基于HyperWorks的悬挂式空轨列车蓄电池箱冲击响应仿真分析

3g，垂向冲击加速度为 3g，冲击加速度理想化为标准半波正 弦（y=Asin x），如图 1 所示。
材料名称 弹性模量 E
密度 ρ 泊松比 v 许用应力 σs 抗拉强度 σb
表 1 材料机械性能参数
6082-T6 69GPa 2800kg/m3 0.3 240MPa 295MPa
6061-T6 69GPa 2800kg/m3 0.3 240MPa 260MPa
表 2 冲击工况计算结果
工况
位置
应力值 屈服极限 安全系数
（MPa） （MPa）
纵向正向冲击
安装座处
57.41 240
4.18
纵向负向冲击
安装座处
57.41 240
4.18
底部横梁与纵梁交
横向正向冲击
15.17 240 15.82
界处
底部横梁与纵梁交
横向负向冲击
15.17 240 15.82
界处
垂向向上冲击
安装座处
49.79 240
4.82
垂向向下冲击
安装座处
49.79 240
4.82
中国设备工程 2021.06 （下） 121
Research and Exploration 研究与探索·工艺流程与应用
浅析一种周向分布螺旋弹簧定位卡环装配装置 ——以自动变速器 A341E 的 B0 为例
粟振灿 （广西农业职业技术学院，广西 南宁 530007）
国内外学者专家主要从设计和仿真两个方面对轨道交通 车辆的蓄电池箱进行研究。陈艳艳等设计了土耳其安卡拉地 铁车辆蓄电池箱的蓄电池类型、质量、使用环境等要素；中 车四方股份姜焙晨等从有限元仿真计算方面校核了国内某地 铁车辆蓄电池箱的静强度、疲劳强度和模态等；郑天夫通过 计算轨道交通车辆蓄电池箱的静强度和疲劳强度，评定结构 的安全性和疲劳破坏程度，并以此为依据优化蓄电池箱的结 构主梁。
蓄电池箱主要由箱体、蒙板、电器件安装板、箱门、蓄 电池组成。其中，箱体为主要承载部件，蓄电池箱全部为铝合 金材质，主要型材材质为铝合金 6082‐T6，个别横梁材质为 6061-T6，薄板材质为 5083‐H111，具体材料性能参数见表 1。 2 计算工况
根据 IEC61373-2010 标准中 I 类 A 级的要求制定蓄电池 箱的冲击载荷，纵向冲击加速度为 5g，横向冲击加速度为
关键词：悬挂式空轨；蓄电池箱；冲击响应；有限元 中图分类号：U270.34 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021进，同时也面临着 一些结构性问题：比如，上下班高峰时段拥堵严重，交通结 构形式比较单一，震动噪音对周边环境影响大。悬挂式空轨 列车（以下简称“空轨列车”）作为中等运量的新型轨道交 通工具，具有成本低、工期短的优点，逐步成为现代城市立 体化交通发展的新选择。早在 100 多年前，位于德国西部城 市的乌帕塔尔市就已经建成世界首条悬挂式空轨，线路全长 13.3km，中途以距地面 12m 的高度驶过乌帕河，每日运送乘 客 7.5 万人，是该市的城市名片和主要公共交通工具。悬挂 式空中轨道车辆在国内没有应用先例，学术性的研究和调研 也少之又少，车体的构造及关键设备完全不同于普通地铁车 辆。蓄电池箱是空轨列车车下设备中的重要组成部件，用来 承载空轨列车的蓄电池备用电源。蓄电池箱体结构的性能直 接影响空轨列车的运行安全，因此，对该结构进行仿真优化 具有重要意义。
参考文献： [1] 查文花，贾旭升，高宁等．悬挂式空轨车站景观设计研究 [J].
城市建筑，2019，16（308）：43-44． [2] 朱琳，田川，韩春阳等．HXD1B 型机车蓄电池常见故障原因
分析及处理 [J]．铁道机车与动车，2016( 8) : 40 － 42. [3] 陈艳艳，黄志华 . 土耳其安卡拉地铁项目车辆蓄电池设计 [J]．
本文以空轨列车蓄电池箱为研究对象，使用 Hyperworks 有限元软件进行冲击响应有限元仿真分析，保障了空轨列车 的安全性，为蓄电池箱的改进提供依据。 1 模型位置和材料参数
整体蓄电池箱通过四处安装座固定在车顶部，使用 M16 螺栓，除安装处外，蓄电池箱其余悬空。根据蓄电池箱的吊 挂位置，本文规定沿车体纵向为蓄电池箱的纵向（X 向）， 沿车体横向为蓄电池箱的横向（Z 向），沿车体垂向为蓄电 池箱的垂向（Y 向）。
图 1 为自动变速器 A341E 制动器 BO 的结构示意图，其 结构特点为：制动器活塞位于制动器壳体里面且边缘略高于 壳体，可在液压力及弹力的作用下上下往复运动；周向分布 螺旋弹簧置于壳体内及且位于活塞的上方，且能够自由伸缩； 压板连在螺旋弹簧的上端面，作为卡环直接接触的工作面；
制动器壳体内部上边缘往下约 10mm 左右设有卡环槽，用于 安装卡环；装配时，当螺旋弹簧连同压板被压缩至卡环槽下 方位置时，将卡环压入制动器壳体内的卡环槽内，固定周向 分布的螺旋弹簧组件。
中国设备工程 China Plant Engineering
基于 HyperWorks 的 悬挂式空轨列车蓄电池箱冲击响应仿真分析
弓瑞明 1，展旭和 2 （1. 中车广东轨道交通车辆有限公司，广东 江门 529000；2. 国家高速列车青岛技术创新中心，山东 青岛 266000）
摘要：为了保障悬挂式空轨列车在运行过程中的冲击安全性能，优化蓄电池箱结构，使用 Hyperworks 有限元软件开展 冲击响应有限元仿真分析。计算结果表明，该蓄电池箱结构的冲击响应工况指标均满足要求，为后续优化设计提供了支撑 和方向。
摘要：汽车自动变速器实训教学拆装项目常以液力自动变速器为例，其中作为执行机构的制动器在装配过程中操 作不便且存在安全隐患，本文提供了一种周向分布螺旋弹簧定位卡环拆装装置的设计思路，对其结构特点及工作原理 进行详细描述。该设计实现了周向分布螺旋弹簧定位卡环装配过程的操作方便性及安全性，可有效提高教学效率及避 免人身伤害。
1. 活塞 2. 卡簧 3. 压板 4. 螺旋弹簧 5. 壳体 图 1 B0 的结构示意图
由于周向分布螺旋弹簧组件弹力较大，传统的卡环安装 方法是：由多人合作，借助辅助工具从多个方向向下压住压 板，因卡环两端无孔，还需借助螺丝刀将卡环的一端压入制 动器壳体内的卡环槽，然后，再沿着卡环边缘慢慢地把卡环
关键词：螺旋弹簧；卡环；装配装置 中图分类号：U466;TG386.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）06（下）-0122-02
汽车自动变速器是一种能实现自动改变传动比、自动调 节或变换发动机的动力输出，且能较好地适应外界需要的汽 车部件，具有油耗低、行驶稳定性好、乘坐舒适性好等优点， 是现代汽车的常见配置。随着科技的进步，自动变速器的功 能和结构也不断完善，但技术最成熟且应用最广泛的还是液 压控制技术。自动变速器液压控制系统包含数量不等的若干 组制动器，其中片式制动器内部结构通常都设置有周向分布 螺旋弹簧。制动器结合时，油液推动制动器活塞克服弹簧弹 力，使制动器钢片和摩擦片结合，自动变速器中的某个元件 或轴被固定；制动器分离时，制动活塞在螺旋弹簧弹力的作 用下回到初始位置，钢片和摩擦片彻底分离，元件或轴即可 自由转动，实现换挡。正常情况下，在制动器的装配过程中， 周向分布螺旋弹簧需被压缩到一定程度并使用卡环进行定 位，使其在工作中能够发挥定位或复位的作用。 1 现状
技术与市场，2014，21( 6) : 139 － 140． [4] 姜焙晨，赵子豪，展旭和 . 地铁车辆蓄电池箱强度及模态有限
元仿真分析 [J]．现代贸易工业，2017( 14) : 193 － 195． [5] 郑天夫 . 轨道客车蓄电池箱抗冲击振动有限元分析与结构优化
[D]. 长春 : 吉林大学， 2015．
5083-H111 69GPa
2700kg/m3 0.3
125MPa 275MPa
图 1 冲击加速度
3 计算结果与分析 采用 Optistruct 求解器进行求解计算，结果见表 2，
各工况应力云图见图 2。纵向冲击工况中，蓄电池箱的最 大 VON Mises 应 力 为 57.41MPa， 发 生 在 安 装 座 处， 未 超 过材料的屈服极限，满足设计要求；横向冲击工况中，蓄 电池箱的最大 VON Mises 应力为 15.17MPa，发生在底部 横梁与纵梁交界处，未超过材料的屈服极限，满足设计要 求；垂向冲击工况中，蓄电池箱的最大 VON Mises 应力为 49.79MPa，发生在安装座处，未超过材料的屈服极限，满
图 2 冲击工况 von Mises 应力云图
足设计要求。 4 结语
对悬挂式空轨列车蓄电池箱的有限元模型进行冲击响应
122 中国设备工程 2021.06 ( 下 )
仿真分析，结果表明，蓄电池箱体的最大 VON Mises 应力为 57.41MPa，发生在纵向冲击工况下的安装座处，安全系数为 4.18，未超过材料的屈服极限，满足标准要求。本文的研究 可以为空轨列车蓄电池箱的进一步优化提供依据。