集体资产提供无偿担保帮助农户贷款兴办农村小水电。

为保证室内高度，波纹地板采用沉降式安装，见图3右图；其次，为保证车辆连挂端间距，底架两端相对上部结构各收缩100mm。

以上对底架强度产生较大影响，为此，对底架采取强化设计。首先，牵枕缓、边梁均采用Q345B高强度结构钢，板材厚度为8mm～12mm；其次，增加局部补强，见图3左，包括牵引梁“刀把”应力危险区、枕梁与边梁连接的前后端增加长大补强板、边梁局部增加封口立板。

基于提高耐腐蚀性能而采用的不锈钢制波纹地板，其屈服强度不低于345MPa。

3.5 侧墙结构

侧墙结构由墙板、骨架、上边梁、焊件、隔热材等组成；骨架横梁、立柱采以乙型梁为主。其中，客室为双层活动窗，窗间设窗框，窗间立柱及横梁均采用小高度截面。

3.6 车钩及缓冲装置

采用AAR-H型车钩，与转向体、缓冲装置、托梁装置配套使用，具有连挂间隙小、综合性能优良等特点，能良好满足客车运行需要，见图4。

单车时由托梁装置托举车钩，连挂运行时，钩缓装置的横向摇摆及垂向俯仰由转向体实现。

为适应米轨客车使用需要，对缓冲装置进行一定的调整，压缩前后从板间距至345mm；车钩保留钩头结构，但采用短钩身设计。

H型车钩的静拉破坏强度(kN) 2660

连挂间隙（mm）2.8±1

缓冲装置阻抗力（kN）1200

行程（mm）55

车钩水平转角20º

车钩垂向转角6º

托梁鞍行程（mm）70

3.7 橡胶风挡

采用橡胶风挡，由一个横胶囊和两个立囊组成，并用螺栓连接至车端结构。立胶囊的内侧设有挡手条，横胶囊设导雨条、防晒板。车厢连挂时，胶囊被压成椭圆形状，起到密封作用。

橡胶风挡结构简单，路况适应性强，特别适合缅甸现有铁路状态。

4 车体强度计算

车体基本结构确定后，通过计算检验其强度。

4.1 有限元模型

利用Catia软件建立车体3D模型，并采用Ansys对其进行有限元分析。

为了计算的准确性，车体有限元模型的构成以任意四节点薄壳单元为主，三节点薄壳单元为辅。车体结构的有限元模型单元总数为1382673，节点总数为893625。车体有限元模型见图5。

4.2 强度、模态评价标准

车体所用材料及性能参数（见表2）。

表2

强度原则：在所有计算工况，车体各部件的最大Von- Mises应力均不得大于该部件所用材料的屈服强度。

模态分析要求车体振动频率偏离其他附属设备自振频率，防止产生共振。

4.3 计算工况

根据TB/T1335，客车静强度计算工况分为：垂向载荷工况；纵向载荷工况；顶车工况及设备冲击工况。

4.4 结果分析

通过计算，得出各工况应力、位移云图，其中，纵向压缩工况应力云图见图6。

各工况计算结果见下表（表3）。

表3

计算结果表明，车体最大应力均不超过对应材料屈服强度，满足静强度要求。

此外，分别从空车、整备、超员三种工况分析车体模态，空车模态振型见图7：

经分析，车体在不同状态下的模态频率值与同类车辆吻合，振型合理。

5 车体静强度试验

首辆车体制造完成后，对其做静强度试验，进一步检验车体强度。

5.1 测点布置

根据静强度计算结果布置检测点，牵枕缓测点布置见图8：

5.2 试验工况

试验分为垂向加载、纵向加载、扭转试验、顶车试验，各项试验分别进行3次，结果取平均值。

5.3 结果分析

实验结果见表4。

试验结果表明，该车的强度和刚度与计算结果基本一致，满足客户要求。

6 结论

缅甸客车是应缅方要求而设计的适用于米轨的客运车辆，车体材料选用考虑了缅甸当地环境湿热的特点，并对局部结构进行了强化设计。采用Catia三维建模与Ansys有限元分析相结合，首车实验验证的方法，设计了具备良好强度、刚度的车体，满足了客户需求；同时，该产品也为米轨客车设计提供了一款可借鉴平台。目前，该车首批次已顺利交付客户，并将很快投入使用。

参考文献：

[1]大连交通大学. 缅甸客车车体静强度、刚度和模态分析报告[R].2015.

[2]TB/T1335-1996 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范[S].北京：中华人民共和国铁道部；国家标准化管理委员会，1996.

[3]严隽耄，傅茂海.车辆工程（第三版）[M].北京：中国铁道出版社,2008.

[4]青岛四方车辆研究所有限公司.缅甸客车车体静强度试验报告[R].2015.

表4　试验结果应力及合成应力单位：MPa

作者简介：郝晓明（1982-），男，山东烟台人，研究生，工程师，研究方向：机客车车体结构设计。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.185