新型磁懸浮橫向座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

張愛華+周強(qiáng)+陳賀久

摘要：磁懸浮列車是一種新型的軌道交通工具，依靠電磁吸力使列車浮起，使懸浮電磁鐵與軌道之間保持一定的氣隙而不與軌道接觸，列車靠直線電機(jī)牽引。文章對磁懸浮車座椅進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過ABAQUS對座椅進(jìn)行有限元模型的建立，應(yīng)用有限元分析方法，得出了在各種工況下座椅系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并驗證該座椅結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：ABAQUS；橫向座椅；有限元；結(jié)構(gòu)設(shè)計；磁懸浮列車；軌道交通 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U272 文章編號：1009-2374（2016）32-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.009

1 概述

時速160公里新型磁懸浮列車是一種新型的軌道交通工具，依靠電磁吸力使列車浮起，使懸浮電磁鐵與軌道之間保持一定的氣隙而不與軌道接觸，列車靠直線電機(jī)牽引。目前，磁懸浮車對客室設(shè)備要求輕量化，此車的座椅布置采用橫向及縱向座椅排布，其中橫向座椅結(jié)構(gòu)采用了輕量化設(shè)計，同時滿足車輛的安裝環(huán)境要求。

2 橫向座椅的基本結(jié)構(gòu)

橫向二人座椅包括座椅面板、座椅連接架、座椅支腿。座椅面板由座椅框架和座墊及靠墊組成，座墊及靠墊采用聚氨酯發(fā)泡外包蒙布的軟包結(jié)構(gòu)。座椅連接支架采用鋼板折彎結(jié)構(gòu)。座椅支腿采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。座椅面板：座椅面板由座椅框架、座墊及靠墊組成，座墊及靠墊采用聚氨酯發(fā)泡外包蒙布的軟包結(jié)構(gòu)。

3 座椅系統(tǒng)的接口分析

座椅系統(tǒng)的接口分析如下：（1）座椅支架與車體側(cè)墻的接口：主要將滑塊螺栓連接到轉(zhuǎn)接方梁，轉(zhuǎn)接方梁通過螺栓連接到支架上；（2）座椅支腿與地板的連接接口：通過螺栓連接到地板補(bǔ)強(qiáng)板上。

4 座椅部件分析

座椅方梁：采用6005-T6鋁型材材質(zhì)；座椅支架：采用Q235B碳鋼焊接結(jié)構(gòu)；座椅支腿：采用Q235B碳鋼焊接結(jié)構(gòu)。具體如圖2所示：

5 座椅強(qiáng)度分析

其中，計算應(yīng)力是部件在當(dāng)前工況下的最大等效應(yīng)力。

鋁合金板材的力學(xué)性能來自《一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材第二部分：力學(xué)性能》（GB/T 3880），鋁合金型材的力學(xué)性能遵循《一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材》（GB/T 6892-2006）。鋼制件力學(xué)性能來自《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700-2006）。

6 座椅有限元模型建立

模型中忽略了較小的圓角、倒角等細(xì)節(jié)，忽略這些元素基本不會對所關(guān)心的計算結(jié)果產(chǎn)生較大影響，但是可以減小計算量。模型中圓角、滑塊等采用六面體實體單元劃分，螺栓采用梁單元劃分，其余部分采用的是殼單元。整個模型的單元數(shù)和節(jié)點數(shù)分別為405897、319349。離散后的座椅結(jié)構(gòu)有限元模型如圖3：

7 邊界條件及載荷

橫向二人座椅邊界條件：在座椅支腿及座椅支架與車體連接的部位采用全約束，如圖4座椅結(jié)構(gòu)載荷工況

所示。

工況1：每個靠背頂部施加1500N，如圖5中的F1；工況2：每個坐墊前端施加1500N豎直向下的力，如圖5中的F2；工況3：扶手施加800N水平向后的力，如圖5中的F3；工況4：扶手施加800N水平向前的力，如圖5中的F4；工況5：扶手施加：750N水平向外的力，如圖5中的F5。

8 計算結(jié)果

8.1 位移云圖

座椅的最大位移量為30.97毫米；座椅的最大位移量為2.95毫米；座椅的最大位移量為31.56毫米；座椅的最大位移量為31.69毫米；座椅的最大位移量為10.6毫米。

8.2 等效應(yīng)力圖

工況1：經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力發(fā)生在支腿位置，滑塊最大應(yīng)力為169.7MPa。

工況2：經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力發(fā)生在支腿位置，滑塊最大應(yīng)力為93.92MPa。

工況3：經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力發(fā)生在滑塊位置，滑塊最大應(yīng)力為159.6MPa。

工況4：經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力發(fā)生在滑塊位置，滑塊的最大應(yīng)力為162.1MPa。

工況5：經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力發(fā)生在滑塊位置，滑塊的最大應(yīng)力為177.5MPa。

8.3 應(yīng)力分析結(jié)果表

通過各種工況下，座椅應(yīng)力云圖的顯示結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同工況下，座椅不同部位的應(yīng)力大小不同，具體見表1：

9 結(jié)語

在給定邊界條件和載荷工況條件下：（1）座椅骨架的最大位移為31.69毫米。由于應(yīng)力值沒有超過屈服極限，所以為彈性變形，不會發(fā)生塑性變形；（2）座椅的最大等效應(yīng)力為177.5MPa，發(fā)生在滑塊上。座椅結(jié)構(gòu)中的主要部件的安全系數(shù)高于EN12663標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的S1和S2，因此座椅主要部件強(qiáng)度合格。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：張愛華，女，中車唐山機(jī)車車輛有限公司助理工程師，工學(xué)碩士，研究方向：地鐵城軌車輛車內(nèi)設(shè)備的研發(fā)設(shè)計。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）