《高鐵列車供電箱箱體結(jié)構(gòu)分析及仿真設(shè)計11000字（論文）》

高鐵列車供電箱箱體結(jié)構(gòu)分析及仿真設(shè)計摘要2017年6月，復興號開通運營，這表明中國已經(jīng)能夠生產(chǎn)出具有絕對自由產(chǎn)權(quán)的動車組，達到世界一流水平的動車組。由于供電箱結(jié)構(gòu)特殊，主要大型電器設(shè)備（如變壓器，電抗器等）均采用螺栓連接安裝在車廂底部。供電箱主要負責保護車下設(shè)備，降低氣動阻力。其安全性和可靠性直接影響到動車組的運行。一方面要保證各部件的可靠安裝。另一方面要考慮內(nèi)部構(gòu)件的穩(wěn)定性，保證設(shè)備的正常運行。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，對供電箱進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)鐵路行業(yè)的相關(guān)標準，對受力分析的螺栓和參數(shù)進行了設(shè)計。分析結(jié)果表明，箱體的強度符合規(guī)范要求。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；螺栓連接；設(shè)計要求；受力分析；強度設(shè)計；摘要 21緒論 51.1選題背景及研究意義 51.1.1選題背景 51.1.2研究意義 51.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.2.1國外現(xiàn)狀： 61.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀： 61.3本文設(shè)計內(nèi)容 72箱體結(jié)構(gòu)及各組件安裝設(shè)計 82.1箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 82.2各組件安裝設(shè)計 92.2.1線路電抗器 92.2.2平波電抗器 102.2.3列供變壓器 102.2.4接觸器 102.2.5電容器 112.2.6風機 113螺栓尺寸設(shè)計及重要參數(shù)計算 123.1線路電抗器螺栓組受力分析 123.1.1螺栓受到垂向力P作用下載荷計算 133.1.2螺栓受到橫向沖擊力F1作用下的載荷計算 143.1.3縱向沖擊下的螺栓載荷計算 153.1.4復合沖擊狀態(tài)的受力 163.1.5螺栓小徑的計算及其尺寸選擇 163.1.6螺栓重要參數(shù)的計算 183.2平波電抗器螺栓組受力分析 203.2.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析 203.2.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇 203.2.3螺栓重要參數(shù)的計算 213.3列供變壓器螺栓組受力分析 213.3.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析 213.3.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇 223.3.3螺栓重要參數(shù)的計算 223.4接觸器螺栓組受力分析 233.4.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析 233.4.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇 233.4.3螺栓重要參數(shù)的計算 243.5電容器螺栓組受力分析 243.5.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析 243.5.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇 253.5.3螺栓重要參數(shù)的計算 253.6風機螺栓組受力分析 263.6.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析 263.6.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇 273.6.3螺栓重要參數(shù)的計算 274關(guān)鍵梁仿真及分析 284.1線路電抗器底梁的設(shè)計 284.1.1基于SolidWorks三維軟件的承重梁屈服強度和安全系數(shù)計算 284.1.2結(jié)果分析 304.2線路電抗器頂梁設(shè)計 304.3列供變壓器底梁設(shè)計 315結(jié)語 33參考文獻 34

1緒論1.1選題背景及研究意義1.1.1選題背景在全球運輸體系的歷史上，鐵道運輸一直發(fā)揮著重要的作用。人們對日常出行的要求也在不斷提升，特別是對于鐵路系統(tǒng)而言，其運行速度，運行安全性和舒適性已逐漸成為世界鐵路系統(tǒng)發(fā)展的主要方向和目標。到2030年，中國將實現(xiàn)“八縱八橫”高鐵主通道，并繼續(xù)實現(xiàn)國鐵路的飛速發(fā)展。在引進，消化，吸收，重塑的前提上，中國高速動車組技術(shù)創(chuàng)造了從制造到創(chuàng)造的飛躍，代表著中國動車組研制技術(shù)已處于世界先進水平。由于電源箱的特殊結(jié)構(gòu)，主要大型電氣設(shè)備（如變壓器，電抗器等）作為列車的重要組成部分，采用螺栓連接的方式懸掛安裝在列車底部。動車組供電箱技術(shù)的先進程度直接或間接地決定了國家高速鐵路技術(shù)水平，也反映了高速動車組的現(xiàn)代化程度和社會發(fā)展水平。因此，研究供電箱對運行安全有重要意義，不僅可以提高我國的技術(shù)水平，而且可以使我國進一步成為制造大國。1.1.2研究意義隨著列車運行速度的加快，列車可靠性和安全性受到越來越多的關(guān)注。同時，高速列車電源箱的設(shè)計也越來越復雜。列車在車站加速、轉(zhuǎn)彎、減速時，由于自身慣性，在水平方向和垂直方向都有一定的加速度。內(nèi)部組件通過螺栓連接到供電箱的橫梁上。為保證安裝的可靠性，螺栓組的布置、尺寸、材料的選擇以及關(guān)鍵梁的設(shè)計十分重要。電源箱是車身的重要組成部分。其主要功能是保護車下設(shè)備，降低列車運行后的空氣阻力，并改善其空氣動力性能。在高速列車運行過程中，電源箱承受著很強的氣密性負載、振動負載和石塊飛濺。在這些載荷作用下，電源箱及其內(nèi)部構(gòu)件經(jīng)常發(fā)生疲勞損傷，電源箱的表面容易劃傷或腐蝕，因此有必要研制一種性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)剛度高的供電箱。既能充分發(fā)揮高速鐵路運量大、發(fā)車密度高的優(yōu)勢，從而促進金融體系的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外現(xiàn)狀：在世界鐵道大家庭中，德國的鐵路事業(yè)起步較早。早在1835年，德國鐵路就被設(shè)計并投入運營，已有近190年的歷史。后來，由于歐洲國家鐵路技術(shù)分析方向的變化，導致德國高速火車的發(fā)展相對較晚。1991年至1997年，具有集中動力的德國ICE-1和ICE-2高速火車投入運行，最高速度達280公里/小時。2000年5月，德國高速動車組ICE-3系列正式投產(chǎn)。與德國的ICE-1和ICE-2系列不同，ICE-3系列是一種動力分布式動車組，其最高設(shè)計時速可達330公里。與ICE-1和ICE-2系列動車組類似，ICE-3系列輔助系統(tǒng)也采用直流輔助供電技術(shù)，是一種分散變流器后向輔助用電負荷供電的供電技術(shù)。1991年，德國建筑了第一條高鐵。現(xiàn)在，新建高鐵已投資營運5條（部分線路見表1-1），運行總里程949公里，最高運營速度320公里，小時。德國還重建了一些鐵路，全長1560公里。表1-1德國運營中的高速鐵路起訖地點長度/km最高速度/(km/h)開始運營時間開行列車漢諾威—維爾茨堡3272801991ICE1，ICE2曼海姆—斯圖加特992801991ICE1柏林—漢諾威2642801998ICE1，ICE2科隆—法蘭克福1803002002ICE31.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀：研發(fā)前期，2004年前：我國最早的電力動車組是由長客廠，株洲市研究所，鐵科院等單位聯(lián)合研制的新型KDZ1交流火車組。1989年進行調(diào)試，最高速度達142.5公里。1999年，由株洲市電力機車廠大學和株洲市電力機車研究所公司聯(lián)合開發(fā)，DDJ1型電力火車組最高時速達到200公里，在廣深投入使用。然后，我們開發(fā)了DJJ1和DJF2高速電力動車組，定速超過200公里。2001年4月，研發(fā)了“中國之星”高速列車，具有完全自主產(chǎn)權(quán)，時速270公里。2002年11月，在秦沈客運專線進行的短跑測試將最高時速定為321.5公里。2004年至2008年，技術(shù)引進階段：2004年，確定了“先引進技術(shù)，再引進聯(lián)合生產(chǎn)，再打造中國品牌”的基本線路。2007年，通過把CRH1A和CRH2A進行整合改進，研發(fā)出我國首輛時速200公里的國產(chǎn)動車組。2008年，CRH3C型動車組下線試驗，最高速度394.3公里，成為最高試驗速度紀錄。現(xiàn)階段，中國高鐵的技術(shù)已經(jīng)在引入、消化和吸收的觀念上得到了重塑。短短幾年，基本形成時速200-250公里動車組的技術(shù)規(guī)范體系，實現(xiàn)國產(chǎn)化。自主創(chuàng)新階段，2009年至今：2010年，青島市四方機車車輛廠自主研發(fā)電力分布式CRH380A型高速火車組，在運營試驗中創(chuàng)造了486.1km/h的世界最高速度紀錄。中國動車組自主創(chuàng)新的重要成果還包括CRH380AM，CRH6動車組。CRH6動車組的研發(fā)表明我國動車組已進入完全自主發(fā)展階段。隨后，復興號CR400系列的下線和試驗，為中國高速鐵路技術(shù)的完全自主化和標準化奠定了堅實的基礎(chǔ)，標志著中國高速列車進入研發(fā)的時代。1.3本文設(shè)計內(nèi)容高速鐵路列車電源箱是一種長六面體箱型結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同尺寸設(shè)備的布置要求，常將其分為幾個小六面體箱型結(jié)構(gòu)。本課題研究設(shè)計了高速鐵路封閉式列車供電箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括變壓器組件、電容器組件、電抗器組件和風機系統(tǒng)。根據(jù)供電箱的整體設(shè)計要求，合理布置元器件和設(shè)備，進行箱內(nèi)元器件的緊固設(shè)計，緊固件的強度設(shè)計，緊固件的工藝參數(shù)計算。根據(jù)動車組運行要求，合理布置和安裝零部件和設(shè)備?？傮w布局方案可以多種多樣，每種方案各有優(yōu)缺點。為了滿足鐵路運輸?shù)囊?，我們應該?quán)衡利弊，得出合理的方案！2箱體結(jié)構(gòu)及各組件安裝設(shè)計2.1箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計供電箱的主要功能是保護車下設(shè)備，提升列車的空氣動力性能。它的外形不僅受各系統(tǒng)設(shè)備尺寸的限制，而且考慮到整個列車斷面輪廓和流線的均勻性。另外，必須全面考慮車身輕量化和惡劣工作環(huán)境的需求。因此，設(shè)計需要重點解決以下技術(shù)問題：（1）供電箱的氣動外形、安裝要求、重量根據(jù)車下設(shè)備布置和車體橫截面確定；（2）確保列車安全運行，滿足供電箱的剛度、強度和防火要求；（3）設(shè)計時必須考慮供電箱的密封性，防止雨水、積雪、灰塵等雜質(zhì)進入。（4）供電箱必須作為獨立系統(tǒng)存在。即與其他部件沒有依賴關(guān)系，便于供電箱本身的安裝和拆卸，也便于車下設(shè)備的維修和保養(yǎng)；動車組供電箱按產(chǎn)品設(shè)計輸入，箱長、寬、高設(shè)計值為2910mm＊1314＊723mm，主梁采用4mm不銹鋼折彎（德國1.4301相當于304不銹鋼）。主面板由1．5mm不銹鋼制成（德國1.4301相當于304不銹鋼）。起吊部分采用20mm和16mm的Q345板，安裝8個吊點，產(chǎn)品重量要求小于2680kg。根據(jù)設(shè)計輸入和產(chǎn)品功能要求，電源箱分為電抗器、電容器、風機、變壓器、風機、線夾、接觸器等，如圖所示，所有元器件均裝在箱體側(cè)面方便檢查。在供電箱內(nèi)部，通過安裝隔板隔開各組件，以減少電磁干擾。如圖2－1箱體框架，2-2箱體各主要元器件布局所示。圖2-1箱體框架圖2-2箱體各主要元器件布局2.2各組件安裝設(shè)計2.2.1線路電抗器線路電抗器支架（t=10mm）下側(cè)置于底梁上(t=4mm)，支架上側(cè)固定于上梁(t=4mm)，設(shè)計采用8*M12。設(shè)計重量344kg。如圖2-3所示電抗器底梁示意圖（a）和頂梁示意圖（b）。（a）電抗器底梁示意圖（b）電抗器頂梁示意圖圖2-32.2.2平波電抗器平波電抗器支架（t=10mm）下側(cè)放置于底梁上(t=4mm)，支架上側(cè)固定于上梁(t=4mm)，設(shè)計采用8*M12。設(shè)計重量246kg。緊固連接方式與線路電抗器相同。2.2.3列供變壓器變壓器底座總成，采用Q345E鋼板（10＋6）＝16mm，底梁采用4mm不銹鋼板，設(shè)計螺栓采用4*M16。設(shè)計重量1363kg。如圖2-4所示底梁示意圖。圖2-4變壓器底梁示意圖2.2.4接觸器接觸器設(shè)計重量8.5kg，采用立式安裝方法，設(shè)計螺栓采用3*M8。接觸器底部支架5mm，接觸器底座2mm厚不銹鋼。如圖2-5所示接觸器底座示意圖。圖2-5接觸器底座示意圖2.2.5電容器電容器設(shè)計重量為35．7kg，固定在電容箱（電容箱采用2mm不銹鋼彎曲），電容箱設(shè)計重量為10．64kg。電容箱的頂部和側(cè)面固定在供電箱中（橫梁均采用4mm不銹鋼彎曲），電容器固定在電容箱，采用4＊M12設(shè)計螺栓。2.2.6風機風機設(shè)計重量為14．5kg。固定在風機箱（風機箱使用2mm不銹鋼板彎曲）。風機箱被固定在供電箱里。風機箱固定風機的設(shè)計螺栓為4＊M6。用于固定列車供電箱內(nèi)風機箱的設(shè)計螺栓為2＊M10。3螺栓尺寸設(shè)計及重要參數(shù)計算3.1線路電抗器螺栓組受力分析線路電抗器裝在底梁和上梁上，通過8個M12螺栓與箱體連。研究了線路電抗器在垂直、縱向和橫向外力作用下，各連接螺栓的整體應力變化，并對螺栓進行了強度校核。動車組在拐彎、制動、加速或蛇行運行時，緊急制動時，對螺栓的沖擊力最大，螺栓最容易變形。根據(jù)IEC61373：2010標準，箱體及其內(nèi)部部件受到垂直方向3g加速度，縱向（車輛行駛方向）5g加速度和橫向（車橫向）3g加速度的影響。相關(guān)參數(shù)：線路電抗器總重344kg，如圖3-1所示，H為580mm，a和b為200mm，c和d為520mm。圖3-1螺栓組受力圖和布局方式列車運行時，全部的緊固螺栓都會受沖擊，螺栓組上各方向的外力如下：垂直方向：P=m橫軸方向：F縱軸方向：F以O(shè)點為支點，在F1，F(xiàn)2作用下的翻轉(zhuǎn)力矩分別為：M3.1.1螺栓受到垂向力P作用下載荷計算根據(jù)圖3-1，簡化了線路電抗器安裝座在垂直沖擊下的受力情況，如圖3-2所示。圖3-2安裝座受力圖圖3-2中，電抗器上的垂直力P受到垂直加速度3g的影響，并考慮重力本身則：P=m4g=13484.8N安裝視為用螺栓固定在剛性梁上，受到一個偏行力P，如圖3-2所示，A,B點出受NA、NB大小力的平衡NA+N根據(jù)圖3-2可知，點1和點2為NA的合力，點3和點4為N力矩的平衡 ΣM=0NA×由式（1），（2）求的N分別對四點分別運用共面力系剛體平衡條件進行受力分析，受力分析如圖3-3：圖3-3安裝座受力圖根據(jù)力平衡，則N1+N2=力矩的平衡ΣM=0N1×c?N根據(jù)（3）（4）計算的：N同理的：N33.1.2螺栓受到橫向沖擊力F1作用下的載荷計算當電抗器受3g加速度的外力沖擊時，不僅重心位置產(chǎn)生的水平力外，而且有一個以E為支點安裝座產(chǎn)生的傾覆力矩M1，如圖3-5所示，其中：NC為點1、3處的合力，ND為點2、4處的合力。圖3-4橫向沖擊時的受力圖如圖3-4所示，安裝座在外力矩的作用下有繞通過重心的軸線翻轉(zhuǎn)的趨勢。根據(jù)共面力系剛體平衡條件：力的平衡NC+N力矩的平衡ΣM=0 NC×c=ND由（5）、（6）式可求的NC=7325.9N根據(jù)共面力系剛體平衡條件分別求1,2,3,4點受力，如圖3-5所示：圖3-51、3（2、4）點受力根據(jù)力的平衡，的 NC力矩的平衡，ΣM=0，N1×a?N由（7）、（8）式可求的：1點受力N1=3662.95N，3點受力同理可求點3、4受力：2點受力N2=?1977.35N，4點受力3.1.3縱向沖擊下的螺栓載荷計算當螺栓組收到5g加速度的水平?jīng)_擊時，除重心產(chǎn)生的水平力外，還有以E點為支點的安裝座產(chǎn)生的傾覆力矩M2，如圖3-6所示：圖3-6縱向沖擊時受力簡圖其中，NA為點1、2的合力，NB為點3、4的合力。根據(jù)以上計算螺栓載荷過程，可分別求的四點受力情況：N1=11377.8N，N2=11377.8N，N3=13063.4N，N4=13063.4N3.1.4復合沖擊狀態(tài)的受力依據(jù)上述螺栓在垂直、縱向和橫向沖擊下的荷載計算結(jié)果，各螺栓在復合沖擊下的受力情況見表3-1表3-1各螺栓受力狀況螺栓點1234垂向沖擊3371.2N3371.2N3371.2N3371.2N橫向沖擊3662.95N-1977.35N3662.95N-1977.35N橫向沖擊（反）-3662.95N1977.35N-3662.95N1977.35N縱向沖擊-11377.8N-11377.8N13063.4N13063.4N縱向沖擊（反）11377.8N11377.8N-13063.4N-13063.4N最大合力18411.95N16726.35N20097.55N18411.95N當螺栓受到橫向或縱向沖擊并產(chǎn)生加時速時，無論沖擊方向為正或負，單個螺栓所受力相等，但方向反。因此，選受力最大的螺栓Fmax=20097.553.1.5螺栓小徑的計算及其尺寸選擇3.1.5.1求出壓緊力F0≥KfFKf:可靠性因數(shù)，一般KfFmax:最大應力0.1-0f:結(jié)合面摩擦因數(shù)，一般f=0.1-0.15z：總螺栓數(shù)目m：結(jié)合面3.1.5.2選擇螺栓材料，確定許用應力選擇螺栓材料性能等級為12.9級，由表3-2查得材料的σS=1080，若不控制預緊力，預設(shè)螺栓直徑在6-16mm，由表3-3查得安全因數(shù)S=6.5[σ]=σsS=166.15 （1σsS：安全因數(shù)3.1.5.3確定螺栓直徑由公式1.3Fd1≥4×1.3F0F0[σ]:螺栓許用應力查表3-4，當d=12時，d1=10.106mm,略大于9.2mm，與原預設(shè)相符，故可采用M12表3-2螺栓的力學性能等級力學性能級別4.64.85.65.86.88.88.89.810.912.9屈服極限σS/MPa公稱值2403203004004806407209001080表3-3螺紋連接的安全因數(shù)S材料靜載荷變載荷M6—M16M16—M30M6—M16M16—M30碳素鋼4—33—210—6.56.5合金鋼5—44—2.57.6—55表3-4普通螺紋螺距及基本尺寸（摘自GB/T196—2003）單位：mm公稱直徑D，d中徑D2，d2小徑D2，d265.3504.91787.1886.647109.0268.3761210.86310.1061412.70111.8351614.70113.8351816.37615.2943.1.6螺栓重要參數(shù)的計算通過上述求得線路電抗器螺栓尺寸為M12，螺紋緊固件的螺距、旋合長度、擰緊力矩是螺紋緊固件的關(guān)鍵參數(shù)，正確應用這些參數(shù)對提高連接可靠性和工作效率，具有重要作用。3.1.6.1螺距計算在實際工程應用中，應先知道螺距，以便計算出緊固件的旋和長度和擰緊力矩。常用粗牙螺紋緊固件的螺距可通過以下方式進行計算：對于尺寸M6-M14,螺距P等于比公稱直徑稍大的偶數(shù)除以8。對于尺寸M14-M64,螺距P等于公稱直徑除以6的商再除以2后加1,但M60的螺紋其螺距為5.5mm。由上述可得M12的螺紋，公稱直徑為12mm，P等于稍大的偶數(shù)除以8可得P=14/8=1.75mm（12）3.1.6.2旋和長度計算螺紋緊固件的螺紋長度是可靠連接的一個非常重要的原因。較長的旋入長度會導致加工螺紋的時間過長，從而難以確定精度并增加成本。此外，在裝配過程中容易出現(xiàn)裝拆困難甚至咬合等問題。如果旋入長度過短，使連接的靠譜性下降。所以，正確選用合理的旋和長度能降低加工難度，提升工作效率，降低加工成本。根據(jù)螺紋緊固件受力遞減的規(guī)律,一般旋合長度為螺距的8-10倍。可得M12的旋和長度為D=1.758=14mm（13）3.1.6.3擰緊力矩計算裝配時，螺栓應施加一定的預緊力。不僅提升螺栓連接的可靠性、抗松能力和疲勞強度，而且連接的緊密性和剛度也得到了提升，且能預防加載后連件間的間隙或滑移。如果預緊力太小，作用在螺栓上的載荷會使螺栓很快松動。如果預緊力過大，整個連接件的結(jié)構(gòu)尺寸會增大，在預緊過程中可能會因意外過載而導致螺栓斷裂。螺栓連接中出現(xiàn)的松動、斷裂、塌陷、連接件損壞等問題大多是由于預緊力施加不當引起的。(1)螺栓小徑計算d1=d-1.0825P（14d：螺栓公稱直徑P：螺距（2）螺栓危險剖面的截面積計算A1=πd12/4（3）螺栓預緊力計算Qp≤K1σsK1:預緊力因數(shù)，碳素鋼0.6-0.7，合金鋼0.5-σs（4）螺栓最大擰緊力矩計算Tmax=KQpmaxd×10K：擰緊因數(shù)，一般取0.15-0.2由上述螺栓小徑計算可知，線路電抗器采用12.9級M12碳素鋼螺栓，公稱直徑12mm，螺距為1.75mm，材料屈服極限為1080Mpa，取K1Tmax=KK13.2平波電抗器螺栓組受力分析相關(guān)參數(shù)：平波電抗器重量246kg,H為580mm，a和b為200mm，c和d為520mm。由于平波電抗器與線路電抗器緊固連接方式一樣，那么螺栓受力分析也是一樣。參照線路平波電抗器的計算步驟同理可的：3.2.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析垂直方向：P=7232.4N,橫軸方向F1=7232.4N,縱軸方向F2=12054N翻轉(zhuǎn)力矩M1=4194792N/mmM2=6991320N/mm復合沖擊狀態(tài)下的力，如表3-5所示：表3-5各螺栓受力狀況螺栓點1234垂向沖擊2410.8N2410.8N2410.8N2410.8N橫向沖擊2619.4N-1414N2619.4N-1414N橫向沖擊（反）-2619.4N1414N-2619.4N1414N縱向沖擊-1836.45N-8136.45N10546.45N10546.45N縱向沖擊（反）1836.45N8136.45N-10546.45N-10546.45N最大合力13166.65N11961.25N15576.65N14371.25N當螺栓受到橫向或者縱向沖擊，產(chǎn)生加速度時，不論沖擊方向正反，對單個螺栓來說，受力大小是相同的，只是方向相反了。因此取受力最大的螺栓Fmax=15576.653.2.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇（1）求出壓緊力F0≥（2）選擇螺栓材料，確定許用應力[σ]=σsS（3）確定螺栓直徑d1≥查表3，當d=12時，d1=10.106mm,略大于8.7mm，與原預設(shè)相符，故可采用M123.2.3螺栓重要參數(shù)的計算（1）螺距計算P=14/8=1.75mm（2）旋和長度計算D=1.758=14mm（3）擰緊力矩計算T3.3列供變壓器螺栓組受力分析相關(guān)參數(shù)：列供變壓器重量1363kg,H為320mm，a和b為220mm，c和d為480mm。由于列供變壓器與線路電抗器緊固連接方式一樣，那么螺栓受力分析也是一樣。參照線路線路電抗器的計算步驟同理可的：3.3.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析垂直方向：P=40072.2N,橫軸方向F1=40072.2N,縱軸方向F2=66787N翻轉(zhuǎn)力矩M1=12823104N/mmM2=復合沖擊狀態(tài)下的力，如表3-6所示：表3-6各螺栓受力狀況螺栓點1234垂向沖擊13357.4N13357.4N13357.4N13357.4N橫向沖擊10018.05N-3339.35N10018.05N-3339.35N橫向沖擊（反）-10018.05N3339.35N-10018.05N3339.35N縱向沖擊-20946.83N-20946.83N27625.53N27625.35N縱向沖擊（反）20946.83N20946.83N-27625.53N-27625.35N最大合力44322.28N37643.58N51000.98N44322.28N當螺栓受到橫向或者縱向沖擊，產(chǎn)生加速度時，不論沖擊方向正反，對單個螺栓來說，受力大小是相同的，只是方向相反了。因此取受力最大的螺栓Fmax=51000.983.3.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇（1）求出壓緊力F0≥（2）選擇螺栓材料，確定許用應力[σ]=σsS（3）確定螺栓直徑d1≥查表3，當d=16時，d1=13.835mm,略大于13.38mm，與原預設(shè)相符，故可采用M163.3.3螺栓重要參數(shù)的計算（1）螺距計算P=16/6/2mm（2）旋和長度計算D=28=16mm（3）擰緊力矩計算T3.4接觸器螺栓組受力分析相關(guān)參數(shù)：由于接觸器為垂直吊掛緊固在箱體上，接觸器的重量為8.5kg，其中螺栓到接觸器重心位置H=22mm，固定方式如圖2-3所示。3.4.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析高鐵列車在運行時，通常受到以下三種外力：垂直方向:Fz=249.9N橫軸方向：Fy=249.9N，產(chǎn)生力矩M1=F縱軸方向：Fx=416.5N，產(chǎn)生力矩M2=動車組在拐彎、制動、加速或蛇行運行時，緊急制動時，對螺栓的沖擊力最大，螺栓最容易變形。在工況最為惡劣的時候，對螺栓總的受力分析。螺栓在垂向時受到的總力：垂向:Fx=m×4g=333.2N，產(chǎn)生力矩M螺栓組由三個按照DIN931標準的螺栓組進行緊固，作為鋼與鋼材料結(jié)合的黏性摩擦系數(shù)，我們認可μG=0.16，分布情況如圖2-3用螺栓連接的零件的直徑為：D因此我們可以得到每個螺栓的圓周力：FQ=2Mn?Dn（其中：M為緊固作用時受到的扭矩值；n為螺栓個數(shù)）即：F3.4.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇（1）求出壓緊力F0≥（2）選擇螺栓材料，確定許用應力[σ]=σsS（3）確定螺栓直徑d1≥查表3，當d=8時，d1=6.647mm,略大于6.08mm，與原預設(shè)相符，故可采用M123.4.3螺栓重要參數(shù)的計算（1）螺距計算P=10/8=1.25mm（2）旋和長度計算D=1.258=10mm（3）擰緊力矩計算T3.5電容器螺栓組受力分析相關(guān)參數(shù)：電容器重量35.7kg,H為320mm，a和b為300mm，c和d為90mm。由于電容器與線路電抗器緊固連接方式一樣，那么螺栓受力分析也是一樣。參照線路電容器的計算步驟同理可的：3.5.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析垂直方向：P=1049.58N,橫軸方向F1=1049.58N,縱軸方向F2=1749.3N翻轉(zhuǎn)力矩M1=335865.6N/mmM2=復合沖擊狀態(tài)下的力，如表3-7所示：表3-7各螺栓受力狀況螺栓點1234垂向沖擊349.86N349.86N349.86N349.86N橫向沖擊1020.43N-845.5N1020.43N-845.5N橫向沖擊（反）-1020.43N845.5N-1020.43N845.5N縱向沖擊-379.02N-379.02N553.95N553.95N縱向沖擊（反）379.02N379.02N-553.95N-553.95N最大合力1749.31N1574.38N1924.24N1749.31N當螺栓受到橫向或者縱向沖擊，產(chǎn)生加速度時，不論沖擊方向正反，對單個螺栓來說，受力大小是相同的，只是方向相反了。因此取受力最大的螺栓Fmax=1924.243.5.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇（1）求出壓緊力F0≥（2）選擇螺栓材料，確定許用應力[σ]=σsS（3）確定螺栓直徑d1≥查表3，當d=12時，d1=10.106mm,略大于8.7mm，與原預設(shè)相符，故可采用M123.5.3螺栓重要參數(shù)的計算（1）螺距計算P=14/8=1.75mm（2）旋和長度計算D=1.758=14mm（3）擰緊力矩計算T3.6風機螺栓組受力分析相關(guān)參數(shù)：風機重量14.5kg,H為110mm。由于電容器與線路電抗器緊固連接方式一樣，那么螺栓受力分析也是一樣。參照線路電容器的計算步驟同理可的：3.6.1螺栓受沖擊狀態(tài)下的受力分析高鐵列車在運行時，通常受到以下三種外力：垂直方向:Fz橫軸方向：Fy=426.3N，產(chǎn)生力矩M縱軸方向：Fx=710.5N，產(chǎn)生力矩M2當列車在拐彎、制動、加速或者蛇擺運動中，當緊急制動時，螺栓受到的沖擊力為最大，螺栓最容易發(fā)生變形，工況最為惡劣。在工況最為惡劣的時候，對螺栓總的受力分析。螺栓個體受力分析螺栓在垂向時受到的總力：垂向:Fx=m×4g=568.4N，產(chǎn)生力矩M螺栓組由四個按照DIN931標準的螺栓組進行緊固，均勻分布，作為鋼與鋼材料結(jié)合的黏性摩擦系數(shù)，我們認可μG用螺栓連接的零件的直徑為：D因此我們可以得到每個螺栓的圓周力：F（其中：M為緊固作用時受到的扭矩值；n為螺栓個數(shù)）即：F3.6.2螺栓小徑的計算及其尺寸選擇（1）求出壓緊力F0≥（2）選擇螺栓材料，確定許用應力[σ]=σsS（3）確定螺栓直徑d1≥查表3，當d=6時，d1=4.917mm,略大于4.88mm，與原預設(shè)相符，故可采用M63.6.3螺栓重要參數(shù)的計算（1）螺距計算P=8/8=1mm（2）旋和長度計算D=18=8mm（3）擰緊力矩計算Tmax4關(guān)鍵梁仿真及分析4.1線路電抗器底梁的設(shè)計底梁作為電抗器的主要承重構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇直接關(guān)系到電抗器的安全運行。因此，對其力學特性的分析已成為設(shè)計過程中重要而關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。當動車組運行時，路線電抗器底梁主要受三種力的影響：1．橫向（車輛橫向）：動車組轉(zhuǎn)彎或蛇擺運行時；2．縱向（車輛運行方向）：動車組起步瞬間，加速、減速時；3．垂直：電抗器的自重。當上述三種力作用于底梁時，底梁不僅產(chǎn)生彎曲變形，而且產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，對電抗器運行的穩(wěn)定性有很大影響，進而影響列車的正常運行，因此梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常關(guān)鍵。本文在整體梁的設(shè)計中，通過選擇合適的截面形狀，選擇一定的截面厚度、合理布置橫隔梁，提高了整體梁的剛度。電抗器底梁截面結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。4.1.1基于SolidWorks三維軟件的承重梁屈服強度和安全系數(shù)計算1.1模型導入(1)建立模型。根據(jù)橫截面各尺寸要求繪制草圖，再通過特征拉伸命令建立承重底梁幾何模型，如圖5所示。圖4-1：線路電抗器底梁三維圖(2)模型導入。選擇Simulation插件，選擇工具欄，點擊新算例，選擇應力分析，并對電抗器底梁模型編輯視為橫梁。1.2模型處理(1)材料選擇。承重梁所用材料為AISI304,密度為8000kg/m3，彈性模量E=1.9×1011N/(2)施加約束，并進行固定幾何體命令，對其橫梁兩邊的鉸鏈點進行固定約束。(3)施加載荷。選擇外部載荷對其施加力，在承重梁上施加相應載荷,包括X、Y、Z三個方向的力和。(4)網(wǎng)格劃分。選擇生成網(wǎng)格命令，設(shè)置相應的網(wǎng)格參數(shù)及網(wǎng)格大小，對承重梁進行網(wǎng)格劃分。1.3結(jié)果運算前期處理完成后，對模型進行計算，得到承重梁在正常運行啟停工況下的應力云圖、安全系數(shù)云圖。如圖所示。圖4-2：電抗器底梁應力云圖圖4-3：電抗器底梁安全系數(shù)云圖4.1.2結(jié)果分析從圖可以看出，底梁在列車復雜運行工況下σmax=4.514×107N/m2小于許用應力，最小安全系數(shù)n=4.582。通過分析可知，4.2線路電抗器頂梁設(shè)計綜上所述，運用相同方法對線路電抗器頂梁進行仿真分析，得到的應力云圖和安全系數(shù)云圖所示。從圖可以看出，承重梁在列車復雜運行工況下σmax=1.227×108N/m2小于許用應力，圖4-4：電抗器頂梁三維圖圖4-5：電抗器頂梁應力云圖圖4-6：電抗器頂梁安全系數(shù)云圖4.3列供變壓器底梁設(shè)計綜上所述，運用相同方法對列供變壓器底梁進行仿真分析，得到的應力云圖和安全系數(shù)云圖所示。從圖可以看出，承重梁在列車復雜運行工況下σmax=1.777×108N/m2小于許用應力，圖4-7：列供變壓器底梁三維圖圖4-8：列供變壓器底梁應力云圖圖4-9：列供變壓器安全系數(shù)云圖5結(jié)語本設(shè)計是在國內(nèi)某企業(yè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計的高鐵列車供電箱框架和內(nèi)部構(gòu)件緊固結(jié)構(gòu)，嚴格按設(shè)計標準和相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計計算和驗證。本次設(shè)計綜合了我所學的知識，開拓了新的視野，培養(yǎng)了一個自學的機會和新的能力，使我能力得到了提升。在設(shè)計過程中，深入了解了高強螺絲強度校核的步驟，認識到梁截面設(shè)計和材料選擇的重要性。認識到六角螺栓、螺栓組合原理布置、螺栓尺寸及參數(shù)選擇在機械連接設(shè)計中的重要性，從而有效地保證設(shè)備的安全運行。熟悉列車供電箱內(nèi)各部件的布置設(shè)計和分布，熟悉各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計過程中對各部件的設(shè)計問題進行適當?shù)恼{(diào)整。國家高速鐵路技術(shù)水平的高低直接或間接決定了供電箱技術(shù)的先進水平，也反映了高速動車組的現(xiàn)代化程度和社會的發(fā)展程度。因此，研究和分析高速鐵路供電箱對提高動車組使用壽命，降低生產(chǎn)成本具有重要的理論意義和工程應用價值。

參考文獻譚照華.解讀中國鐵路發(fā)展史[J].中學政史地,2011(02):18-21.李瑞淳,王馬矣.德國高速列車綜述[J].國外