0 引言

MYH-1200地铁焊轨车是一种适用于广州地铁标准轨距P60钢轨焊接的大型养路机械。该车由车架（体）、动力系统、走行系统、制动系统、液压系统、电气系统、焊接系统等组成，主要功能为在线路上完成钢轨的焊接作业。在车辆的一侧安装有司机室，另一侧安装有一个可移动式的焊机间，平时焊机收放在焊机间，需要作业时，将焊机间的外壳向车内方向移动，然后将焊机起吊、移动至车辆外端，对钢轨进行焊接。

1 有限元建模

由于车辆在地铁线路上运营，对轴重要求较高，不允许超过14t，这给车架的设计带来了一定的困难，需要尽可能多的运用中、薄板，设计出合理的轻量化结构。我们运用大型通用有限元软件ANSYS对车体进行了反复的计算和优化，最终将车架的参数确定为表1所示。

该车属于整车承载，为了保证车体的垂向刚度，我们在建立有限元模型时，将车架部分与侧墙、顶棚、司机室等薄板件一同建模。为了简化，我们将整车的重量以密度的形式加载在整个车体上，这种方式虽然不足够准确，但是在设计阶段，各部分机构没有完全确定的情况下，已足够满足要求，并且这样操作更有利于反复的计算和优化。为了真实有效的模拟车体在各种工况下的受力情况，考虑到车体是由大量的钢板拼焊而成，所以本文选用壳单元进行模拟计算，因为4节点壳单元SHELL181有节点偏置功能选项，因此选用该单元建模非常方便，结果更加准确。该车重量主要是由心盘承载，这类转向架应用范围很广，其心盘处是球铰支撑的，因此如何模拟心盘处的边界条件便成为计算准确与否的关键。

表1 车架的参数Application 创新应用

本次计算，以车架的长度方向为X向，宽度方向为Y向，高度方向为Z向。在心盘处的中心节点直接约束UY，UZ，ROTX，为了避免刚体位移，在其中一个心盘处的中心节点约束UX，两个芯盘处都释放ROTY[1]。有限元模型如图1所示，图中左侧为做了一定简化的司机室一侧，车架端部装有内电车钩；图中右侧为移动式焊机间的一侧，车架端部装有2号车钩。为了安装两种不同类型的车钩，车架两端的牵引梁在设计上也是不同的。

2 垂向刚度计算

为了验证车体的垂向刚度，我们首先进行了垂向刚度的计算，其结果如图2所示。由图2（a）我们可以看到，车体垂向变形最大的部分位于顶棚，其变形最大值为9.06mm，但是我们主要关注的是车架部分的垂向变形。因此在去除侧墙、顶棚后的图2（b），我们看到，车体底架，即车架部分垂向变形最大值位于车架中部，其值为2.77mm。TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》[2]中要求整体式承载的车架（体）的垂向变形值应小于其心盘间距的1/900，即本车的垂向变形值应小于11 800/900＝13.1mm，所以该车体的垂向刚度很好，满足标准要求。

3 纵向拉伸及压缩工况计算

根据相关标准，纵向拉伸工况为：1.3倍的垂向载荷+980kN的纵向拉伸力。对于内电车钩，沿车钩中心线作用在从板座上；对于2号车钩，作用于其安装座上。压缩工况与拉伸工况类似，但其纵向压缩力的值为1 180kN。由于我们关心的是车架上的应力分布情况，侧墙、顶棚等薄板件上的应力值较小，因此我们直接观察底架上的应力分布情况，其计算结果分别如图3、图4所示。从图3中我们可以看到，拉伸工况下，车架上应力分布比较均匀，这说明车架上的材料应用比较充分，最大应力点位于2号车钩的安装座处，其值为178.6MPa，由于该处是直接加载力的位置，应力值和实际值不符，去除该位置后，车架上的最大应力值为159.7MPa，位于图中右侧枕梁与工字梁的交界处；而压缩工况最大应力点位于2号车钩的安装座处，其值为213.4MPa，去除该位置后，车架上的最大应力值为193.6MPa，同样位于图中右侧枕梁与工字梁的交界处。

4 结语

经过多次的计算、优化，最终确定的该车车架重量较轻，完全满足地铁轴重的要求；从有限元计算结果来看，该车架（体）的刚度和强度均满足相关标准[2-6]，并且都留有较大的安全余量；而该车目前已经在运行使用，一切情况正常。

转载于：王晓东,保思敏,李瑛娟,仝晓田,吴磊.MYH-1200地铁焊轨车车体强度与刚度分析[J].电子技术,2021,50(05):90-91.