工程作業(yè)車蓄電池箱設(shè)計(jì)思路淺析

楊曉婧

（中車太原機(jī)車車輛有限公司，山西 太原 030000）

蓄電池組是工程作業(yè)車緊急操作、照明的電源，主要用于當(dāng)發(fā)電機(jī)組未啟動(dòng)時(shí)，給各處照明和控制系統(tǒng)等提供DC24 V電源。在柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生故障等緊急情況下，可由蓄電池組直接供電進(jìn)行緊急操作、照明等，以30A放電大于等于3 h以上，放電電壓大于等于1.00 V為準(zhǔn)。因此在設(shè)計(jì)過程中，用來承載蓄電池組的蓄電池箱也顯得十分重要。根據(jù)蓄電池組使用功能的不同、使用數(shù)量的不同、生產(chǎn)廠家的不同、客戶要求的不同等，蓄電池箱的大小和結(jié)構(gòu)也不一樣，但需要滿足的基本功能都相似，即滿足具有良好的散熱、防水、絕緣等設(shè)計(jì)要求，為工程作業(yè)車提供必備的電源支持。本文以重慶地鐵項(xiàng)目TY5型接觸網(wǎng)維修作業(yè)車蓄電池箱設(shè)計(jì)為背景，對(duì)蓄電池箱進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 蓄電池箱基本結(jié)構(gòu)

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

箱體長(zhǎng)度（mm）：1 238；

箱體寬度（mm）：575；

箱體高度（mm）：557；

蓄電池箱自重（kg）：277；

單只蓄電池最大質(zhì)量（kg）：8.75；

蓄電池額定電壓（V）：DC1.2/單體；

蓄電池最大外形尺寸（mm）：92×194×309.

圖1 蓄電池箱三維結(jié)構(gòu)圖

1.2 總體結(jié)構(gòu)

重慶地鐵TY5型接觸網(wǎng)維修作業(yè)車采用車軸驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)和蓄電池組并聯(lián)向負(fù)載供電的方式，整車共安裝有20只1.2V FNC 160HR3型（HOPPECKE德國(guó)制造）蓄電池，分為2個(gè)模塊，每個(gè)模塊由10只蓄電池組成。蓄電池箱三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。

蓄電池箱總體的設(shè)計(jì)采用全鋼組合、整體承載。蓄電池箱安裝方式采用邊梁懸掛，并在兩側(cè)及中間安裝板上焊接有防脫裝置；每組蓄電池串聯(lián)完成后分別裝于蓄電池小車內(nèi)，蓄電池小車可以拖出到箱門上，方便檢修人員對(duì)其進(jìn)行維護(hù)等操作；箱門的鎖緊方式采用杠桿式鎖緊裝置。

2 蓄電池箱主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 箱體組成

箱體主要由折彎件背板、側(cè)板和箱門焊接而成，所用材料為Q235A。兩側(cè)側(cè)板為防止吊裝變形，采用12 mm厚鋼板，有效防止安裝過程中箱體與邊梁角鋼孔距不匹配問題；背板采用10 mm厚的鋼板，開孔21×φ38 mm用以散熱（位于蓄電池箱箱體背面），開孔8×φ22 mm用以排水（位于蓄電池箱箱體底面）；箱門采用6 mm厚鋼板，與背板用鉸鏈連接。

2.2 小車

小車邊框由63×63×5角鋼組成，邊框的四角焊有角擋，底板為Q235A鋼板，在鋼板中心開φ80 mm孔，用以排水。小車底部均勻焊有6組滾輪。小車正前方組焊有2個(gè)φ10 mm圓鋼制作的扶手和2個(gè)插銷，2個(gè)插銷與上下鎖定板配套形成鎖定機(jī)構(gòu)。小車在箱體內(nèi)通過滑輪兩側(cè)擋板和鎖定機(jī)構(gòu)來限制其在運(yùn)行中產(chǎn)生的位移。小車結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 鉸鏈?zhǔn)嚼瓧U

拉桿是蓄電池箱箱門打開到水平狀態(tài)時(shí)的限位裝置。該車蓄電池箱共設(shè)置有3組拉桿，每根拉桿由2根上拉桿和1根下拉桿組成，用φ20 mm銷軸連接。

鉸鏈?zhǔn)嚼瓧U的作用是工作人員打開箱門后，使箱底、箱門呈同一水平位，保證載有蓄電池的小車能順利拉出，完成所需的維護(hù)檢修工作。

圖2 小車結(jié)構(gòu)圖

2.4 杠桿式鎖緊裝置

蓄電池箱箱門的鎖緊裝置采用杠桿式的鉤連桿結(jié)構(gòu)。門搭用8 mm厚的Q235A制成，連桿采用φ28×2鋼管，門把手用φ10 mm圓鋼制成，共2組。待蓄電池箱箱門關(guān)閉，搭鉤座與門搭、連桿現(xiàn)場(chǎng)配焊，要求搭鉤座與搭鉤同軸心。

工作中打開箱門時(shí)，以套環(huán)焊接點(diǎn)為支點(diǎn)，上抬門搭，操作連桿，使搭鉤脫離兩側(cè)板上的搭鉤座，即可打開箱門完成所需的維護(hù)檢修工作。

3 受力分析

為校核蓄電池箱強(qiáng)度，在SolidWorks中進(jìn)行簡(jiǎn)單算例分析。根據(jù)蓄電池箱采用的邊梁懸掛吊裝方式，施加載荷，對(duì)其靜態(tài)和疲勞過程進(jìn)行模擬。由第一強(qiáng)度理論可知，材料所承受的應(yīng)力應(yīng)小于其許用應(yīng)力[σ]，這樣才能保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生塑性變形或破壞。同時(shí)應(yīng)在最大設(shè)計(jì)載荷和破壞載荷之間提供充足的安全系數(shù)。

工作中當(dāng)箱門呈水平狀態(tài)時(shí)，將裝有蓄電池的小車拖出后，所有質(zhì)量集中在箱門上，拉桿和箱門鉸鏈?zhǔn)芰Υ?，?yīng)根據(jù)鉸鏈點(diǎn)、箱門重心位置、蓄電池小車重心位置對(duì)其進(jìn)行受力分析。上拉桿和下拉桿采用銷和孔配合的連接方式，失效情況可能有以下3種：拉桿產(chǎn)生塑性變形或斷裂，銷軸產(chǎn)生剪切斷裂，拉桿受銷軸的擠壓產(chǎn)生塑性變形。針對(duì)可能出現(xiàn)的3種失效情況，分別進(jìn)行受力校核。

4 不足與建議

4.1 變形

工程作業(yè)車在運(yùn)用和檢修過程中，由于蓄電池箱本身采用的材質(zhì)、設(shè)計(jì)方案、外力因素、檢修工藝等方面的原因，很可能造成蓄電池箱箱體、箱門產(chǎn)生變形，特別是蓄電池箱門，對(duì)于可能存在變形的部位，檢修人員應(yīng)重點(diǎn)觀察，及時(shí)予以調(diào)整，采用有效防范措施做好防護(hù)工作，確保作業(yè)車安全工作。

4.2 腐蝕

蓄電池箱吊裝在車輛下部，外界環(huán)境多變，經(jīng)常經(jīng)受風(fēng)、沙、雨、雪的侵蝕，且蓄電池電解液存在較強(qiáng)的腐蝕性，極易腐蝕蓄電池箱箱體，檢修人員應(yīng)加強(qiáng)檢查維修，及時(shí)檢查是否有滲漏的電解液，保證排水孔良好、通暢。

4.3 接線問題

蓄電池箱內(nèi)2組蓄電池之間需要進(jìn)行串聯(lián)接線，與箱體內(nèi)中間一組的鉸鏈?zhǔn)嚼瓧U容易發(fā)生干涉，需要在設(shè)計(jì)過程中多加注意。若蓄電池上方連接片與箱體之間距離狹小，應(yīng)適當(dāng)增加絕緣膠皮等確保安全。

［1］北京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，北京市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院，上海地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，等.GB/T 7928—2003地鐵車輛通用技術(shù)條件［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［2］李俊峰.理論力學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［3］李秀年.鐵路客車蓄電池箱常見故障及加固措施［J］.甘肅科技縱橫，2011（6）：56-58.