李扬戈 钟汉文 胡亚丹 肖磊 杨勇 刘彪
（株洲电力机车研究所城市发展事业部， 湖南株洲 412000）
摘要：针对智轨电车高速直线行驶稳定性不足等现象，通过增加车间减振器，明显改善了车辆高速行驶稳定性。而减振器安装结构在车辆行驶过程中，承受着减振器传递来的复杂作用力，因此减振器安装结构的稳固、可靠性至关重要，本文通过设计一种顶置减振器安装结构，结合有限元分析，最终确定了安装支座的方案，装车验证后对比试验结果表明：车辆通过新设计支座安装减振器后，整车的行驶稳定性改善明显，且安装结构稳固、可靠。
关键词：智轨电车； 减振器； 安装； 结构设计
中图分类号：
Shock Absorber installation structural design and application base on Autonomous-Rail Rapid Transit
NAME Name-name（Yangge LI,Hanwen ZHONG,Yadan HU,Yong YANG,Biao LIU）
（CRRC Zhuzhou Institute Co.,Ltd,zhuzhou,412007,China）
Abstract：In order to solve the problem of high speed straight line running stabilityofintelligent tram,the high speed running stability of the vehicle is obviously improved by adding shock absorber in the workshop.And in the process of vehicle shock absorber installation structure,under the shock absorber passed to the complex reaction,so the structure of the shock absorber installation solid,reliability is critical,in this paper,design a kind of overhead damper installation structure,combined with the finite element analysis,finally confirmed the project of the installation pedestal,after loading test results show that the vehicle through the new design support after the shock aosrber of the installation,the vehicle driving stability is improved obviously,and the installation structure is stable and reliable,has no abnormal phenomenon after 60000km.
Keywords：Autonomous-Rail Rapid Transit；Shock Absorber；Installation； Structural Design
引言
智轨电车作为一种多编组铰接车，具有三节车厢六个转向轴，三节车厢之间通过铰接盘串联，而六根轴全部具有转向功能，因此智轨电车具有高度的灵活性及更小的转弯半径。但高自由度也带来了一些难题：六轴转向使得智轨电车具有充分的自由度，因此不同车厢之间的行驶稳定性要求非常高，而不同车厢间通过铰接盘进行方向与力的传导，但此铰接盘不具备缓冲减振作用。文献[1]中指出铰接车质心靠近铰接位置、增大转向刚度和阻尼，均有利于提升电驱动铰接车的行驶稳定性；文献[2]指出铰接车安装座传递来的作用力最终都由转向器座承受，对结构强度、抗冲击性、疲劳强度以及可靠性方面都有很高的要求；文献[3]指出铰接转向机构是铰接车的重要组成部分之一，对整车的动力性、稳定性产生重要影响；传统列车的连接方式为车钩链接，车与车之间的约束很弱，尤其是在列车高速运行时，车体的摆动得不到有效的抑制[4]；相邻两车厢间安装车间减振器对抑制车体低频横向摆动具有较好的效果[5]。
因此本文为改善车辆行驶稳定性，在两节车厢跨接区域顶部增加布置了两个液压减振器，通过匹配减振器的安装接口，考虑减振器安装支座的焊接、安装结构工艺性，再建立安装支座的三维模型，并通过CAE分析，最终设计了两种支座安装结构。
1减振器安装结构
1.1减振器安装结构
减振器布置于Mc车与Tp车厢之间，如下图1所示，其中Mc车侧两个减振器分别与减振器支座1、减振器支座2连接，两个支座呈对称布置，分别位于距离车辆中心线650mm处，两根减振器另一端同时与减振器支座3连接，支座3布置于Tp车正中心位置；如下图2所示，减振器通过支座开口槽安装，M24销轴销轴从支座开口槽上部-减振器-开口槽下部通孔穿过后，使用开槽螺母配合开口销固定，避免因运动导致的螺栓脱落问题；因减振器存在俯仰角度，为避免减振器运动过程直接接触金属开口槽产生异响，故在减振器安装的上下部位置分别加入了两个尼龙垫，避免因减振器运动导致的异响问题。
图2 减振器安装图
安装支座与铝合金车体顶盖端梁连接，需在保证连接结构强度的前提下，尽可能小的利用车体跨接区顶部的空间。如图3、图4所示，除开口槽及内衬板外，其余子零件全部通过焊接连接，其中支座加强垫板/下加强框等子零件全部使用10mm厚6系列铝合金材料；安装面板起到连接开口槽的作用，故选用的20mm厚度的6系铝合金板材；因减振器作用于开口槽的工况为往复运动，考虑到铝合金材料硬度偏软，故开口槽选用的材料为16MnDR钢板拼焊，避免M24销轴受力后往复运动的频繁磨损问题；开口槽通过4颗M12的螺栓与安装面板相连接，背部使用内衬板及螺母进行安装。
图4 Tp车支座3
2 安装支座有限元强度分析
在Pro/E中将安装支座三维模型装配好，导入ABAQUS中，然后适当对模型进行修复并展开分析计算。
2.1支座试验工况
根据整车要求，纵向最大载荷为20KN，因此针对支座的工况载荷设计如下：
工况1：减振器两端拉伸，两端均承受最大载荷，如图5所示。
图6 工况2载荷示意图
针对MC车支座，载荷加载如图7所示。
图7 Mc车支座载荷示意图
2.2前处理
a）本分析是纯静态条件下的刚度分析，所以不考虑加载速度；
b）焊接位置采用共节点模拟，不考虑焊接材料的影响；
c）螺栓连接通过接触实现，不考虑螺栓预紧力；
d）分析运用ABAQUS软件进行计算，分析中所采用的单位系统为SI（mm），即mm、N、MPa，文字及图片中出现的任何数字，如果未注明，都采用此单位系统；
e)材料选择：
表1 材料参数表
f）两种支座的有限元模型如图8所示；
图8两种支座有限元模型
2.3结果分析
工况1
在工况1载荷下，Tp车支座在工况1的两端拉伸载荷工况作用下，铝合金支座最大应力73MPa，开口槽头部146MPa，内衬
板106MPa，螺栓最大应力169MPa，均未超过所给定材料的屈服强度。
工况2：
在工况2载荷作用下，Tp车支座在工况2的一端拉伸，一端压缩载荷工况作用下，铝合金支座最大应力96MPa，开口槽最大应力182MPa，内衬板68MPa，螺栓最大应力207MPa，均未超过所给定材料的屈服强度。
Mc车支座在一端拉伸载荷工况作用下，铝合金支座最大应力74MPa，开口槽头部241MPa，内衬板130MPa，螺栓最大应力304MPa，螺栓的最大应力超过材料的屈服强度，其他部件均未超过。
通过模拟分析结果可知，在以上工况作用下，支座的最大应力均小于材料的屈服强度，最大应力均在螺栓附近区域，且螺栓的结构强度满足受力条件。
3 实验验证
为了充分论证车间减振器对于车辆稳定性的提升效果，根据之前的减振器设计研究分析结果，在车辆安装减震器结构后与未安装减震器车辆进行实车数据测试，通过在铰接盘位置布置角度传感器，检测不同车厢间的摆动幅度，速度从30km/h到60km/h，每间隔5km/h进行一次试验。
表2无减震器铰接角随速度的变化
如下图12、图13所示减振器支座及减震器安装实物图，通过以上实验结果对比可知：在30km/h-60km/h这个速度区间，安装减震器后角度幅值降低18.2%-66.7%，对车辆的运行稳定性有明显的改善作用。
图13 减振器实车安装图
4 结语
本文在设计两种类似结构的安装支座过程中，通过三维方案设计搭建初步结构，再通过有限元分析确认支座受力情况，最终选定了6系铝合金焊接支座与碳钢开口槽支座，两者通过10.8级的M16螺栓进行紧固连接，使得安装支座整体结构的强度满足减振器运行受力工况，最终确保了减振器的安装稳固性，改善了整车的行驶稳定性，显著提升了车辆的性能。
参考文献
[1]高德峰，马志国；基于ADAMS电驱动铰接车行驶稳定性建模分析[J].机械设计与制造2016.12（12）57-60.
[2]朱茂桃；铰接汽车转向器座可靠性分析[J].汽车工程2007.7(29)623-625.
[3]范珍珍；基于油缸铰接点位置铰接车转向机构优化设计[J].机械设计与制造2016.10（10）110-114.
[4]周劲松，钟廷修．高速列车车间悬挂对运行平性影响的研究[J]．中国铁道科学，2003，24（6）：10-14．
[5]西南交通大学牵引动力国家重点实验室．300EMU动车组头车和中间车滚动振动试验台动力学试验报告（JSGB第Z006）[R]．成都：西南交通大学，2008．