《高铁列车供电箱箱体结构分析及仿真设计11000字（论文）》

高铁列车供电箱箱体结构分析及仿真设计摘要2017年6月，复兴号开通运营，这表明中国已经能够生产出具有绝对自由产权的动车组，达到世界一流水平的动车组。由于供电箱结构特殊，主要大型电器设备（如变压器，电抗器等）均采用螺栓连接安装在车厢底部。供电箱主要负责保护车下设备，降低气动阻力。其安全性和可靠性直接影响到动车组的运行。一方面要保证各部件的可靠安装。另一方面要考虑内部构件的稳定性，保证设备的正常运行。根据产品设计要求，对供电箱进行了结构设计。根据铁路行业的相关标准，对受力分析的螺栓和参数进行了设计。分析结果表明，箱体的强度符合规范要求。关键词：结构设计；螺栓连接；设计要求；受力分析；强度设计；摘要 21绪论 51.1选题背景及研究意义 51.1.1选题背景 51.1.2研究意义 51.2国内外研究现状 61.2.1国外现状： 61.2.2国内现状： 61.3本文设计内容 72箱体结构及各组件安装设计 82.1箱体结构设计 82.2各组件安装设计 92.2.1线路电抗器 92.2.2平波电抗器 102.2.3列供变压器 102.2.4接触器 102.2.5电容器 112.2.6风机 113螺栓尺寸设计及重要参数计算 123.1线路电抗器螺栓组受力分析 123.1.1螺栓受到垂向力P作用下载荷计算 133.1.2螺栓受到横向冲击力F1作用下的载荷计算 143.1.3纵向冲击下的螺栓载荷计算 153.1.4复合冲击状态的受力 163.1.5螺栓小径的计算及其尺寸选择 163.1.6螺栓重要参数的计算 183.2平波电抗器螺栓组受力分析 203.2.1螺栓受冲击状态下的受力分析 203.2.2螺栓小径的计算及其尺寸选择 203.2.3螺栓重要参数的计算 213.3列供变压器螺栓组受力分析 213.3.1螺栓受冲击状态下的受力分析 213.3.2螺栓小径的计算及其尺寸选择 223.3.3螺栓重要参数的计算 223.4接触器螺栓组受力分析 233.4.1螺栓受冲击状态下的受力分析 233.4.2螺栓小径的计算及其尺寸选择 233.4.3螺栓重要参数的计算 243.5电容器螺栓组受力分析 243.5.1螺栓受冲击状态下的受力分析 243.5.2螺栓小径的计算及其尺寸选择 253.5.3螺栓重要参数的计算 253.6风机螺栓组受力分析 263.6.1螺栓受冲击状态下的受力分析 263.6.2螺栓小径的计算及其尺寸选择 273.6.3螺栓重要参数的计算 274关键梁仿真及分析 284.1线路电抗器底梁的设计 284.1.1基于SolidWorks三维软件的承重梁屈服强度和安全系数计算 284.1.2结果分析 304.2线路电抗器顶梁设计 304.3列供变压器底梁设计 315结语 33参考文献 34

1绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景在全球运输体系的历史上，铁道运输一直发挥着重要的作用。人们对日常出行的要求也在不断提升，特别是对于铁路系统而言，其运行速度，运行安全性和舒适性已逐渐成为世界铁路系统发展的主要方向和目标。到2030年，中国将实现“八纵八横”高铁主通道，并继续实现国铁路的飞速发展。在引进，消化，吸收，重塑的前提上，中国高速动车组技术创造了从制造到创造的飞跃，代表着中国动车组研制技术已处于世界先进水平。由于电源箱的特殊结构，主要大型电气设备（如变压器，电抗器等）作为列车的重要组成部分，采用螺栓连接的方式悬挂安装在列车底部。动车组供电箱技术的先进程度直接或间接地决定了国家高速铁路技术水平，也反映了高速动车组的现代化程度和社会发展水平。因此，研究供电箱对运行安全有重要意义，不仅可以提高我国的技术水平，而且可以使我国进一步成为制造大国。1.1.2研究意义随着列车运行速度的加快，列车可靠性和安全性受到越来越多的关注。同时，高速列车电源箱的设计也越来越复杂。列车在车站加速、转弯、减速时，由于自身惯性，在水平方向和垂直方向都有一定的加速度。内部组件通过螺栓连接到供电箱的横梁上。为保证安装的可靠性，螺栓组的布置、尺寸、材料的选择以及关键梁的设计十分重要。电源箱是车身的重要组成部分。其主要功能是保护车下设备，降低列车运行后的空气阻力，并改善其空气动力性能。在高速列车运行过程中，电源箱承受着很强的气密性负载、振动负载和石块飞溅。在这些载荷作用下，电源箱及其内部构件经常发生疲劳损伤，电源箱的表面容易划伤或腐蚀，因此有必要研制一种性能优良、结构刚度高的供电箱。既能充分发挥高速铁路运量大、发车密度高的优势，从而促进金融体系的发展。1.2国内外研究现状1.2.1国外现状：在世界铁道大家庭中，德国的铁路事业起步较早。早在1835年，德国铁路就被设计并投入运营，已有近190年的历史。后来，由于欧洲国家铁路技术分析方向的变化，导致德国高速火车的发展相对较晚。1991年至1997年，具有集中动力的德国ICE-1和ICE-2高速火车投入运行，最高速度达280公里/小时。2000年5月，德国高速动车组ICE-3系列正式投产。与德国的ICE-1和ICE-2系列不同，ICE-3系列是一种动力分布式动车组，其最高设计时速可达330公里。与ICE-1和ICE-2系列动车组类似，ICE-3系列辅助系统也采用直流辅助供电技术，是一种分散变流器后向辅助用电负荷供电的供电技术。1991年，德国建筑了第一条高铁。现在，新建高铁已投资营运5条（部分线路见表1-1），运行总里程949公里，最高运营速度320公里，小时。德国还重建了一些铁路，全长1560公里。表1-1德国运营中的高速铁路起讫地点长度/km最高速度/(km/h)开始运营时间开行列车汉诺威—维尔茨堡3272801991ICE1，ICE2曼海姆—斯图加特992801991ICE1柏林—汉诺威2642801998ICE1，ICE2科隆—法兰克福1803002002ICE31.2.2国内现状：研发前期，2004年前：我国最早的电力动车组是由长客厂，株洲市研究所，铁科院等单位联合研制的新型KDZ1交流火车组。1989年进行调试，最高速度达142.5公里。1999年，由株洲市电力机车厂大学和株洲市电力机车研究所公司联合开发，DDJ1型电力火车组最高时速达到200公里，在广深投入使用。然后，我们开发了DJJ1和DJF2高速电力动车组，定速超过200公里。2001年4月，研发了“中国之星”高速列车，具有完全自主产权，时速270公里。2002年11月，在秦沈客运专线进行的短跑测试将最高时速定为321.5公里。2004年至2008年，技术引进阶段：2004年，确定了“先引进技术，再引进联合生产，再打造中国品牌”的基本线路。2007年，通过把CRH1A和CRH2A进行整合改进，研发出我国首辆时速200公里的国产动车组。2008年，CRH3C型动车组下线试验，最高速度394.3公里，成为最高试验速度纪录。现阶段，中国高铁的技术已经在引入、消化和吸收的观念上得到了重塑。短短几年，基本形成时速200-250公里动车组的技术规范体系，实现国产化。自主创新阶段，2009年至今：2010年，青岛市四方机车车辆厂自主研发电力分布式CRH380A型高速火车组，在运营试验中创造了486.1km/h的世界最高速度纪录。中国动车组自主创新的重要成果还包括CRH380AM，CRH6动车组。CRH6动车组的研发表明我国动车组已进入完全自主发展阶段。随后，复兴号CR400系列的下线和试验，为中国高速铁路技术的完全自主化和标准化奠定了坚实的基础，标志着中国高速列车进入研发的时代。1.3本文设计内容高速铁路列车电源箱是一种长六面体箱型结构，根据不同尺寸设备的布置要求，常将其分为几个小六面体箱型结构。本课题研究设计了高速铁路封闭式列车供电箱的结构设计，包括变压器组件、电容器组件、电抗器组件和风机系统。根据供电箱的整体设计要求，合理布置元器件和设备，进行箱内元器件的紧固设计，紧固件的强度设计，紧固件的工艺参数计算。根据动车组运行要求，合理布置和安装零部件和设备。总体布局方案可以多种多样，每种方案各有优缺点。为了满足铁路运输的要求，我们应该权衡利弊，得出合理的方案！2箱体结构及各组件安装设计2.1箱体结构设计供电箱的主要功能是保护车下设备，提升列车的空气动力性能。它的外形不仅受各系统设备尺寸的限制，而且考虑到整个列车断面轮廓和流线的均匀性。另外，必须全面考虑车身轻量化和恶劣工作环境的需求。因此，设计需要重点解决以下技术问题：（1）供电箱的气动外形、安装要求、重量根据车下设备布置和车体横截面确定；（2）确保列车安全运行，满足供电箱的刚度、强度和防火要求；（3）设计时必须考虑供电箱的密封性，防止雨水、积雪、灰尘等杂质进入。（4）供电箱必须作为独立系统存在。即与其他部件没有依赖关系，便于供电箱本身的安装和拆卸，也便于车下设备的维修和保养；动车组供电箱按产品设计输入，箱长、宽、高设计值为2910mm＊1314＊723mm，主梁采用4mm不锈钢折弯（德国1.4301相当于304不锈钢）。主面板由1．5mm不锈钢制成（德国1.4301相当于304不锈钢）。起吊部分采用20mm和16mm的Q345板，安装8个吊点，产品重量要求小于2680kg。根据设计输入和产品功能要求，电源箱分为电抗器、电容器、风机、变压器、风机、线夹、接触器等，如图所示，所有元器件均装在箱体侧面方便检查。在供电箱内部，通过安装隔板隔开各组件，以减少电磁干扰。如图2－1箱体框架，2-2箱体各主要元器件布局所示。图2-1箱体框架图2-2箱体各主要元器件布局2.2各组件安装设计2.2.1线路电抗器线路电抗器支架（t=10mm）下侧置于底梁上(t=4mm)，支架上侧固定于上梁(t=4mm)，设计采用8*M12。设计重量344kg。如图2-3所示电抗器底梁示意图（a）和顶梁示意图（b）。（a）电抗器底梁示意图（b）电抗器顶梁示意图图2-32.2.2平波电抗器平波电抗器支架（t=10mm）下侧放置于底梁上(t=4mm)，支架上侧固定于上梁(t=4mm)，设计采用8*M12。设计重量246kg。紧固连接方式与线路电抗器相同。2.2.3列供变压器变压器底座总成，采用Q345E钢板（10＋6）＝16mm，底梁采用4mm不锈钢板，设计螺栓采用4*M16。设计重量1363kg。如图2-4所示底梁示意图。图2-4变压器底梁示意图2.2.4接触器接触器设计重量8.5kg，采用立式安装方法，设计螺栓采用3*M8。接触器底部支架5mm，接触器底座2mm厚不锈钢。如图2-5所示接触器底座示意图。图2-5接触器底座示意图2.2.5电容器电容器设计重量为35．7kg，固定在电容箱（电容箱采用2mm不锈钢弯曲），电容箱设计重量为10．64kg。电容箱的顶部和侧面固定在供电箱中（横梁均采用4mm不锈钢弯曲），电容器固定在电容箱，采用4＊M12设计螺栓。2.2.6风机风机设计重量为14．5kg。固定在风机箱（风机箱使用2mm不锈钢板弯曲）。风机箱被固定在供电箱里。风机箱固定风机的设计螺栓为4＊M6。用于固定列车供电箱内风机箱的设计螺栓为2＊M10。3螺栓尺寸设计及重要参数计算3.1线路电抗器螺栓组受力分析线路电抗器装在底梁和上梁上，通过8个M12螺栓与箱体连。研究了线路电抗器在垂直、纵向和横向外力作用下，各连接螺栓的整体应力变化，并对螺栓进行了强度校核。动车组在拐弯、制动、加速或蛇行运行时，紧急制动时，对螺栓的冲击力最大，螺栓最容易变形。根据IEC61373：2010标准，箱体及其内部部件受到垂直方向3g加速度，纵向（车辆行驶方向）5g加速度和横向（车横向）3g加速度的影响。相关参数：线路电抗器总重344kg，如图3-1所示，H为580mm，a和b为200mm，c和d为520mm。图3-1螺栓组受力图和布局方式列车运行时，全部的紧固螺栓都会受冲击，螺栓组上各方向的外力如下：垂直方向：P=m横轴方向：F纵轴方向：F以O点为支点，在F1，F2作用下的翻转力矩分别为：M3.1.1螺栓受到垂向力P作用下载荷计算根据图3-1，简化了线路电抗器安装座在垂直冲击下的受力情况，如图3-2所示。图3-2安装座受力图图3-2中，电抗器上的垂直力P受到垂直加速度3g的影响，并考虑重力本身则：P=m4g=13484.8N安装视为用螺栓固定在刚性梁上，受到一个偏行力P，如图3-2所示，A,B点出受NA、NB大小力的平衡NA+N根据图3-2可知，点1和点2为NA的合力，点3和点4为N力矩的平衡 ΣM=0NA×由式（1），（2）求的N分别对四点分别运用共面力系刚体平衡条件进行受力分析，受力分析如图3-3：图3-3安装座受力图根据力平衡，则N1+N2=力矩的平衡ΣM=0N1×c−N根据（3）（4）计算的：N同理的：N33.1.2螺栓受到横向冲击力F1作用下的载荷计算当电抗器受3g加速度的外力冲击时，不仅重心位置产生的水平力外，而且有一个以E为支点安装座产生的倾覆力矩M1，如图3-5所示，其中：NC为点1、3处的合力，ND为点2、4处的合力。图3-4横向冲击时的受力图如图3-4所示，安装座在外力矩的作用下有绕通过重心的轴线翻转的趋势。根据共面力系刚体平衡条件：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根据共面力系刚体平衡条件分别求1,2,3,4点受力，如图3-5所示：图3-51、3（2、4）点受力根据力的平衡，的 NC力矩的平衡，ΣM=0，N1×a−N由（7）、（8）式可求的：1点受力N1=3662.95N，3点受力同理可求点3、4受力：2点受力N2=−1977.35N，4点受力3.1.3纵向冲击下的螺栓载荷计算当螺栓组收到5g加速度的水平冲击时，除重心产生的水平力外，还有以E点为支点的安装座产生的倾覆力矩M2，如图3-6所示：图3-6纵向冲击时受力简图其中，NA为点1、2的合力，NB为点3、4的合力。根据以上计算螺栓载荷过程，可分别求的四点受力情况：N1=11377.8N，N2=11377.8N，N3=13063.4N，N4=13063.4N3.1.4复合冲击状态的受力依据上述螺栓在垂直、纵向和横向冲击下的荷载计算结果，各螺栓在复合冲击下的受力情况见表3-1表3-1各螺栓受力状况螺栓点1234垂向冲击3371.2N3371.2N3371.2N3371.2N横向冲击3662.95N-1977.35N3662.95N-1977.35N横向冲击（反）-3662.95N1977.35N-3662.95N1977.35N纵向冲击-11377.8N-11377.8N13063.4N13063.4N纵向冲击（反）11377.8N11377.8N-13063.4N-13063.4N最大合力18411.95N16726.35N20097.55N18411.95N当螺栓受到横向或纵向冲击并产生加时速时，无论冲击方向为正或负，单个螺栓所受力相等，但方向反。因此，选受力最大的螺栓Fmax=20097.553.1.5螺栓小径的计算及其尺寸选择3.1.5.1求出压紧力F0≥KfFKf:可靠性因数，一般KfFmax:最大应力0.1-0f:结合面摩擦因数，一般f=0.1-0.15z：总螺栓数目m：结合面3.1.5.2选择螺栓材料，确定许用应力选择螺栓材料性能等级为12.9级，由表3-2查得材料的σS=1080，若不控制预紧力，预设螺栓直径在6-16mm，由表3-3查得安全因数S=6.5[σ]=σsS=166.15 （1σsS：安全因数3.1.5.3确定螺栓直径由公式1.3Fd1≥4×1.3F0F0[σ]:螺栓许用应力查表3-4，当d=12时，d1=10.106mm,略大于9.2mm，与原预设相符，故可采用M12表3-2螺栓的力学性能等级力学性能级别4.64.85.65.86.88.88.89.810.912.9屈服极限σS/MPa公称值2403203004004806407209001080表3-3螺纹连接的安全因数S材料静载荷变载荷M6—M16M16—M30M6—M16M16—M30碳素钢4—33—210—6.56.5合金钢5—44—2.57.6—55表3-4普通螺纹螺距及基本尺寸（摘自GB/T196—2003）单位：mm公称直径D，d中径D2，d2小径D2，d265.3504.91787.1886.647109.0268.3761210.86310.1061412.70111.8351614.70113.8351816.37615.2943.1.6螺栓重要参数的计算通过上述求得线路电抗器螺栓尺寸为M12，螺纹紧固件的螺距、旋合长度、拧紧力矩是螺纹紧固件的关键参数，正确应用这些参数对提高连接可靠性和工作效率，具有重要作用。3.1.6.1螺距计算在实际工程应用中，应先知道螺距，以便计算出紧固件的旋和长度和拧紧力矩。常用粗牙螺纹紧固件的螺距可通过以下方式进行计算：对于尺寸M6-M14,螺距P等于比公称直径稍大的偶数除以8。对于尺寸M14-M64,螺距P等于公称直径除以6的商再除以2后加1,但M60的螺纹其螺距为5.5mm。由上述可得M12的螺纹，公称直径为12mm，P等于稍大的偶数除以8可得P=14/8=1.75mm（12）3.1.6.2旋和长度计算螺纹紧固件的螺纹长度是可靠连接的一个非常重要的原因。较长的旋入长度会导致加工螺纹的时间过长，从而难以确定精度并增加成本。此外，在装配过程中容易出现装拆困难甚至咬合等问题。如果旋入长度过短，使连接的靠谱性下降。所以，正确选用合理的旋和长度能降低加工难度，提升工作效率，降低加工成本。根据螺纹紧固件受力递减的规律,一般旋合长度为螺距的8-10倍。可得M12的旋和长度为D=1.758=14mm（13）3.1.6.3拧紧力矩计算装配时，螺栓应施加一定的预紧力。不仅提升螺栓连接的可靠性、抗松能力和疲劳强度，而且连接的紧密性和刚度也得到了提升，且能预防加载后连件间的间隙或滑移。如果预紧力太小，作用在螺栓上的载荷会使螺栓很快松动。如果预紧力过大，整个连接件的结构尺寸会增大，在预紧过程中可能会因意外过载而导致螺栓断裂。螺栓连接中出现的松动、断裂、塌陷、连接件损坏等问题大多是由于预紧力施加不当引起的。(1)螺栓小径计算d1=d-1.0825P（14d：螺栓公称直径P：螺距（2）螺栓危险剖面的截面积计算A1=πd12/4（3）螺栓预紧力计算Qp≤K1σsK1:预紧力因数，碳素钢0.6-0.7，合金钢0.5-σs（4）螺栓最大拧紧力矩计算Tmax=KQpmaxd×10K：拧紧因数，一般取0.15-0.2由上述螺栓小径计算可知，线路电抗器采用12.9级M12碳素钢螺栓，公称直径12mm，螺距为1.75mm，材料屈服极限为1080Mpa，取K1Tmax=KK13.2平波电抗器螺栓组受力分析相关参数：平波电抗器重量246kg,H为580mm，a和b为200mm，c和d为520mm。由于平波电抗器与线路电抗器紧固连接方式一样，那么螺栓受力分析也是一样。参照线路平波电抗器的计算步骤同理可的：3.2.1螺栓受冲击状态下的受力分析垂直方向：P=7232.4N,横轴方向F1=7232.4N,纵轴方向F2=12054N翻转力矩M1=4194792N/mmM2=6991320N/mm复合冲击状态下的力，如表3-5所示：表3-5各螺栓受力状况螺栓点1234垂向冲击2410.8N2410.8N2410.8N2410.8N横向冲击2619.4N-1414N2619.4N-1414N横向冲击（反）-2619.4N1414N-2619.4N1414N纵向冲击-1836.45N-8136.45N10546.45N10546.45N纵向冲击（反）1836.45N8136.45N-10546.45N-10546.45N最大合力13166.65N11961.25N15576.65N14371.25N当螺栓受到横向或者纵向冲击，产生加速度时，不论冲击方向正反，对单个螺栓来说，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螺栓小径的计算及其尺寸选择（1）求出压紧力F0≥（2）选择螺栓材料，确定许用应力[σ]=σsS（3）确定螺栓直径d1≥查表3，当d=12时，d1=10.106mm,略大于8.7mm，与原预设相符，故可采用M123.2.3螺栓重要参数的计算（1）螺距计算P=14/8=1.75mm（2）旋和长度计算D=1.758=14mm（3）拧紧力矩计算T3.3列供变压器螺栓组受力分析相关参数：列供变压器重量1363kg,H为320mm，a和b为220mm，c和d为480mm。由于列供变压器与线路电抗器紧固连接方式一样，那么螺栓受力分析也是一样。参照线路线路电抗器的计算步骤同理可的：3.3.1螺栓受冲击状态下的受力分析垂直方向：P=40072.2N,横轴方向F1=40072.2N,纵轴方向F2=66787N翻转力矩M1=12823104N/mmM2=复合冲击状态下的力，如表3-6所示：表3-6各螺栓受力状况螺栓点1234垂向冲击13357.4N13357.4N13357.4N13357.4N横向冲击10018.05N-3339.35N10018.05N-3339.35N横向冲击（反）-10018.05N3339.35N-10018.05N3339.35N纵向冲击-20946.83N-20946.83N27625.53N27625.35N纵向冲击（反）20946.83N20946.83N-27625.53N-27625.35N最大合力44322.28N37643.58N51000.98N44322.28N当螺栓受到横向或者纵向冲击，产生加速度时，不论冲击方向正反，对单个螺栓来说，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螺栓小径的计算及其尺寸选择（1）求出压紧力F0≥（2）选择螺栓材料，确定许用应力[σ]=σsS（3）确定螺栓直径d1≥查表3，当d=16时，d1=13.835mm,略大于13.38mm，与原预设相符，故可采用M163.3.3螺栓重要参数的计算（1）螺距计算P=16/6/2mm（2）旋和长度计算D=28=16mm（3）拧紧力矩计算T3.4接触器螺栓组受力分析相关参数：由于接触器为垂直吊挂紧固在箱体上，接触器的重量为8.5kg，其中螺栓到接触器重心位置H=22mm，固定方式如图2-3所示。3.4.1螺栓受冲击状态下的受力分析高铁列车在运行时，通常受到以下三种外力：垂直方向:Fz=249.9N横轴方向：Fy=249.9N，产生力矩M1=F纵轴方向：Fx=416.5N，产生力矩M2=动车组在拐弯、制动、加速或蛇行运行时，紧急制动时，对螺栓的冲击力最大，螺栓最容易变形。在工况最为恶劣的时候，对螺栓总的受力分析。螺栓在垂向时受到的总力：垂向:Fx=m×4g=333.2N，产生力矩M螺栓组由三个按照DIN931标准的螺栓组进行紧固，作为钢与钢材料结合的黏性摩擦系数，我们认可μG=0.16，分布情况如图2-3用螺栓连接的零件的直径为：D因此我们可以得到每个螺栓的圆周力：FQ=2Mn⋅Dn（其中：M为紧固作用时受到的扭矩值；n为螺栓个数）即：F3.4.2螺栓小径的计算及其尺寸选择（1）求出压紧力F0≥（2）选择螺栓材料，确定许用应力[σ]=σsS（3）确定螺栓直径d1≥查表3，当d=8时，d1=6.647mm,略大于6.08mm，与原预设相符，故可采用M123.4.3螺栓重要参数的计算（1）螺距计算P=10/8=1.25mm（2）旋和长度计算D=1.258=10mm（3）拧紧力矩计算T3.5电容器螺栓组受力分析相关参数：电容器重量35.7kg,H为320mm，a和b为300mm，c和d为90mm。由于电容器与线路电抗器紧固连接方式一样，那么螺栓受力分析也是一样。参照线路电容器的计算步骤同理可的：3.5.1螺栓受冲击状态下的受力分析垂直方向：P=1049.58N,横轴方向F1=1049.58N,纵轴方向F2=1749.3N翻转力矩M1=335865.6N/mmM2=复合冲击状态下的力，如表3-7所示：表3-7各螺栓受力状况螺栓点1234垂向冲击349.86N349.86N349.86N349.86N横向冲击1020.43N-845.5N1020.43N-845.5N横向冲击（反）-1020.43N845.5N-1020.43N845.5N纵向冲击-379.02N-379.02N553.95N553.95N纵向冲击（反）379.02N379.02N-553.95N-553.95N最大合力1749.31N1574.38N1924.24N1749.31N当螺栓受到横向或者纵向冲击，产生加速度时，不论冲击方向正反，对单个螺栓来说，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螺栓小径的计算及其尺寸选择（1）求出压紧力F0≥（2）选择螺栓材料，确定许用应力[σ]=σsS（3）确定螺栓直径d1≥查表3，当d=12时，d1=10.106mm,略大于8.7mm，与原预设相符，故可采用M123.5.3螺栓重要参数的计算（1）螺距计算P=14/8=1.75mm（2）旋和长度计算D=1.758=14mm（3）拧紧力矩计算T3.6风机螺栓组受力分析相关参数：风机重量14.5kg,H为110mm。由于电容器与线路电抗器紧固连接方式一样，那么螺栓受力分析也是一样。参照线路电容器的计算步骤同理可的：3.6.1螺栓受冲击状态下的受力分析高铁列车在运行时，通常受到以下三种外力：垂直方向:Fz横轴方向：Fy=426.3N，产生力矩M纵轴方向：Fx=710.5N，产生力矩M2当列车在拐弯、制动、加速或者蛇摆运动中，当紧急制动时，螺栓受到的冲击力为最大，螺栓最容易发生变形，工况最为恶劣。在工况最为恶劣的时候，对螺栓总的受力分析。螺栓个体受力分析螺栓在垂向时受到的总力：垂向:Fx=m×4g=568.4N，产生力矩M螺栓组由四个按照DIN931标准的螺栓组进行紧固，均匀分布，作为钢与钢材料结合的黏性摩擦系数，我们认可μG用螺栓连接的零件的直径为：D因此我们可以得到每个螺栓的圆周力：F（其中：M为紧固作用时受到的扭矩值；n为螺栓个数）即：F3.6.2螺栓小径的计算及其尺寸选择（1）求出压紧力F0≥（2）选择螺栓材料，确定许用应力[σ]=σsS（3）确定螺栓直径d1≥查表3，当d=6时，d1=4.917mm,略大于4.88mm，与原预设相符，故可采用M63.6.3螺栓重要参数的计算（1）螺距计算P=8/8=1mm（2）旋和长度计算D=18=8mm（3）拧紧力矩计算Tmax4关键梁仿真及分析4.1线路电抗器底梁的设计底梁作为电抗器的主要承重构件，其结构设计和材料选择直接关系到电抗器的安全运行。因此，对其力学特性的分析已成为设计过程中重要而关键的环节之一。当动车组运行时，路线电抗器底梁主要受三种力的影响：1．横向（车辆横向）：动车组转弯或蛇摆运行时；2．纵向（车辆运行方向）：动车组起步瞬间，加速、减速时；3．垂直：电抗器的自重。当上述三种力作用于底梁时，底梁不仅产生弯曲变形，而且产生扭转变形，对电抗器运行的稳定性有很大影响，进而影响列车的正常运行，因此梁的结构设计非常关键。本文在整体梁的设计中，通过选择合适的截面形状，选择一定的截面厚度、合理布置横隔梁，提高了整体梁的刚度。电抗器底梁截面结构如图2-2所示。4.1.1基于SolidWorks三维软件的承重梁屈服强度和安全系数计算1.1模型导入(1)建立模型。根据横截面各尺寸要求绘制草图，再通过特征拉伸命令建立承重底梁几何模型，如图5所示。图4-1：线路电抗器底梁三维图(2)模型导入。选择Simulation插件，选择工具栏，点击新算例，选择应力分析，并对电抗器底梁模型编辑视为横梁。1.2模型处理(1)材料选择。承重梁所用材料为AISI304,密度为8000kg/m3，弹性模量E=1.9×1011N/(2)施加约束，并进行固定几何体命令，对其横梁两边的铰链点进行固定约束。(3)施加载荷。选择外部载荷对其施加力，在承重梁上施加相应载荷,包括X、Y、Z三个方向的力和。(4)网格划分。选择生成网格命令，设置相应的网格参数及网格大小，对承重梁进行网格划分。1.3结果运算前期处理完成后，对模型进行计算，得到承重梁在正常运行启停工况下的应力云图、安全系数云图。如图所示。图4-2：电抗器底梁应力云图图4-3：电抗器底梁安全系数云图4.1.2结果分析从图可以看出，底梁在列车复杂运行工况下σmax=4.514×107N/m2小于许用应力，最小安全系数n=4.582。通过分析可知，4.2线路电抗器顶梁设计综上所述，运用相同方法对线路电抗器顶梁进行仿真分析，得到的应力云图和安全系数云图所示。从图可以看出，承重梁在列车复杂运行工况下σmax=1.227×108N/m2小于许用应力，图4-4：电抗器顶梁三维图图4-5：电抗器顶梁应力云图图4-6：电抗器顶梁安全系数云图4.3列供变压器底梁设计综上所述，运用相同方法对列供变压器底梁进行仿真分析，得到的应力云图和安全系数云图所示。从图可以看出，承重梁在列车复杂运行工况下σmax=1.777×108N/m2小于许用应力，图4-7：列供变压器底梁三维图图4-8：列供变压器底梁应力云图图4-9：列供变压器安全系数云图5结语本设计是在国内某企业的基础上，设计的高铁列车供电箱框架和内部构件紧固结构，严格按设计标准和相关设计规范进行设计计算和验证。本次设计综合了我所学的知识，开拓了新的视野，培养了一个自学的机会和新的能力，使我能力得到了提升。在设计过程中，深入了解了高强螺丝强度校核的步骤，认识到梁截面设计和材料选择的重要性。认识到六角螺栓、螺栓组合原理布置、螺栓尺寸及参数选择在机械连接设计中的重要性，从而有效地保证设备的安全运行。熟悉列车供电箱内各部件的布置设计和分布，熟悉各部件的结构设计，在设计过程中对各部件的设计问题进行适当的调整。国家高速铁路技术水平的高低直接或间接决定了供电箱技术的先进水平，也反映了高速动车组的现代化程度和社会的发展程度。因此，研究和分析高速铁路供电箱对提高动车组使用寿命，降低生产成本具有重要的理论意义和工程应用价值。

参考文献谭照华.解读中国铁路发展史[J].中学政史地,2011(02):18-21.李瑞淳,王马矣.德国高速列车综述[J].国外