1、机车车体强度计算中载重约束处理分析孙健摘 要：在处理和分析机车车体强度计算载重约束的工作中，运用传统的计算方法有一定局限性，需要对传统的计算方法加以改进，基于此，本文分析机车车体强度计算中载重约束处理相关问题，从载荷工况、有限元与仿真、垂向动载荷、静强度评价四方面入手进行总结，以供参考。关键词：机车载荷;强度计算;垂向动载荷引言：在处理机车车体强度载重约束相关问题时，会采用相应标准上的处理方法，保证载荷能均匀分布在整个地面上，事实上这种计算方法严格说起来并不合理，主要是因为安装设备不是都处于底架表面。需尝试运用新的处理方法，对传统的计算方法加以优化。一、机车载荷、工况多种多样机车在使用的过程中
2、所产生的载荷和工况多种多样，其中有 8 个比较重要。分别是静载荷、压缩载荷、牵引座考核、运行牵引、整体起吊、救援的两种情况、扭转。在建立汽车结构件三维数字化模型的工作中，要有标准的汽车设计规范为指导，会用到汽车构造、设计、制造工艺学有关知识。就三维数字化模型和有限元分析的几何模型而言，两者之间有着不同的侧重点，相互之间有一定区别，同时也存在着某种联系。其中三维数字化模型的侧重点是可制造性，要保证每个结构都有比较清楚的定义，而有限元分析的几何模型则更看重结构力学特性，更为关注一些会对安全产生影响的位置1。比如汽车驱动桥壳，其组成有半轴套管、桥壳本体、后桥盖总成、后制动底板固定法兰、钢板弹簧固定座
3、总成。简化 3D 实体模型，并将模型信息导入到 ANSYSWorkbench，之后才能进行有限元分析。汽车零件数以万计，这些构件的形状各不相同，完成连接和支承也有多种多样的形式，受力载荷和受力传递也有多种形式。建立有限元可进行动态分析，也能进行静态分析，但是建立模型的过程是非常复杂的。二、机车车体强度计算有限元与仿真分析载重约束处理，将整车车体作为研究对象，并进行有限元分析，模拟的对象是某型吊车内燃机车车体结构。建立有限元模型，会忽略一些因素，这些因素会对加工产生一定的影响。在车体结构中，只有缓冲座铸钢件采用的是 10 节点的四面体单元，其他的离散都用到了四边形板单元。在模拟焊缝时，是按照焊缝
4、处节点重合的形式进行。在确定设备重量时，要依据重心和安装座的位置进行，从而科学设置每个安装座位置的受力情况，运用质量单元的形式，并设置在相互对应的质量节点上，在此期间不会考虑到结构件的具体几何形状。该有限力学模型在离散之后，单元数量达 240959 个，节点数量为 346451 个。在设计机车车体的工作中，除了要满足强度和刚度的要求外，进行碰撞实验也很有必要。研究工程力学和汽车理论相关知识，能保证汽车结构具有合理的强度和刚度，在此基础上科学分析汽车所受载荷。在計算和评价机车结构强度和刚度的工作中，会用到 FEM 有关知识。机车结构所受载荷是非常复杂的，分析汽车结构所受载荷要做到全面客观，建立四
5、轮汽车模型，建立汽车坐标系，探究机车的弯曲情况，有些载荷是由部件质量引起的，主要是作用在垂直的平面上，分布于汽车车架方向上，会在垂直方向上产生弯矩。三、分析机车动作所产生的垂向动载荷机车振动会引起附加载荷，在研究附加载荷时，将垂向动载荷的系数设置为0.3，垂向动载荷会与静载荷同时作用在车体上。机车在制动时就会产生纵向载荷，主要作用在轮胎与地面的接触点上，也就是地面制动力和惯性力。在分析机车分析机车载重约束处理时，还需要分析汽车的扭转情况。扭转主要是由路面不平、不对称支承所产生。此时作用在同一车轴两车轮且沿竖直方向上的力就是不相等的，机车就会有沿纵向 X 轴转动的趋势。比如某实验中，机车所产生的
6、纵向压缩力是在车钩的中心高度上，大小为 1960KN，主要是作用在后从板座上。纵向拉伸力也是一种纵向水平载荷，在某次实验中纵向拉伸力的大小时1470KN，受力主要是前从板座2。牵引力较为集中，主要的受力部位是牵引座，在某次实验中，起动牵引力的大小是 480.9KN，持续牵引力的大小是341.7KN。在机车行驶的过程中，始终有重力的存在，因此需要同时考虑到弯矩和扭矩。四、机车静强度的评价运用第四强度理论导出的等效应力来评价机车的静强度，此等效应力不应该超过相应计算工况的许用应力。在不同的应力状态下，材料不发生破坏，就要满足相应的条件。计算得到相应的结果，并比较结果。不管采取哪种处理方式，都要保证
7、能够满足相应的强度要求。处于压缩工况和救援工况下，所选材料的许用应力应该接近最大应力，从实际情况来看，出现最大应力的位置也比较固定。运用这两种处理方式，各个工况节点的最大应力差值较小，差值为 0.5%，大约为 0.302MPa，对此应使用较大的节点应力，但是也存在着相反的工况。在评定车体强度时，需要加大材料的密度，来有效处理机车载重，采取这种方式，比均布载荷处理更简单。实验布设了两种救援工况、垂向静载工况、运行牵引工况，会发生车体底架最大变形和中梁变形的情况。就变形值而言，除了牵引工况外，其他三种工况，变形值比较小，相互之间的差值不到 0.1%。而中梁的变形相差值则比较大，但数值也不会超过 0.5%。五、总结综上所述，实现机车车体强度计算中载重约束的科学处理，要意识到机车载荷、工况多种多样，做好机车车体强度计算有限元与仿真工作，采取规范的步骤分析机车动作所产生的垂向动载荷，合理评价机车静强度。在日后还需要采取更多新的载重处理方法，更好接近实际情况。参考文献：1金希红，曾燕军，王泰.基于线路实测动应力谱的重载电力机车车体疲劳寿命预测J.重庆理工大学学报（自然科学），2020，34（01）：44-50.2寇怀东.电力机车车体耐冲击性情况分析J.科技创新导报，2019，16（29）：69-70.