既有25T型鐵路客車換裝統(tǒng)型真空集便裝置設(shè)計及鋼結(jié)構(gòu)靜強度計算分析

石闖 于德財

摘 ?要：針對部分25T型軌道客車裝用老式進口集便裝置（型號EVAC、MONOGRAM）檢修困難、周期長、費用及故障率高等問題，故對配屬南昌鐵路局RW25T554078車進行試裝改造，將原車集便裝置換裝為統(tǒng)型真空集便裝置。應(yīng)用ANSYS workbench等有限元分析軟件對鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)改造區(qū)域進行靜強度計算分析加以驗證。

關(guān)鍵詞：軌道客車;集便裝置統(tǒng)型;鋼結(jié)構(gòu)改造;靜強度分析

1 引言

EVAC2000P集便裝置自2004年～2007年主要裝用于25G（T）型鐵路客車，約200輛車，2009年后EVAC2000P集便裝置未再裝車。根據(jù)車輛既有平面布置、污物箱吊裝形式，實施換裝統(tǒng)型集便裝置可分為車輛平面布置調(diào)整、污物箱吊裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)型及通用部分換裝改造三部分。

本設(shè)計適用于裝設(shè)EVAC2000P集便裝置的25T型客車換裝統(tǒng)型集便裝置，對車輛污物箱原為懸吊式結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一改為托挽式結(jié)構(gòu)。

2 改造技術(shù)方案介紹

2.1車輛平面布置調(diào)整

軌道客車廁所整體玻璃鋼間維持所占位置不變，對原集便裝置沖水組件盤裝設(shè)在廁所整體間凸出三角檢查罩內(nèi)的結(jié)構(gòu)，將該檢查罩整體切割取消并取直補齊;將統(tǒng)型氣水控制盤裝設(shè)在新?lián)Q洗手器下部;乘務(wù)員室內(nèi)適當(dāng)位置增設(shè)集便控制箱。

2.2污物箱吊裝結(jié)構(gòu)統(tǒng)型

現(xiàn)車污物箱吊梁與車體吊梁為螺栓連接的懸吊式結(jié)構(gòu)時，須割除現(xiàn)車車體吊梁及相關(guān)料件，改造為符合統(tǒng)型結(jié)構(gòu)的托挽式吊梁。改造結(jié)構(gòu)相關(guān)區(qū)域須進行有限元靜強度分析。

2.3通用部分換裝改造

2.3.1真空集便裝置

取消原車EVAC2000P集便裝置部件，換裝符合統(tǒng)型真空集便裝置。污物箱容積符合統(tǒng)型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，吊梁結(jié)構(gòu)采用托挽式，進污口、抽真空口位置可適當(dāng)調(diào)整;廁所水盤更新，水盤設(shè)有統(tǒng)型集便裝置風(fēng)管路、水管路、電伴熱線通過孔;廁所采用蹲式便器時車下設(shè)便器防護箱，可參照原車在防護箱內(nèi)設(shè)電伴熱或可控溫加熱裝置，防護箱應(yīng)便于檢查排泄閥組件;集便裝置供水管路根據(jù)氣水控制盤位置進行配置。

2.3.2集便裝置電氣控制及電氣配線

針對25T型軟臥車新增集便控制箱，設(shè)置于乘務(wù)員室內(nèi)。集便控制箱電氣原理符合集便統(tǒng)圖要求。遇有車下線槽、線盒及線管等與新增橫梁或車體污物箱吊梁及車下新增便器防護箱干涉時，對車下線槽、線盒及線管等進行移位或改制。

2.3.3其它

制動部位對應(yīng)的集便裝置供風(fēng)管路適當(dāng)調(diào)整改造，同時注意列車管、總風(fēng)管管路活接頭不可位于污物箱上方及車體底架狹小空間的問題，以便于檢修操作。原車集便裝置信息顯示模塊取消后對應(yīng)廁所間壁或潔具柜上的孔洞封堵，乘務(wù)員室頂板上新開集便控制箱過線孔等。

3改造計算分析

3.1概述

根據(jù)TB/T1335-1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》的相關(guān)要求，對RW25T554078車550L污物箱吊裝結(jié)構(gòu)進行靜強度及疲勞強度分析，以驗證其結(jié)構(gòu)設(shè)計是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2分析對象

污物箱吊梁結(jié)構(gòu)為更改后的適用于統(tǒng)型污物箱的吊裝結(jié)構(gòu)，包括新加裝的橫梁、原舊橫梁、新裝污物箱吊梁及固定用部分牽引梁和邊梁。該吊裝結(jié)構(gòu)根據(jù)要求和統(tǒng)型污物箱實際結(jié)構(gòu)及周邊部件位置進行針對性設(shè)計，設(shè)計過程充分考慮了車輛的實際運行條件及緊固組對形式，各部位所用的材料如表3-1所示，許用應(yīng)力安全系數(shù)取1.5。

3.3計算模型

RW25T554078車污物箱吊裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用CAXA3D實體軟件建立三維模型，有限元建模過程中對部件進行適當(dāng)簡化。采用Hypermesh軟件進行網(wǎng)格劃分，吊裝結(jié)構(gòu)均離散為薄殼單元，對重要位置進行局部細(xì)化。污物箱吊裝結(jié)構(gòu)共劃分23014個節(jié)點，22294個單元。

3.4分析工況

根據(jù)TB/T1335-1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》，當(dāng)結(jié)構(gòu)和載荷均對稱時，可沿對稱面截取1/2模型進行計算，故本次僅對吊裝結(jié)構(gòu)右側(cè)部分進行計算。對污物箱吊裝結(jié)構(gòu)強度計算時按照相當(dāng)于下列加速度的慣性力進行強度核算：縱向3g，橫向1g，垂向3g。模型以實際吊梁受力面為基準(zhǔn)，按照污物箱滿裝時的一半重量，施加相應(yīng)方向的慣性力，設(shè)置四種工況。對邊梁和牽引梁兩端進行約束。

3.5分析結(jié)果及結(jié)論

3.5.1污物箱吊裝組成結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)果

RW25T554078車改換統(tǒng)型污物箱吊梁組成通過有限元分析計算得出，污物箱吊梁組成結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力發(fā)生在工況四，吊梁與原橫梁焊接處，為207.47MPa，小于許用應(yīng)力230MPa，滿足強度設(shè)計要求。該極限工況下，疲勞壽命最短的位置也發(fā)生在該處，循環(huán)壽命為22408，安全因數(shù)為0.42。

3.5.2結(jié)論

由計算結(jié)果可知，RW25T554078車的550L污物箱吊裝結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力計算結(jié)果滿足強度設(shè)計要求。由于計算工況為極限情況，因此部件的實際疲勞壽命遠(yuǎn)高于計算值。

4結(jié)論

通過本次試改，驗證了統(tǒng)型真空集便裝置與老式進口集便裝置互換的可行性，為后續(xù)全鐵路范圍內(nèi)執(zhí)行相關(guān)換改提供理論及實物改造設(shè)計依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王宗杰，熔焊方法及設(shè)備[J]普通高校教育十一五重點規(guī)劃教材，機械工業(yè)出版社，2007.

[2]運輛客車函〔2012〕612號關(guān)于印發(fā)《既有25G（K）型客車加裝真空集便裝置改造技術(shù)方案》的通知.

[3]鐵總運〔2014〕67號關(guān)于公布《客車真空集便裝置暫行技術(shù)條件和客車真空集便裝置統(tǒng)型圖紙》的通知.

[4]杜平安，有限元網(wǎng)格劃分基本原則[J]，機械設(shè)計與制造，2000（1）：34-36.