既有25T型铁路客车换装统型真空集便装置设计及钢结构静强度计算分析

石闯 于德财

摘  要：针对部分25T型轨道客车装用老式进口集便装置（型号EVAC、MONOGRAM）检修困难、周期长、费用及故障率高等问题，故对配属南昌铁路局RW25T554078车进行试装改造，将原车集便装置换装为统型真空集便装置。应用ANSYS workbench等有限元分析软件对钢结构相关改造区域进行静强度计算分析加以验证。

关键词：轨道客车;集便装置统型;钢结构改造;静强度分析

1 引言

EVAC2000P集便装置自2004年～2007年主要装用于25G（T）型铁路客车，约200辆车，2009年后EVAC2000P集便装置未再装车。根据车辆既有平面布置、污物箱吊装形式，实施换装统型集便装置可分为车辆平面布置调整、污物箱吊装结构统型及通用部分换装改造三部分。

本设计适用于装设EVAC2000P集便装置的25T型客车换装统型集便装置，对车辆污物箱原为悬吊式结构的统一改为托挽式结构。

2 改造技术方案介绍

2.1车辆平面布置调整

轨道客车厕所整体玻璃钢间维持所占位置不变，对原集便装置冲水组件盘装设在厕所整体间凸出三角检查罩内的结构，将该检查罩整体切割取消并取直补齐;将统型气水控制盘装设在新换洗手器下部;乘务员室内适当位置增设集便控制箱。

2.2污物箱吊装结构统型

现车污物箱吊梁与车体吊梁为螺栓连接的悬吊式结构时，须割除现车车体吊梁及相关料件，改造为符合统型结构的托挽式吊梁。改造结构相关区域须进行有限元静强度分析。

2.3通用部分换装改造

2.3.1真空集便装置

取消原车EVAC2000P集便装置部件，换装符合统型真空集便装置。污物箱容积符合统型标准规定，吊梁结构采用托挽式，进污口、抽真空口位置可适当调整;厕所水盘更新，水盘设有统型集便装置风管路、水管路、电伴热线通过孔;厕所采用蹲式便器时车下设便器防护箱，可参照原车在防护箱内设电伴热或可控温加热装置，防护箱应便于检查排泄阀组件;集便装置供水管路根据气水控制盘位置进行配置。

2.3.2集便装置电气控制及电气配线

针对25T型软卧车新增集便控制箱，设置于乘务员室内。集便控制箱电气原理符合集便统图要求。遇有车下线槽、线盒及线管等与新增横梁或车体污物箱吊梁及车下新增便器防护箱干涉时，对车下线槽、线盒及线管等进行移位或改制。

2.3.3其它

制动部位对应的集便装置供风管路适当调整改造，同时注意列车管、总风管管路活接头不可位于污物箱上方及车体底架狭小空间的问题，以便于检修操作。原车集便装置信息显示模块取消后对应厕所间壁或洁具柜上的孔洞封堵，乘务员室顶板上新开集便控制箱过线孔等。

3改造计算分析

3.1概述

根据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的相关要求，对RW25T554078车550L污物箱吊装结构进行静强度及疲劳强度分析，以验证其结构设计是否满足标准要求。

3.2分析对象

污物箱吊梁结构为更改后的适用于统型污物箱的吊装结构，包括新加装的横梁、原旧横梁、新装污物箱吊梁及固定用部分牵引梁和边梁。该吊装结构根据要求和统型污物箱实际结构及周边部件位置进行针对性设计，设计过程充分考虑了车辆的实际运行条件及紧固组对形式，各部位所用的材料如表3-1所示，许用应力安全系数取1.5。

3.3计算模型

RW25T554078车污物箱吊装结构应用CAXA3D实体软件建立三维模型，有限元建模过程中对部件进行适当简化。采用Hypermesh软件进行网格划分，吊装结构均离散为薄壳单元，对重要位置进行局部细化。污物箱吊装结构共划分23014个节点，22294个单元。

3.4分析工况

根据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》，当结构和载荷均对称时，可沿对称面截取1/2模型进行计算，故本次仅对吊装结构右侧部分进行计算。对污物箱吊装结构强度计算时按照相当于下列加速度的惯性力进行强度核算：纵向3g，横向1g，垂向3g。模型以实际吊梁受力面为基准，按照污物箱满装时的一半重量，施加相应方向的惯性力，设置四种工况。对边梁和牵引梁两端进行约束。

3.5分析结果及结论

3.5.1污物箱吊装组成结构强度分析结果

RW25T554078车改换统型污物箱吊梁组成通过有限元分析计算得出，污物箱吊梁组成结构的最大应力发生在工况四，吊梁与原横梁焊接处，为207.47MPa，小于许用应力230MPa，满足强度设计要求。该极限工况下，疲劳寿命最短的位置也发生在该处，循环寿命为22408，安全因数为0.42。

3.5.2结论

由计算结果可知，RW25T554078车的550L污物箱吊装结构的静应力计算结果满足强度设计要求。由于计算工况为极限情况，因此部件的实际疲劳寿命远高于计算值。

4结论

通过本次试改，验证了统型真空集便装置与老式进口集便装置互换的可行性，为后续全铁路范围内执行相关换改提供理论及实物改造设计依据。

参考文献

[1]王宗杰，熔焊方法及设备[J]普通高校教育十一五重点规划教材，机械工业出版社，2007.

[2]运辆客车函〔2012〕612号关于印发《既有25G（K）型客车加装真空集便装置改造技术方案》的通知.

[3]铁总运〔2014〕67號关于公布《客车真空集便装置暂行技术条件和客车真空集便装置统型图纸》的通知.

[4]杜平安，有限元网格划分基本原则[J]，机械设计与制造，2000（1）：34-36.