寇福俊 曹宝元 刘元君 景建辉
摘要：通过计算动车组的车下设备安装架在车辆运行过程中受到横向、纵向、垂向三个方向载荷作用时的应力，对安装架结构进行优化，计算结果表明，优化后的吊挂结构静强度的安全系数有很大提高，大幅提升了动车的安全运营保障，也为其他吊挂设备安装架的优化提供了可靠的依据。
关键词：蓄电池箱;安装架;静强度;优化
中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.07.094
1概述
盡管我国高速列车的设计、制造和集成技术已经具有世界先进水平，高速列车的安全运行问题仍然是面临的巨大挑战。高铁车辆作为运输体系中的关键装备，对车辆及其零部件的安全评估也就越来越重要。高铁车辆有很多的车下吊挂设备，这些设备的吊点往往不具备直接安装到车体的条件，所以需要通过安装架连接到车体上。安装架承受载荷复杂，工作环境恶劣，所以对这些安装架的强度的评估和优化对高铁的安全运营具有重要的意义。为此以蓄电池箱安装架为例进行分析、优化和试验。
2原方案有限元模型建立
2.1几何模型
蓄电池箱安装架为拼焊结构，其下方吊挂设备质量为490kg，重心位置基本位于设备几何中心处，垂向重心距吊座安装面250mm，如下图所示。安装架与设备通过安装座使用M12螺栓连接，安装架与车体底架为M20螺栓连接。
2.2有限元模型
根据蓄电池箱安装架的实际结构和尺寸建立几何模型，对蓄电池箱安装架的几何模型进行离散。模型采用壳单元S4，单元大小为3mm，共划分11591个单元，12189个节点，蓄电池箱安装架有限元模型如图2所示。
2.3材料属性
蓄电池箱安装架材料选用铝合金5083 P-0，材料属性如表1所示。
2.4计算工况和边界条件
根据铁路车辆车体结构的相关标准规定，车下设备静强度需满足纵向±3g、横向±1g、垂向（1±C）g载荷及载荷组合要求，根据安装架在车体上的安装位置确定C取0.5。
由设备的特点和标准要求，静强度计算有8种工况，如表2所示。
3仿真结果及分析
3.1静强度计算结果
表3是静强度计算结果，可以看出所有工况的等效应力最大值均大幅超出屈服强度，发生的部位在吊挂点和安装座区域，其中最小的工况一，图3是工况一的等效应力云图，可以看出，整个结构有一半的区域超过屈服强度，上纵梁尤其严重。
3.2优化方案
根据静强度分析，发现如下问题。
（1）L型的上纵梁强度远不能满足要求;
（2）弯纵梁的厚度需要增加;
（3）吊挂点的焊接方案需优化;
（4）优化后的重量需要控制。
根据分析，针对以上问题，主要采用的优化方法有以下几点：
（1）改变焊缝预留位置，将吊耳焊缝上移，形成局部整体承载;
（2）增加上弯梁板厚，由原来的6mm增加到8mm，其它不变;
（3）设置减重孔，在非集中承载位置打直径40mm的圆孔。
经多次优化验证，得到最终的优化方案见图4，原设计质量为11.5kg，优化后质量为11.9kg。
4优化方案的仿真及分析
表4是最终优化方案的计算结果，可以看出，所有工况等效应力均小于屈服强度，其中工况一的应力最大，图5是工况一的等效应力云图。
5结论
通过对蓄电池箱安装架计算结果的分析，提出优化的方案，并对优化方案进行计算验证。计算结果显示，优化后的方案安全系数大幅提升。
可以依此为依据，对其他车下设备安装架进行分析和优化，提升车辆整体的安全系数。
参考文献
[1]BSEN 12663-1-2010+A1-2014.铁路应用-铁路车辆车身的结构要求[S].
[2]GB/T 7928 2003地铁车辆通用技术条件[S].
[3]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2016.
[4]严隽耄，傅茂海.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，2008.
