FXN3型客运内燃机车车体设计与分析

摘要

FXN3型客运内燃机车是目前国内最先进的客运交流传动内燃机车，具有牵引吨位大、速度快的特点，能够有效提高铁路客运运输紧张的瓶颈局面。满足铁路客运市场的基本要求，带来巨大的经济效益和社会效益，与此同时，对机车的研发与应用提出了更高要求，不仅要提高车体的结构强度满足国际标准要求，又要减轻车体重量满足机车的高速客运需求。 为此，首先对FXN3型客运内燃机车的运用环境、技术条件等进行了简要介绍，通过对机车总体设备布局及技术参数的说明，阐明了车体设计的基本要求和技术路线；并对FXN3型客运内燃机车车体结构中先进的设计理念，例如整体承载车体结构、整体油箱式底架、具有减振功能的隔离式独立司机室、司机室防撞结构等进行了说明。 其次为保证FXN3型客运内燃机车车体结构满足高强度、减重设计要求，采用creo2.0软件建立车体三维模型，并采用ANSYS有限元分析软件建立车体结构的计算模型。根据BS EN12663-1:2010、BS EN15227-2008+A1-2010、TJ/JW102-2017等国际以及国内标准，对车体结构需要满足的10种典型工况进行了静强度计算。根据计算结果对车体钢结构进行了结构改进和减重，使车体钢结构重量满足总体设计要求。 对于准高速客运内燃机车车体而言，整车的拉伸、压缩、防撞墙顶部压缩、司机室侧墙压缩等工况下的受力情况是尤为重要的。本文最后对经过结构改进及减重设计后的车体结构进行了静强度校核计算，并对实际车体钢结构进行了静强度试验，以确保车体在满足设计重量的前提下，其结构强度及刚度的合理性，使得FXN3型客运内燃机车车体结构和性能有了很大的提高，对于今后高速客运内燃机车的研发积累了宝贵的经验，提高了中国机车设计的整体技术力量。

目录

声明

1. 绪论

1.1 概述

1.2 课题背景

1.2.1 国外内燃机车背景

1.2.2 国内内燃机车背景

1.2.3内燃机车车体技术背景

1.2.4 车体技术的发展趋势

1.3 本文主要工作

2. 机车总体及车体结构组成

2.1 机车主要技术参数和指标

2.2 机车总体布置

2.3 车体结构

2.4 底架结构

2.4.1概述

2.4.2各组成部分说明

2.5 司机室结构

2.6 排障器结构

2.7 侧墙结构

2.8 隔墙结构

2.9 顶棚结构

2.10 车钩缓冲装置

2.11 本章小结

3. 车体静强度计算与分析

3.1 车体静强度计算概述

3.2 引用标准

3.2 车体的有限元模型

3.2.1 模型的坐标定义

3.2.2 质量的定义

3.2.3单元类型

3.2.4 约束与载荷条件

3.4 车体材料的选用及材料的机械性能

3.4.1 材料选用的原则

3.4.2 材料的型号及机械性能

3.5 验收标准

3.5.1 静强度评定

3.5.2 刚度评定

3.6 车体静强度的初步计算

3.6.1 垂直静载工况

3.6.2 纵向压缩工况

3.6.3 防撞墙顶部压缩工况

3.7 静强度初步计算结果

3.8 刚度初步计算结果

3.9 小结

4. 结构的改进及减重

4.1 局部结构改进

4.2 减重说明

4.2.1 底架一位端减重说明

4.2.2 底架二位端减重说明

4.2.3 燃油箱减重说明

4.2.3 隔墙减重说明

4.3 减重统计

4.4 小结

5. 静强度的校核计算及对比

5.1 垂直静载工况

5.2 垂直动载工况

5.3 纵向压缩工况

5.4 纵向拉伸工况

5.5 整体起吊工况

5.6 架车（扭转）工况

5.7 Ⅰ端复轨工况

5.8 排障器中部压缩工况

5.9 防撞墙顶部压缩工况

5.10 司机室侧墙压缩工况

5.11 应力云图

5.12 改造前后车体应力的对比

5.13 改造前后车体刚度对比

5.14 小结

6. 车体静强度试验

6.1 概述

6.2 试验标准及依据

6.3 试验工况及试验载荷

6.4 试验设备

6.5 测点布置

6.6 垂向载荷的分布位置

6.7 试验方法及步骤

6.8 数据处理与验收标准

6.8.1 试验数据

6.8.2 数据处理方法

6.8.3 验收标准

6.9 试验结论

6.10 试验与计算结果的对比

7. 结 论

参考文献

附表. 应力测点检测结果

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书