王峰 王晓梅 刘钊 崔玉萌
中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心 河北唐山 063035
摘 要：本文首先介绍了牵缓结构；然后进行仿真分析，并根据仿真结果对优化结构进行仿真分析，直至仿真结果满足EN12663标准相关要求；最后进行静强度试验，由试验结果可知满足EN12663标准相关要求。通过以上分析论述，最终证明牵缓结构方案可行。
关键词：牵缓结构；仿真分析；静强度实验
中图分类号 U225.3 文献标识码 A
1引言
地铁车辆具有安全舒适、快速环保、运能大和能源消耗少的特点，已经成为城市公共交通的重要组成部分。但列车的时速提高，其对车体结构的强度要求也随之提高，B型地铁牵缓结构作为铝合金地铁车体的重要组成部分，是列车各车箱之间牵引传动的部件，由于承受着来自车钩等的冲击载荷，牵缓结构对车辆的安全运行和使用寿命起到至关重要作用，故牵缓结构的优劣，直接决定着列车运行的安全性能。
2牵缓结构设计
由于B型地铁牵缓结构的重要性，且随着列车对轻量化要求提高，拟采用全铝合金材质对牵缓结构进行设计，在设计时需要对其整体结构承载能力进行提出总体技术要求，结合以往项目牵缓结构的受力特点和EN12663中对标准工况的要求，牵缓结构需要满足的工况如表1所示；牵缓结构采用铝合金材质，其力学性能详见表2所示。
.png)
牵缓结构的设计主要包括车钩面板、牵引梁、下盖板、缓冲梁等零部件。车钩面板传递牵引力和制动力，车钩面板设计有四个焊接接头；牵引梁设计以减少焊缝及优化焊接工艺为目标，把牵引梁设计成“双”工字型，从而减少板材拼焊焊接调修；下盖板设计把牵引梁、缓冲梁、车钩面板等结构拼焊在一起，形成箱体结构；缓冲梁和车钩面板、下盖板等结构进行连接，把车钩面板所受力传递到整个底架上，最终形成结构如图1所示。
.png)
3牵缓结构静强度校核
利用Hypermesh和Ansys分析软件对牵缓结构进行分析，使其具有更优的力传递特性。分析中，由图2可知，由于牵结构的改变，导致力在传递的过程中下盖处的受力较大，需优化结构，云图中最大应力值145MPa，大于许用值125MPa，不能满足设计要求；由云图2可知，牵引梁不能很好的传导力，需对结构优化，改进设计主要针对以下方案，1）优化牵引梁的过度圆角，同时在设计时针对受力较大区域增加板幅宽度2）增加补强结构，使其成为箱体结构，最终优化结构如图3所示。
.png)
针对优化模型，进行加载计算，对车体结构进行有限元分析，由受力云图可以看出，牵引梁结构的改变最终导致牵引梁下盖板处的受力较大，最大值为115.1MPa，小于许用值125MPa，满足设计要求，可以进行工程化。
4牵缓结构静强度试验
根据计算报告，在应力比较大的区域贴相应该应变片，进行静强度试验，如图4所示。由试验报告可知，在800KN压缩和AW3工况下，实验数值应力最大值为50.5Mpa，安全系统为4，如图5所示，完全满足设计和使用要求。
.png)
5前景展望
该牵缓结构采用全铝合金材质，减轻了重量。通过仿真计算和试验验证，证明牵缓结构方案可行；通过对牵缓结构的优化设计，提升了牵缓结构的焊接工艺性，减少了焊接调休量；同时验证了结构设计-仿真分析-结构优化设计-再仿真分析-试验验证的设计方法的正确性，为车体结构中其他零部件设计提供了一定借鉴。
参 考 文 献
[1]铁路应用. 铁路车辆车体的结构要求：EN 12663-1：2010[S].
[2]某B型车体静强度计算报告.
[3]某B型车体静强度试验报告.
作者简介：
1.王峰 （1985-） 男（汉） 河北 工程师 中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心 主要研究方向为车体结构设计