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[摘要]：主要介绍CKD6B型机车车体底架各组成部分的结构特点，通过ANSYS软件对底架进行了有限元模态分析，证明该车型底架强度、刚度满足使用要求。
[关键词]：底架 结构 强度 刚度 结构分析
中图分类号：V214.1 文献标识码：V 文章编号：1009-914X（2012）10- 0005–01
1、前言
CKD6B型机车主传动采用交-直流电传动，电气控制采用车载微机，动力装置为6240ZJD型柴油机，最大运用功率为1000kW。
机车车体为外廊式底架承载单司机室结构，主要由司机室、各机械间、底架、排障器和牵引缓冲装置等几部分组成。针对机车的运行条件，我们对其底架进行了科学的设计与分析计算。
2、参数与结构
2.1主要参数
车体总重量 29t
底架总重量 18t
两端部端面距离 15700mm
底架宽度 3100mm
前后牵引点距离 8600mm
底架上平面距轨面高度 1700mm
2.2基本结构
底架主要承担机车上部设备的垂直载荷及机车牵引和制动所产成的纵向牵引力和压缩力。底架由中梁、端部、柴油机梁、牵引横梁、横梁、前后风道、底架盖板及附件等组成。
2.2.1端部装配
端部装配采用板式焊接结构，由中部牵引梁、救援吊座、上下盖板、端板、加强围板等组成。端部左右各设有上下车的侧梯，并在其侧板上加装了走台灯，避免光线昏暗时走空。
2.2.2中梁装配
机车垂直载荷、纵向牵引力及压缩力主要作用在两根中梁上。中梁采用箱式焊接结构，由上下盖板和左右腹板组成，腔内每隔约1m焊有加强板；根据机车结构要求，两根中梁上共装有4个旁承座。
2.2.3柴油机座梁装配
柴油机梁装配采用凹形焊接结构，由两根柴油机座梁、连接纵梁、主发电机安装座、腹板等组成，并在两端低点处加设排污槽及滤网结构。为保证主发电机的进风量，在腹板处加开长方孔作为主要进风口。
2.2.4牵引横梁装配
根据轴式B0-B0机车特点，底架前后在距中心线4300mm处各设置一处牵引横梁。牵引横梁采用箱型焊接结构，装有牵引销座板，其下端与牵引销连接，通过牵引销实现转向架与车体的连接，从而传递机车纵向牵引力和制动力。
2.2.5横梁装配
底架上在距离前后牵引梁装配1830mm处各设有一个横梁装配，与中梁、前后端部的牵引梁组焊在一起，承担部分由端部牵引梁传来的纵向载荷；并承担司机室和辅助间设备产生的垂向载荷，加强底架总体强度。
2.2.6其它装配
除了以上介绍的装配，在相应位置设置了前后风道、各种吊座、安装架、排污槽、减震器等设施，为其它结构提供辅助功能；并在盖板受力和振动较大部位加焊加强梁，提高底架整体强度。
3、 底架强度和刚度计算
3.1计算模型
为了精细校核底架的强度，将底架上所有的梁、板都按壳单元划分网格进行离散，因此计算模型是一个空间薄壳单元。所划壳单元的边长约为50mm。整个计算模型中共划分85070节点，87204个壳单元。
3.2计算工况与载荷
3.2.1垂直载荷工况
作用载荷主要包括柴油机、燃油箱、电气设备、蓄电池、制动装置、冷却装置等车上设备重量、车体自重以及各管、线等分布载荷。
约束点为4个旁承座。
考虑机车运行时所产生的振动对强度的影响，所有垂直载荷均需乘动载系数kd，取kd=1.3。
3.2.2压缩工况
作用载荷：（1）相向作用于底架两端牵引梁内从板座处的1470kN纵向压缩力。（2）垂直载荷工况的全部垂直载荷。全部垂直载荷需乘动载系数kd，取kd=1.3。
约束点同上。
3.2.3拉伸工况
作用载荷：（1）计算载荷为作用于底架两端牵引梁外从板座处的、相互拉伸的1177kN纵向拉伸力。（2）垂直载荷工况的全部垂直载荷。全部垂直载荷需乘动载系数kd，取kd=1.3。
约束点同上。
3.2.4牵引工况
作用载荷：（1）向前分别作用于前、后牵引横梁下部牵引销上的1/2起动牵引力P=152.5kN。（2）向后作用于后牵引梁外从板座上的被牵引列车反作用力315 kN。（3）前后横向减震器分别作用于其相应的座上的7.85kN横向力。（4） 垂直载荷工况的全部垂直载荷。全部垂直载荷需乘动载系数kd，取kd=1.3。
约束点同上。
3.2.5救援工况
作用载荷为垂直载荷工况的全部垂直载荷和脱轨的后转向架重量。
约束点共4个：前转向架处约束2个旁承座下面的橡胶堆下平面，车体后部的约束移到后端部的两个救援座处。
3.2.6整体起吊工况
作用载荷为垂直载荷工况中的全部垂直载荷和两个转向架的总重量。
约束点为4个吊座。
3.3计算结果
3.3.1垂直载荷工况
此工况下底架的最大下挠产生在其中部，Wmax=-4.71mm。
此工况下底架的最大应力产生在中梁与牵引梁腹板相交的应力集中处，σmax =137.0MPa。
3.3.2压缩工况
压缩工况下底架的最大下挠产生在端部，Wmax=-21.41mm。底架中部的下挠为-3.1mm。
压缩工况下底架的最大应力产生在牵引梁尾部，σmax =328.1MPa。
3.3.3拉伸工况
拉伸工况下底架的最大下挠产生在底架中部，Wmax=-11.65mm。底架端部的最大上挠为W=23.28mm。
拉伸工况下底架的最大应力产生在牵引梁尾部σmax =266.1MPa。
3.3.4牵引工况
牵引工况下底架的最大下挠产生在底架中部，Wmax=-7.18mm。牵引工况下底架的最大上挠产生在底架端部，W=8.975mm。
牵引工况下底架的最大应力产生在牵引横梁中电气走线的矩形孔处，σmax =209.1MPa。
3.3.5救援工况
救援工况下底架的最大下挠产生靠近Ⅰ端中梁的鱼腹处，Wmax=-22.37mm。
救援工况下底架的最大应力产生在Ⅰ端中梁鱼腹过渡开始部位，σmax =274.7MPa。
3.3.6整体起吊工况
此工况下底架最大下挠产生在柴油机座梁中部，Wmax=-4.16mm。底架中梁中部的最大下挠为W=-3.23mm。
此工况下底架的最大应力产生在边梁起吊座的吊筒后平面与纵向肋板相连处，σmax =129.4MPa。
4、计算结论
4.1底架刚度校核
车体刚度判据为：垂直载荷工况下的底架中梁中部最大下挠与转向架中心距的比值小于1/1500。对CKD6B型机车车体而言，这个比值为4.71/8600。因此，底架刚度满足使用要求。
4.2底架强度校核
底架上所有的梁的材质均为Q345E，其屈服点为345 MPa。因此对垂直载荷工况和牵引工况，许用应力为[σ]=215.6 MPa；对其他工况，许用应力为[σ]=345 MPa。盖板材质为Q235，其屈服点为235MPa。对垂直载荷工況和牵引工况，许用应力为[σ]=146.9 MPa；对其他工况，许用应力为[σ]=235MPa。
由计算结果可知， 6个工况最大应力产生部位的材质均为Q345E，因而各最大应力均小于该工况的许用应力；各工况底架盖板的最大应力均不高，都低于相应的许用应力。因此，底架强度满足使用要求。
5、结束语
CKD6B型机车是我公司首次出口到印度的外走廊、交-直流电传动内燃机车。车体结构在性能稳定的GKD1A型机车的基础上，进行了优化性和针对性的设计；并通过实验的检验和计算分析，证实了机车在运行时结构的可靠性，满足客户的使用要求。
参 考 文 献：
[1] 缪炳荣，肖守讷.机车车体结构模态的有限元分析.机械与电子.2002（5）.
[关键词]：底架 结构 强度 刚度 结构分析
中图分类号：V214.1 文献标识码：V 文章编号：1009-914X（2012）10- 0005–01
1、前言
CKD6B型机车主传动采用交-直流电传动，电气控制采用车载微机，动力装置为6240ZJD型柴油机，最大运用功率为1000kW。
机车车体为外廊式底架承载单司机室结构，主要由司机室、各机械间、底架、排障器和牵引缓冲装置等几部分组成。针对机车的运行条件，我们对其底架进行了科学的设计与分析计算。
2、参数与结构
2.1主要参数
车体总重量 29t
底架总重量 18t
两端部端面距离 15700mm
底架宽度 3100mm
前后牵引点距离 8600mm
底架上平面距轨面高度 1700mm
2.2基本结构
底架主要承担机车上部设备的垂直载荷及机车牵引和制动所产成的纵向牵引力和压缩力。底架由中梁、端部、柴油机梁、牵引横梁、横梁、前后风道、底架盖板及附件等组成。
2.2.1端部装配
端部装配采用板式焊接结构，由中部牵引梁、救援吊座、上下盖板、端板、加强围板等组成。端部左右各设有上下车的侧梯，并在其侧板上加装了走台灯，避免光线昏暗时走空。
2.2.2中梁装配
机车垂直载荷、纵向牵引力及压缩力主要作用在两根中梁上。中梁采用箱式焊接结构，由上下盖板和左右腹板组成，腔内每隔约1m焊有加强板；根据机车结构要求，两根中梁上共装有4个旁承座。
2.2.3柴油机座梁装配
柴油机梁装配采用凹形焊接结构，由两根柴油机座梁、连接纵梁、主发电机安装座、腹板等组成，并在两端低点处加设排污槽及滤网结构。为保证主发电机的进风量，在腹板处加开长方孔作为主要进风口。
2.2.4牵引横梁装配
根据轴式B0-B0机车特点，底架前后在距中心线4300mm处各设置一处牵引横梁。牵引横梁采用箱型焊接结构，装有牵引销座板，其下端与牵引销连接，通过牵引销实现转向架与车体的连接，从而传递机车纵向牵引力和制动力。
2.2.5横梁装配
底架上在距离前后牵引梁装配1830mm处各设有一个横梁装配，与中梁、前后端部的牵引梁组焊在一起，承担部分由端部牵引梁传来的纵向载荷；并承担司机室和辅助间设备产生的垂向载荷，加强底架总体强度。
2.2.6其它装配
除了以上介绍的装配，在相应位置设置了前后风道、各种吊座、安装架、排污槽、减震器等设施，为其它结构提供辅助功能；并在盖板受力和振动较大部位加焊加强梁，提高底架整体强度。
3、 底架强度和刚度计算
3.1计算模型
为了精细校核底架的强度，将底架上所有的梁、板都按壳单元划分网格进行离散，因此计算模型是一个空间薄壳单元。所划壳单元的边长约为50mm。整个计算模型中共划分85070节点，87204个壳单元。
3.2计算工况与载荷
3.2.1垂直载荷工况
作用载荷主要包括柴油机、燃油箱、电气设备、蓄电池、制动装置、冷却装置等车上设备重量、车体自重以及各管、线等分布载荷。
约束点为4个旁承座。
考虑机车运行时所产生的振动对强度的影响，所有垂直载荷均需乘动载系数kd，取kd=1.3。
3.2.2压缩工况
作用载荷：（1）相向作用于底架两端牵引梁内从板座处的1470kN纵向压缩力。（2）垂直载荷工况的全部垂直载荷。全部垂直载荷需乘动载系数kd，取kd=1.3。
约束点同上。
3.2.3拉伸工况
作用载荷：（1）计算载荷为作用于底架两端牵引梁外从板座处的、相互拉伸的1177kN纵向拉伸力。（2）垂直载荷工况的全部垂直载荷。全部垂直载荷需乘动载系数kd，取kd=1.3。
约束点同上。
3.2.4牵引工况
作用载荷：（1）向前分别作用于前、后牵引横梁下部牵引销上的1/2起动牵引力P=152.5kN。（2）向后作用于后牵引梁外从板座上的被牵引列车反作用力315 kN。（3）前后横向减震器分别作用于其相应的座上的7.85kN横向力。（4） 垂直载荷工况的全部垂直载荷。全部垂直载荷需乘动载系数kd，取kd=1.3。
约束点同上。
3.2.5救援工况
作用载荷为垂直载荷工况的全部垂直载荷和脱轨的后转向架重量。
约束点共4个：前转向架处约束2个旁承座下面的橡胶堆下平面，车体后部的约束移到后端部的两个救援座处。
3.2.6整体起吊工况
作用载荷为垂直载荷工况中的全部垂直载荷和两个转向架的总重量。
约束点为4个吊座。
3.3计算结果
3.3.1垂直载荷工况
此工况下底架的最大下挠产生在其中部，Wmax=-4.71mm。
此工况下底架的最大应力产生在中梁与牵引梁腹板相交的应力集中处，σmax =137.0MPa。
3.3.2压缩工况
压缩工况下底架的最大下挠产生在端部，Wmax=-21.41mm。底架中部的下挠为-3.1mm。
压缩工况下底架的最大应力产生在牵引梁尾部，σmax =328.1MPa。
3.3.3拉伸工况
拉伸工况下底架的最大下挠产生在底架中部，Wmax=-11.65mm。底架端部的最大上挠为W=23.28mm。
拉伸工况下底架的最大应力产生在牵引梁尾部σmax =266.1MPa。
3.3.4牵引工况
牵引工况下底架的最大下挠产生在底架中部，Wmax=-7.18mm。牵引工况下底架的最大上挠产生在底架端部，W=8.975mm。
牵引工况下底架的最大应力产生在牵引横梁中电气走线的矩形孔处，σmax =209.1MPa。
3.3.5救援工况
救援工况下底架的最大下挠产生靠近Ⅰ端中梁的鱼腹处，Wmax=-22.37mm。
救援工况下底架的最大应力产生在Ⅰ端中梁鱼腹过渡开始部位，σmax =274.7MPa。
3.3.6整体起吊工况
此工况下底架最大下挠产生在柴油机座梁中部，Wmax=-4.16mm。底架中梁中部的最大下挠为W=-3.23mm。
此工况下底架的最大应力产生在边梁起吊座的吊筒后平面与纵向肋板相连处，σmax =129.4MPa。
4、计算结论
4.1底架刚度校核
车体刚度判据为：垂直载荷工况下的底架中梁中部最大下挠与转向架中心距的比值小于1/1500。对CKD6B型机车车体而言，这个比值为4.71/8600。因此，底架刚度满足使用要求。
4.2底架强度校核
底架上所有的梁的材质均为Q345E，其屈服点为345 MPa。因此对垂直载荷工况和牵引工况，许用应力为[σ]=215.6 MPa；对其他工况，许用应力为[σ]=345 MPa。盖板材质为Q235，其屈服点为235MPa。对垂直载荷工況和牵引工况，许用应力为[σ]=146.9 MPa；对其他工况，许用应力为[σ]=235MPa。
由计算结果可知， 6个工况最大应力产生部位的材质均为Q345E，因而各最大应力均小于该工况的许用应力；各工况底架盖板的最大应力均不高，都低于相应的许用应力。因此，底架强度满足使用要求。
5、结束语
CKD6B型机车是我公司首次出口到印度的外走廊、交-直流电传动内燃机车。车体结构在性能稳定的GKD1A型机车的基础上，进行了优化性和针对性的设计；并通过实验的检验和计算分析，证实了机车在运行时结构的可靠性，满足客户的使用要求。
参 考 文 献：
[1] 缪炳荣，肖守讷.机车车体结构模态的有限元分析.机械与电子.2002（5）.