拉着货车的内燃机车驶过

廖囡囡

[摘 要]针对内燃机车冷却室直接焊接在车架上，模块化程度不高、工艺水平较低的现状，本文对冷却装置进行了改进设计。并对冷却装置与车架的连接方式做进一步研究，将冷却装置作为一个模块通过螺栓连接的安装方式固定在车架上。通过仿真计算以及连接螺栓强度校核，结果表明模块化冷却装置能够保证机车在运行过程中的安全可靠性。

[关键词]冷却装置 螺栓连接 仿真计算 模块化

中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0010-01

1 引言

目前外走廊内燃机车冷却装置的安装方式大多采用立柱与车架直接焊接。冷却装置上一些管码座也均是现场配焊，模块化的制作水平和定位精度不高、作业环境较差、工艺水平较低。不能够满足批量化生产的需求。为提高新造机车的质量，提高现场生产效率，实现模块化组装。中国中车戚墅堰机车有限公司（以下简称戚墅堰公司）提出了先油漆后组装的生产要求，冷却装置作为整车的重要组成部分，为实现模块化组装更是作为重点研究对象。以下以HXN5B机车冷却装置做重点介绍。

2 系统优化设计

HXN5B机车冷却装置主要包含了冷却装置钢结构、散热器、水箱及冷却风扇等大部件。如图2.1所示：

冷却装置钢结构做为主要受力载体要求具有一定的强度及稳定性。为保证整个冷却装置做为一个模块采用螺栓连接的方式安装在车架上的安全稳定性。本文考虑从以下两个方面对冷却装置进行优化改进设计。

2.1 冷却装置钢结构本体结构的加强

HXN5B机车冷却装置钢结构主要由10根立柱及各支撑安装梁组成。为了充分保证钢结构本体强度，本文对冷却装置钢结构一些关键受力部位加装加强梁或筋板。各立柱之间做到底梁连接，整个冷却装置钢结构形成封闭框架结构。增加冷却装置的稳定性。各立柱之间的开放空间加斜撑或者筋板，提高钢结构的稳定性和承载能力。

2.2 冷却室与车体连接方式改进

考虑到冷却装置重量较重，单纯通过螺栓连接的方式固定在车体架上无法满足机车运行过程中的安全可靠性。本文采用在车架上预焊接四个φ50的定位销。主要受力的四根立柱底部预焊接与定位销相配合的销座，采用销孔配合来实现水平定位与承载。车架上同时预焊接12个螺栓安装座，与冷却室钢结构通过12个M20螺栓紧固连接，实现垂向的定位和承载。考虑到车架平面度以及钢结构上螺栓座平面度做不到一致。设计时考虑在两螺栓座之间预留3-4mm间隙，间隙处添加不同厚度的调整垫。

3 仿真计算验证

为验证模块化冷却装置的安全可靠性，对12个M20的连接螺栓进行强度校核。

对冷却装置进行仿真计算分析。

3.1 冷却室连接螺栓强度校核

校核工况：机车在纵向5g的冲击载荷。

计算条件：冷却室m=9900Kg，质心高度=2046mm

M20螺栓参数：外螺纹中径=18mm，公称截面积=245mm2，拧紧力矩=300Nm。

计算螺栓预紧力：

剪切力纵向5g的载荷由10个M20螺栓承载，因此各螺栓的所受剪切力为：

拉伸力依据《机械设计手册》第四版-第二卷-表5-1-50对螺栓进行受力分析。根据手册校核准侧：距离受力中心最远的螺栓所受载荷最大。螺栓的受力

式中，为各螺栓距受力中心线距离。通过上式可以得出，受力最大螺栓的载荷为：P=57.95KN

剪切应力

拉伸应力

应力评价

总应力，最大受力螺栓的应力值未超出螺栓的极限强度。所选的螺栓能够满足要求。

3.2 冷却装置仿真计算

对改进加强后的冷却装置分别进行如下工况的仿真计算：起吊工况、纵向载荷工况、横向载荷工况、垂向载荷工况。如下表：

通过仿真计算分析得到各工况下等效应力图如图3.1所示

起吊工况下，等效应力分布如图a所示，其中最大等效应力为140MPa。纵向载荷工况下的等效应力分布如图b所示，最大等效应力为220 MPa。横向载荷工况下的等效应力分布如图c所示，最大等效应力为208 MPa。垂向载荷工况下的等效应力分布如图d所示，最大等效应力为178 MPa。.通过仿真计算分析各工况下最大等效应力均小于机车用钢材的许用应力235MPa，改进后的冷却装置的结构强度完全符合设计中各工况的需求。

4 结语

冷却室进行模块化设计能够提高新造机车质量，提高机车工艺水平。为实现工位化批量化生产创造良好的条件。同时该冷却装置的改进设计，也为以后其他类似结构的设计，提供了一个参考依据。

参考文献

[1] 东风11型内燃机车.中国铁道出版社.1997.

[2] 高耀东，李震.ANSYS Workbench机械机械工程应用[M].北京：电子工业出版社，2013.