CRH3型动车组车下设备安装部位强度试验研究

王云峰+倪青松

摘要：本文根据标准EN12663-1：2010对CRH3型动车组车下设备安装部位进行试验验证。首先，利用ANSYS软件建立底架设备安装孔处局部模型，通过计算3个方向安装孔支反力，得到试验载荷，然后通过静强度试验对其进行验证。

关键词：动车组；ANSYS仿真计算；静强度试验；支反力

1引言

近年来，高速轨道交通运输以其运载量大、运行速度高等特点得到广泛关注，动车组相关技术发展迅猛。动车组车体既是容纳乘客载体，又是安装和连接其他设备的基础，是动车组十大关键技术之一。设备舱电器设备主要是由安装在底架边梁上的设备支架支承的，因此，边梁主要受到来自吊挂设备3个方向的载荷，垂向承受吊挂设备的重量及垂向加速度产生的载荷，横向上受到设备的离心力，牵引或制动时的加速度会产生纵向载荷。由于动车组运行速度高、运行线路环境复杂，所以底架设备安装部位往往需承受多个方向叠加载荷的作用。目前使用软件对承力部分进行的仿真模拟较成熟[1] [2]，但是也有必要对其进行静强度试验，以对连接部位的强度进行检验。

2试验载荷计算

由于实际运行过程中，设备安装部位主要受到纵向载荷和垂向载荷作用，本文以纵向载荷和垂向载荷为例进行仿真计算，利用ANSYS软件计算每个关键点的反作用力。根据CRH3型动车组实车模型得到12个悬挂点和车下设备重心的坐标见表1，定义X、Y、Z方向分别为纵向、横向和垂向方向。

2.1三维模型建立

在ANSYS软件中对悬挂点及车下设备进行三维模型建立，车下建立12個关键点并对关键点进行定义，创建车下关键点为设备重心，并沿Z轴方向连接重心坐标与车体底架模型。

2.2有限元模型建立

通过ANSYS软件建立有限元模型，如图1所示。对有限元模型进行仿真计算，得出关键点在车辆运行过程中的作用力，计算过程如下：

（1）定义网格类型，建立壳单元和梁单元；（2）在ANSYS软件中分别通过壳单元和梁单元对车体底架和连接梁进行网格划分；（3）对关键点进行全约束；（4）在重心坐标处施加X方向和Z方向作用力；（5）ANSYS计算得出各关键点在X、Y、Z方向的作用力及弯矩。

根据标准规定，车辆运行过程中车下设备受到的力为垂向力和纵向力的组合：垂向力=车下设备的质量？g；纵向力=车下设备的质量？3g。

2.3 计算结果

垂向加速度1g+纵向加速度+3g时，计算得到的每个关键点的反作用力见表2，计算云图如图2所示。

最大垂向力为33088N，最大纵向力为24000N，最大横向力为4079N，因此，试验时取垂向33088N+纵向24000N+横向4079N。

3静强度试验

对底架边梁设备安装孔进行静强度试验。试验前在安装孔布置测点并粘贴三向应变片，使用设备固结强度试验工装进行载荷加载，布点位置及试验工装如图3所示。施加载荷到达计算载荷值时停止，并采集数据，根据计算结果施加载荷：垂向载荷为33088N，纵向载荷为24000N，横向载荷为4079N。静强度试验使用应变片灵敏系数为2.22±1%，试验载荷使用5T载荷传感器测得，使用UCS60A数据设备采集应力值及载荷值数据。

试验测得垂向载荷、横向载荷、纵向载荷三个工况各测点应力值，根据标准进行合成得到测点R1应力值为9.8MPa，测点R2应力值为9.8MPa，测点R3应力值为7.2MPa，测点R4应力值为5.8MPa。试验车体底架边梁材料屈服极限为200MPa，试验结果显示，使用材料及结构符合设计要求。

4结论

本文利用ANSYS软件建模计算了CRH3型动车组运行过程中车下设备受到的纵向载荷和垂向载荷作用时，底架设备安装部位受到的载荷值，并将计算结果应用到设备固结静强度试验中，试验结果表明底架设备安装部位的强度满足设计要求。

参考文献：

[1]刘余龙.基于RADIOSS的某地铁车辆转向架构架强度分析[C]，Altair技术大会论文集，2014.

[2]梁江波.某重型车悬架系统静强度及疲劳耐久性分析[C]，Altair技术大会论文集，2013.