1、CKD0A 型内燃机车底架结构设计摘 要介绍 CKD0A 型内燃机车底架的结构特点，通过 ANSYS 软件对底架进行有限元分析，论证底架结构的强度以及刚度满足使用的要求。关键词底架 有限元分析 强度 中图分类号：TK47 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0026-01 l.前言 CKD0A 型内燃机车车体为双司机室内廊式整体承载结构，主要由司机室、侧墙、顶盖、隔墙、底架，排障器及牵引缓冲装置等部分组成。考虑机车的运行条件，对底架进行了可靠设计和仿真计算。 2.参数与结构 2.1 主要参数 2.2 基本结构 底架主要承担机车牵引和制动所产生的纵向牵引力和压缩力以及车
2、上设备的垂直载荷。底架由前后端部、柴油机座梁、边梁、横梁、前后风道梁、底架盖板及附件等组成。 2.2.1 端部装配 端部装配采用板式焊接结构，由中部牵引梁、牵引横梁、上下盖板、短板、加强围板等组成。端部左右各设有架车点及防爬装置。底架前后在距中心线 4300mm 处各设置一处牵引横梁，牵引横梁采用箱型焊接结构，中部装有牵引销座板。其下端与牵引销连接。通过牵引销，转向架与车体实现了连接，从而实现了机车纵向牵引力和制动力的传递。 2.2.2 柴油机座梁装配 柴油机座梁采用箱型梁焊接结构，由三根柴油机座梁、连接纵梁、风缸悬挂梁等组成。并在柴油机座梁中间处加设排污槽结构。为保证牵引电机大线穿过底架，在
3、座梁两侧预焊圆管供大线穿过。 2.2.3 风道梁装配 风道梁装配布置在机车前后端部的牵引横梁与柴油机座梁之间。其内部风道完成牵引电机通风的任务。由于，其同牵引横梁和柴油机座梁一同组焊。因此，风道梁装配部分承担了由端部牵引梁传递的纵向载荷，进而加强了底架的强度。 2.2.4 其他装配 除了以上装配，在机车相应位置设置了各种吊座、安装架、排污槽、减震器安装座等结构，为其它设备提供辅助功能；并在盖板受力和振动较大部位焊接加强梁，提高底架整体强度。 3.底架强度和刚度计算 3.1 计算模型 为了精细校核车体的强度，保证计算精度，车体结构的有限元模型主要采用四边形壳体单元和少量的三角形壳体单元，还有少量
4、支撑部位的实体单元。所有的壳单元边长约为 50mm。整个计算模型中共划分122353 节点，133364 个壳单元。 3.2 计算工况和载荷 3.2.1 垂直载荷工况 作用载荷主要包括柴油机、燃油箱、电气设备、蓄电池、制动装置、冷却装置等车上设备重量、车体自重以及各管、线等分布载荷。约束点为 4 个旁承座。 考虑机车运行是所产生的振动对强度的影响，所有垂直载荷均需乘动载系数 kd，取 kd=1.3. 3.2.2 压缩工况 作用载荷：机车车体承受 1.3 倍车体载荷，同时两端牵引梁内从板座承受大小为 2000kN 的相向作用的压缩力。车体载荷和约束条件与垂直载荷工况一样。 3.2.3 拉伸工况
5、作用载荷：机车车体承受 1.3 倍车体载荷，同时两端牵引梁外从板座承受大小为 1，000kN 的反向作用拉伸力。车体载荷和约束条件与垂直载荷工况一样。 3.2.4 救援强度试验（单端起吊）工况 作用载荷：机车车体承受垂直载荷工况中施加的 1.1 倍车体载荷，同时在右侧转向架位置施加 125.9KN 的竖直向下压力 约束点共 4 个：前转向架处约束 2 个旁承座下面的橡胶堆下平面。车体后部的约束移到后端部的两个架车点处。车体载荷施加和垂直载荷工况一样。 3.2.5 整体起吊工况 作用载荷为垂直载荷工况中的全部垂直载荷和两个转向架的总重量。约束点为 4 个吊座。 3.2.6 扭转载荷工况 作用载荷
6、：机车车体承受 1.0 倍车体载荷，同时把垂直载荷约束中的一个橡胶堆位置的弹簧约束换成垂向向上 10mm 的刚性位移，其他三个橡胶堆位置的约束形式不变。车体载荷施加和垂直载荷工况一样。 3.3 计算结果 3.3.1 垂直载荷工况 此工况下，底架的最大下挠产生在其中部，Wmax=-13.3mm。此工况下底架的最大应力产生在中梁与牵引梁腹板相交的应力集中处，max=102.2MPa。 3.3.2 压缩工况 压缩工况下底架的最大下挠产生在端部，Wmax=-19.4mm。压缩工况下底架的最大应力产生在两端牵引梁内的从左板部位，max=339.5MPa。 3.3.3 拉伸工况 拉伸工况下底架的最大下挠产
7、生在底架中部，Wmax=-13.5mm。拉伸工况下底架的最大应力产生在车体底架中通风口下部与转向架连接处，max=208.9MPa。 3.3.4 救援强度试验（单端起吊）工况 救援工况下底架的最大下挠产生在右侧端部部位，Wmax=-21.9mm。救援工况下底架的最大应力产生在约束端面与蒙皮连接部位，max=192.3MPa。 3.3.5 整体起吊工况 整体起吊工况下底架最大下挠产生在柴油机座梁中部，Wmax=-1.96mm。整体起吊工况下底架的最大应力产生在边梁起吊座的起吊筒部位，max=132.7MPa。 3.3.6 扭转工况 扭转工况下底架最大上挠产生在左侧车头上端，最大上挠为15.7mm
8、，最大下挠产生在右侧车头下端，最大下挠为 18.7mm。整体起吊工况下底架的最大应力产生在旁承梁部位，max=307.7MPa。 4.计算结论 4.1 底架刚度校核 车体刚度判据为：垂直载荷工况下的底架中梁中部最大下挠与转向架中心距的比值小于 1/1500。对于 CKD0A 型机车车体而言，这个比值为1.8/7800。因此，底架刚度满足使用要求。 4.2 底架强度校核 底架上所有的梁的材质均为 Q345E，其屈服点为 345MPa。对垂直载荷工况，安全系数取为 2.0，因此许用应力为=172.5MPa；对其他工况，安全系数取为 1.0。由计算结果可知，原设计结构，所有工况均可满足设计要求。 5.结束语 CKD0A 型机车是连车公司首次出口香港的双司机室内走廊内燃机车。设计团队设计了可靠的车体钢结构，并通过仿真分析和静强度试验，验证了所设计的机车车体结构的可靠性，实用性。 参考文献 1 缪炳荣，肖守讷.机车车体结构模态的有限元分析.机械与电子.2002（5）.
