文/衛(wèi)玉·太原暢通致遠(yuǎn)鐵路機(jī)車車輛電子有限公司

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，軌道交通行業(yè)得以快速發(fā)展，作為國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈和大眾化交通工具，軌道車輛關(guān)鍵電子設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性得到越來(lái)越多的重視。電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)伴隨著電力電子行業(yè)也得到蓬勃發(fā)展，其大部分是由鈑金件折彎建立起來(lái)的。

本文介紹的電源柜是電力機(jī)車司機(jī)室內(nèi)的關(guān)鍵電子設(shè)備，機(jī)柜結(jié)構(gòu)以Q235A方管為骨架基礎(chǔ)，再以1.5mm厚冷軋鋼板和不銹鋼鋼板折彎后覆蓋，整機(jī)結(jié)構(gòu)按照EN 15085標(biāo)準(zhǔn)（軌道應(yīng)用-軌道車輛和車輛部件的焊接認(rèn)證體系）進(jìn)行焊接。焊接完成后，運(yùn)用有限元仿真軟件對(duì)此電源柜進(jìn)行靜力學(xué)分析，檢驗(yàn)其機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否可靠。

研究問(wèn)題

我們主要針對(duì)電源柜的靜強(qiáng)度進(jìn)行分析，柜體主體結(jié)構(gòu)使用材料Q235A，根據(jù)GB/T 21563-2018《軌道交通 機(jī)車車輛設(shè)備 沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》中的沖擊試驗(yàn)條件I類A級(jí)車體安裝標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行如下設(shè)置。

⑴峰值加速度（標(biāo)稱脈沖）取值。垂向：30m/s2；橫向：30 m/s2；縱向：50m/s2。

⑵考慮儲(chǔ)能柜本身的質(zhì)量以及機(jī)車啟動(dòng)時(shí)的牽引和緊急制動(dòng)，柜體在機(jī)車運(yùn)行時(shí)受到垂向、橫向、縱向沖擊以及振動(dòng)影響，確定了以下五種極限工況（柜體重力與慣性力的耦合）。

1)第一種工況：柜體重力mg+垂向慣性力-m·30（y軸負(fù)方向）。

2)第二種工況：柜體重力mg+橫向慣性力-m·30（z軸負(fù)方向）。

3)第三種工況：柜體重力mg+橫向慣性力m·30（z軸正方向）。

4)第四種工況：柜體重力mg+縱向慣性力-m·50（x軸負(fù)方向）。

5)第五種工況：柜體重力mg+縱向慣性力m·50（x軸正方向）。

由于軌道的高低不平順引起了機(jī)車垂直方向的振動(dòng)，第一種工況考慮的是儲(chǔ)能柜自身的重力與垂直方向慣性力的耦合。由于機(jī)車通過(guò)道岔、曲線，機(jī)車本身又具有蛇形的趨勢(shì)以及軌道的水平不平順都會(huì)產(chǎn)生橫向振動(dòng)，這樣機(jī)車內(nèi)的儲(chǔ)能柜體就會(huì)受到?jīng)_擊，第二、三種工況就是考慮這種情形的，即電源柜自身的重力與橫向慣性力的耦合。第四、五種工況分別考慮的是機(jī)車的緊急制動(dòng)和啟動(dòng)時(shí)的牽引。

分析過(guò)程

已知技術(shù)參數(shù)：有限元柜體材料Q235A，重量為95.30kg；模塊盒重量為15kg；電源插件單個(gè)重量為25kg，共4個(gè)。根據(jù)五種工況的條件進(jìn)行試驗(yàn)，得到各工況下的應(yīng)力云圖和總體變形云圖分別見(jiàn)圖1～圖5，各個(gè)工況條件下的靜強(qiáng)度分析結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 工況一下柜體的應(yīng)力云圖和總體變形云圖

圖2 工況二下柜體的應(yīng)力云圖和總體變形云圖

圖3 工況三下柜體的應(yīng)力云圖和總體變形云圖

圖4 工況四下柜體的應(yīng)力云圖和總體變形云圖

圖5 工況五下柜體的應(yīng)力云圖和總體變形云圖

表1 柜體在各個(gè)工況條件下的靜強(qiáng)度分析結(jié)果

分析與結(jié)論

從表1有限元分析結(jié)果可知：

⑴電源柜在五種工況條件下，材料的最大應(yīng)力值均小于Q235A的屈服極限235MPa，最大位移值均太小，可以忽略不計(jì)。

⑵儲(chǔ)能柜體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和剛度都滿足GB/T 21563-2018《軌道交通 機(jī)車車輛設(shè)備 沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》中的相關(guān)要求。