有轨电车排障装置结构设计及强度校核

王树才,林红

现代有轨电车由于具有节能环保、安全快捷等优势，且既可独立路权又可与其他机动车辆共享路权，正逐步成为中小城市公交的骨干模式。为进一步提高现代有轨电车运营的安全性，在中车自主研发的胶轮承载有轨电车前端底部设置了排障装置，可有效排除车辆运行前方轨道上的障碍物，最大程度保障车辆运行安排。本文首先介绍了有轨电车排障装置的主要技术参数及结构特点；然后，建立了排障装置的有限元模型，借助ANSYS有限元分析软件对排障装置进行了静强度仿真分析，仿真结果表明，排障装置强度满足使用要求。

1排障装置结构设计

有轨电车排障装置，位于司机室前端底部，用于排除车辆运行线路上的积雪、碎石等障碍物，以保障车辆运行安全性。

1.1主要技术参数

为顺利排除车辆行进前方的障碍物，并满足车辆坡道通过性能要求，排障装置安装固定后，离地高度40mm，排障装置前端面距离司机室下车轮中心的距离1930mm。排障装置排障板中央底部能够承受相当于25kN静压力的冲击力。见附图1-1所示。

图1-1 排障装置安装示意图

排障装置主要技术参数

长度	2152mm
宽度	856mm
高度	502mm
最大承受静载荷	25kN（前端中央）
自重	41.23kg

1.2结构设计

排障装置主要由排障板组件、吊装臂、橡胶板及钢丝绳吊具组成，犁头状外形设计，以有利于排除车辆运行线路上的障碍物。排障板组件由外围板和内筋板组成，组焊成型，通过吊装臂和钢丝绳吊具固定在司机室底部，是排障装置的主要组成部件，在排障装置排障过程中的吸收大部分的碰撞能。具体结构见附图1-2所示。

图1-2 胶轮电车排障装置组成图

1.3 材料选择

导轨电车排障装置主要由吊装臂和排障板组成，吊装臂采用型材，钢管Φ60.3x4，45号钢，其余采用Q345D低合金高强度结构钢，组焊成型。排障装置的最大应力不应超过材料的屈服强度。

零部件名称	材料	屈服强度	弹性模量	泊松比
吊装臂	钢管Φ60.3x4-45#	355MPa	206GPa	0.269
吊装臂与车体连接板	钢板Q345D	345MPa	206GPa	0.269
吊装臂与排障板连接板	钢板Q345D	345MPa	206GPa	0.269
排障板组成	钢板Q345D	345MPa	206GPa	0.269

2静强度仿真分析

建立图2-1所示排障装置有限元模型。单元类型采用solid185，尺寸以5mm为主，局部单元细化，模型共有60674个单元，399930个节点。

图2-1 排障装置有限元计算模型

边界条件及载荷工况见图2-2所示。

图2-2 排障装置有限元计算模型（边界条件）

经过计算，位移云图见图2-3所示，最大位移量9.36mm。

图2-3 排障装置的位移图

排障装置的应变云图见图2-4所示。

图2-4 排障装置的Mises应变云图

排障装置的应力云图见图2-5所示，最大应力335.13MPa，小于材料的屈服强度。

图2-5 排障装置的Mises应力云图

3 结论

由计算结果显示，排障装置各零部件强度满足设计要求：

1）排障装置最大应力为335.13MPa，位于吊装臂上靠近与车体的连接板处，小于材料的屈服强度355MPa，满足强度使用要求。

2）板材类零件，应力值均在150MPa以内，远小于材料的屈服强度345MPa，满足强度使用要求。