工程作业车蓄电池箱设计思路浅析

2018-02-28杨晓婧

科技与创新 2018年4期

杨晓婧

（中车太原机车车辆有限公司，山西太原 030000）

蓄电池组是工程作业车紧急操作、照明的电源，主要用于当发电机组未启动时，给各处照明和控制系统等提供DC24 V电源。在柴油发电机发生故障等紧急情况下，可由蓄电池组直接供电进行紧急操作、照明等，以30A放电大于等于3 h以上，放电电压大于等于1.00 V为准。因此在设计过程中，用来承载蓄电池组的蓄电池箱也显得十分重要。根据蓄电池组使用功能的不同、使用数量的不同、生产厂家的不同、客户要求的不同等，蓄电池箱的大小和结构也不一样，但需要满足的基本功能都相似，即满足具有良好的散热、防水、绝缘等设计要求，为工程作业车提供必备的电源支持。本文以重庆地铁项目TY5型接触网维修作业车蓄电池箱设计为背景，对蓄电池箱进行简单介绍。

1 蓄电池箱基本结构

1.1 主要技术参数

箱体长度（mm）：1 238；

箱体宽度（mm）：575；

箱体高度（mm）：557；

蓄电池箱自重（kg）：277；

单只蓄电池最大质量（kg）：8.75；

蓄电池额定电压（V）：DC1.2/单体；

蓄电池最大外形尺寸（mm）：92×194×309.

图1 蓄电池箱三维结构图

1.2 总体结构

重庆地铁TY5型接触网维修作业车采用车轴驱动的发电机和蓄电池组并联向负载供电的方式，整车共安装有20只1.2V FNC 160HR3型（HOPPECKE德国制造）蓄电池，分为2个模块，每个模块由10只蓄电池组成。蓄电池箱三维结构如图1所示。

蓄电池箱总体的设计采用全钢组合、整体承载。蓄电池箱安装方式采用边梁悬挂，并在两侧及中间安装板上焊接有防脱装置；每组蓄电池串联完成后分别装于蓄电池小车内，蓄电池小车可以拖出到箱门上，方便检修人员对其进行维护等操作；箱门的锁紧方式采用杠杆式锁紧装置。

2 蓄电池箱主要结构特点

2.1 箱体组成

箱体主要由折弯件背板、侧板和箱门焊接而成，所用材料为Q235A。两侧侧板为防止吊装变形，采用12 mm厚钢板，有效防止安装过程中箱体与边梁角钢孔距不匹配问题；背板采用10 mm厚的钢板，开孔21×φ38 mm用以散热（位于蓄电池箱箱体背面），开孔8×φ22 mm用以排水（位于蓄电池箱箱体底面）；箱门采用6 mm厚钢板，与背板用铰链连接。

2.2 小车

小车边框由63×63×5角钢组成，边框的四角焊有角挡，底板为Q235A钢板，在钢板中心开φ80 mm孔，用以排水。小车底部均匀焊有6组滚轮。小车正前方组焊有2个φ10 mm圆钢制作的扶手和2个插销，2个插销与上下锁定板配套形成锁定机构。小车在箱体内通过滑轮两侧挡板和锁定机构来限制其在运行中产生的位移。小车结构如图2所示。

2.3 铰链式拉杆

拉杆是蓄电池箱箱门打开到水平状态时的限位装置。该车蓄电池箱共设置有3组拉杆，每根拉杆由2根上拉杆和1根下拉杆组成，用φ20 mm销轴连接。

铰链式拉杆的作用是工作人员打开箱门后，使箱底、箱门呈同一水平位，保证载有蓄电池的小车能顺利拉出，完成所需的维护检修工作。

图2 小车结构图

2.4 杠杆式锁紧装置

蓄电池箱箱门的锁紧装置采用杠杆式的钩连杆结构。门搭用8 mm厚的Q235A制成，连杆采用φ28×2钢管，门把手用φ10 mm圆钢制成，共2组。待蓄电池箱箱门关闭，搭钩座与门搭、连杆现场配焊，要求搭钩座与搭钩同轴心。

工作中打开箱门时，以套环焊接点为支点，上抬门搭，操作连杆，使搭钩脱离两侧板上的搭钩座，即可打开箱门完成所需的维护检修工作。

3 受力分析

为校核蓄电池箱强度，在SolidWorks中进行简单算例分析。根据蓄电池箱采用的边梁悬挂吊装方式，施加载荷，对其静态和疲劳过程进行模拟。由第一强度理论可知，材料所承受的应力应小于其许用应力[σ]，这样才能保证产品结构不会发生塑性变形或破坏。同时应在最大设计载荷和破坏载荷之间提供充足的安全系数。

工作中当箱门呈水平状态时，将装有蓄电池的小车拖出后，所有质量集中在箱门上，拉杆和箱门铰链受力大，应根据铰链点、箱门重心位置、蓄电池小车重心位置对其进行受力分析。上拉杆和下拉杆采用销和孔配合的连接方式，失效情况可能有以下3种：拉杆产生塑性变形或断裂，销轴产生剪切断裂，拉杆受销轴的挤压产生塑性变形。针对可能出现的3种失效情况，分别进行受力校核。