重载电力机车车体结构设计与强度研究

摘要

随着国民经济的迅速发展，铁路运输已不能满足要求。为此，铁路货运需发展重载运输。大功率重载机车的研制也成为首要课题。
　　 大功率重载机车通过增加轴重或轴数、采用交流电力技术、大功率异步电动机，能够有效的提高列车的牵引力，实现重载牵引。重载机车要承受比普通机车更大的纵向力，因此需要对其车体钢结构进行合理设计，充分利用材料性能。
　　 本文通过对已有重载机车车体结构的分析研究，重点对车体主要承载部件结构设计原理进行论证分析及设计优化，提出了车体主体结构的设计思路，结合主要部件的设计对焊接接头设计进行了分析，提出了合理设计焊缝位置和焊接接头形式。在此基础上设计的某型重载电力机车车体采用整体承载式车体，由司机室、侧墙、底架等部件焊接而成，车体顶盖采用可拆卸的小顶盖结构，车体前端为司机室，另一端为后端墙，司机室采用多平面，微流线形的结构形式;车内采用中央走廊方式，底架采用贯通式中梁的主承载结构，主要由侧梁、枕梁、牵引梁、变压器梁组成，牵引方式为两端低位牵引型式;为了提高整个车体的结构强度和抗扭刚度，侧墙采用带倾斜上弦的网架式结构。
　　 本文依据EN12663-1标准和国内现有机车的运用情况，分析确定了该重载机车车体主要的计算载荷，并在此基础上制定了车体的静强度计算载荷工况及疲劳载荷工况，基于EN12663-1和DVS1612标准给出的铁道机车车辆钢结构静强度和疲劳强度评定准则评定车体结构静强度和疲劳强度。使用ANSYS有限元软件建立车体结构的有限元模型，对车体结构进行了静强度和疲劳强度分析。并用ANSYS软件的二次开发APDL语言实现对车体结构静强度和疲劳强度分析结果的可视化，分析结果表明设计机车车体结构的静强度及疲劳强度满足设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 铁道机车车辆车体强度分析方法的发展

1．4 本文研究的主要内容及主要工作

第2章 机车车体结构设计原理

2．1 机车车体结构总体设计

2．1．1 主体承载结构合理的质量分配

2．1．2 合理设计焊缝位置和焊接接头形式

2．2 底架结构设计

2．2．1 底架设计原理

2．2．2 前／后牵引端梁结构

2．2．3 枕梁结构

2．3 司机室

2．4 侧墙

2．5 后端墙

2．6 隔墙

2．7 地板

2．8 台架

2．9 小结

第3章 车体焊接结构强度评定方法与可视化

3．1 结构强度评定方法

3．1．1 静强度评定准则

3．1．2 基于无限寿命的疲劳强度评定准则

3．1．3 疲劳强度计算方法的实现

3．2 计算结果的可视化

3．2．1 基于节点位移的可视化

3．2．2 基于单元节点应力的可视化

3．3 小结

第4章 大功率重载机车车体结构强度分析

4．1 边界条件

4．1．1 计算载荷

4．1．2 静强度载荷工况

4．1．3 疲劳强度载荷工况

4．1．4 边界条件

4．2 计算模型

4．2．1 垂向减振器座计算模型

4．2．2 横向减振器模型

4．3 材料特性

4．3．1 制造材料及板材厚度

4．3．2 静强度的许用应力

4．3．3 疲劳曲线

4．4 静强度计算结果及分析

4．4．1 纵向压缩载荷工况

4．4．2 纵向拉伸工况

4．4．3 在司机室前窗下部中梁均布300kN压力载荷工况

4．5 疲劳强度计算结果及分析

4．5．1 主体结构的最大von_Mises应力分布

4．5．2 垂向减振器座von_Mises应力分布

4．5．3 横向减振器座von_Mises应力分布

4．5．4 疲劳强度计算结果

4．6 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文