缅甸米轨机车车体设计

安赟+尹相波+郝晓明+林红

摘 要：主要阐述缅甸米轨机车车体的结构特点和各主要部件的结构设计，并对车体的静强度进行了分析计算、试验，验证了设计车体钢结构的强度水平。

关键词： 米轨机车；车体；结构；强度；有限元；试验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.216

1 引言

缅甸机车是适用于米轨的机车车辆，可用于客、货干线运输，最高运用速度100km/h，线路状态较差且运行环境湿热。综合考虑以上条件，通过合理选用材料，分析车辆载荷，规划整体结构，设计满足客户使用要求的车体钢结构。

2 车体钢结构简介

2.1 车体钢结构特点

车体为底架中梁承载，内走廊式钢结构；车体上部各室钢结构与底架钢结构通过螺栓进行连接。车体设计寿命为30年；底架前端板与后端板处设有紧急救援座，两端端部设砂箱。采用符合美国“AAR”标准的H型车钩缓冲装置（10A轮廓），并单独提供过渡车钩，可以实现与MCA-PH车钩连挂，进行救援或调车。

2.2 主要技术参数

车体主要技术参数见表1。

2.3 材料选用

厚度≤ 6mm 的钢板、压型梁柱采用符合GB/T4171-2008的Q355GNH高强度耐候钢；厚度>6mm的板材、型钢使用低合金高强度结构钢（Q345）符合GB/T1591-2008；所采用不锈钢材料牌号为06Cr19Ni10，符合GB/T3280-2007。

3 车体结构设计

3.1 总体

缅甸机车车体为底架中梁承载、内走廊式结构。其结构见图1。

车体主要由底架钢结构和上体钢结构组成。上体钢结构依次为Ⅰ端司机室钢结构、电气室钢结构、动力室钢结构、辅助室钢结构、Ⅱ端司机室钢结构，各室均为活动式独立模块，便于检修维护。

底架每侧设两组架抬车位，成对称分布，便于车体抬升；底架两端端部各设置两个吊车座；底架两侧，在边梁对称设计四个吊车孔，具备整体起吊功能。车体两端设排障器，排障器采用钢板拼焊，与前后端板使用螺栓连接。

3.2 底架钢结构

底架采用中梁承载结构，是车体主要承载部分。主要由中梁组成、前后端部、边梁组成、横梁、旁承梁、铁地板及吊座组成。中梁组成是车体的承载部位，采用钢板拼焊成箱型结构，两中梁之间使用钢板连接，提高强度和刚度。如图2所示。前后端部采用钢板拼焊，并设计由车钩箱，以安装车钩；车钩箱区域设计双层腹板，在车钩箱向枕梁过渡区，采用大圆弧的“刀把型”结构，以改善集中受力部位的应力特性。边梁采用通长槽钢，在受力较大部位增焊立板，形成闭合回行梁，提高强度。底架组成后，边梁预制上挠值在10-12mm范围内。

旁承梁采用变截面口型梁结构，位于中梁两侧，连接中梁与边梁，并未提供安装接口，便于转向架与车体结构装配。适当设计补强板，使结构能满足各种载荷要求。

3.3 上体钢结构

上体各室钢结构均由蒙皮和骨架组焊形成，与底架使用螺栓连接。

电气室、动力室、辅助室钢结构顶部设置活盖，便于车内设备的吊装。活盖与车顶使用螺栓连接，并采取必要的防水、密封措施。

3.4 车钩缓冲装置

采用AAR H型车钩，车钩缓冲装置主要由以下部分组成：AAR H型车钩、车钩托板、缓冲器组成、前从板座、后从板座等。

主要技术参数

车钩的静拉破坏强度 2660kN

行程 55mm

缓冲装置阻抗力 1200 kN

连挂间隙 2.8±1mm

车钩水平转角 20?

车钩垂向转角 6 ?

4 车体强度计算

缅甸机车车体钢结构采用底架承载，上体之间、上体与底架之间采用螺栓连接。

4.1 有限元模型

采用Catia软件建立车体3D模型，并采用大型通用分析及处理软件Hypermesh及Ansys进行有限元分析。车体有限元模型主要采用4节点SHELL殼单元，附加结构的质量及分布位置采用质量单元MASS单元等效，并通过RBE3单元或RIGID单元及其相邻的有限元结构连接。在底架等处较厚的结构也相应的采用六面实体单元模拟。该结构的有限元模型单元总数为370260，节点总数为348710。车体有限元模型见图3。

4.2 强度评价标准

所有计算工况中，车体最大Von Mises应力均不得大于车体部件所用材料的屈服强度。

4.3 计算工况

根据车辆运行要求，计算工况供6个：垂向载荷工况，纵向压缩工况，纵向拉伸工况，整体起吊工况，救援工况，双机牵引工况。

通过计算，得出各工况应力云图。其中，最大应力值为297.5MPa，发生于纵向压缩载荷工况下中心销座筋板处，该工况应力云图见图4。

垂直载荷工况下底架边梁垂向位移为9.41mm。

计算结果表明，车体最大应力均不超过对应材料的屈服强度，底架边梁垂向位移小于边梁预制挠度，满足静强度及刚度要求。

5 车体静强度试验

为进一步验证车体强度，对首辆车体钢结构进行静强度试验。

（1）测点布置。检测点布置依据为静强度计算结果 ，中梁组成检测点的布置见图5。（2）试验工况。试验项目为垂向均布加载试验、垂向集中加载试验、纵向压缩加载试验、纵向拉伸加载试验、扭转试验、顶车试验，共6项，分别进行3次。 （3）结果分析。通过试验结果对比分析，车体的强度、刚度与计算结果基本一致，满足设计要求。

6 结论

缅甸机车是依据缅方要求设计的米轨机车。车体的设计从选材到结构都充分考虑了当地的环境、线路特点，并对局部的结构进行了优化设计。设计过程中采用仿真分析计算与首车试验相结合的方法，保证车体具备良好的强度、刚度，满足客户需求。目前，该车已全部交付客户并已累计运行97万公里。

参考文献：

[1]大连交通大学.出口缅甸机车底架车体静强度、刚度计算报告[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.缅甸机车车体静强度试验报告[R].2015.