地铁车辆传感器安装座结构设计计算

摘要:介绍了一种地铁车辆接近传感器安装座的结构设计特点，并利用有限元分析软件对安装座进行了静强度及疲劳强度分析，为后续同类型的安装座结构设计提供借鉴。

关键词:地铁车辆;接近传感器安装座;结构设计;强度计算

1概况

目前，城市轨道车辆的接近传感器大部分安装在转向架构架上，因此转向架需要设置一个接近传感器安装座与构架连接。接近传感器安装座的强度对保证车辆运营安全极为重要。本文分析了地铁车辆接近传感器安装座的强度，根据有限元结果分析对接近传感器安装座进行了优化，并给出了最终方案的计算结果。

2结构简介

接近传感器安装座安装在非动力转向架第1根轴与构架横梁之间，传感器底部距轨面高度为105．3±2mm。接近传感器安装座通过2个M20的螺栓安装在构架齿轮箱吊挂座上，接近位移传感器通过4个M10螺栓安装在接近传感器安装座上，如图1(a)所示。接近传感器和调整垫总重约3kg，传感器安装座重量20kg，如图1(b)所示。接近传感器安装座采用G26CrMo4材料，材料特性如表1所示。

3强度分析

3．1计算模型

为分析接近传感器安装座的强度，选取了构架安装座的一部分及接近传感器安装座作为仿真对象。结构几何模型的建立用UG软件实现，有限元模型前处理在HyperMesh软件中实现，计算及结果后处理在ANSYS软件中实现。在HyperMesh中建立有限元模型并划分solid92实体单元，接近传感器利用MASS21单元来模拟。为增大安装余量，传感器及垫片的计算重量取5kg(实际重量约3kg)，最终方案的有限元模型如图2所示。

3．2计算工况

接近传感器安装座所受载荷主要有垂向载荷、横向载荷和纵向载荷，根据EN13749标准对计算工况进行组合，EN13749表D．1章节规定的附属设备的载荷如表2所示。接近传感器安装位置距转向架中心的纵向距离为650mm，转向架轴距为2300m，通过插值得出接近传感器安装处的振动加速度，静强度载荷工况组合如表3所示，疲劳强度载荷工况组合如表4所示。

3．3评定标准

静强度评定:对于表3的8种工况各点应力均不得大于材料的屈服强度极限。疲劳强度评定:对于表4的8种工况，最大应力小于根据FKM指南计算的G26CrMo4材料的疲劳需用应力174MPa。

3．3．1静强度评定根据表3规定的静强度工况，计算结果如表5所示，其中静强度工况1的应力云图如图3所示，各工况下的最大应力远小于材料的屈服强度，因此，安装座的静强度满足要求。

3．3．2疲劳强度评定对于表4的8种工况，最大应力小于根据FKM指南计算的G26CrMo4材料的疲劳需用应力174MPa。计算结果如表6所示，计算结果表明疲劳强度满足要求。

4模态分析

接近传感器安装座模态分析利用安装座静强度分析模型，采用BlockLanczos计算方法，计算安装座频率较低的前5阶模态，模态计算结果如表7所示，一二振型如图4～图5所示。

5结语

接近传感器等信号设备安装座的强度对列车的运营极为重要，不同的连接方式和结构形式对设备安装座的强度、频率影响悬殊，通过对安装支架的强度分析及模态计算表明本安装方案强度可靠，方案合理。

参考文献:

［1］EN13749铁路应用－轮对和转向架－转向架结构要求的规定方法［S］．

作者：罗汉 陈建 单位：中车株洲电力机车有限公司