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機車變壓器安裝螺栓選型及強度有限元分析

發布於:2020-12-19 18:29
有限元分析

       變壓器作為電力機車的關鍵部件,對機車運營至關重要。機車運行過程中,工況極為複雜,變壓器安裝時應選取合適的螺栓,以保證變壓器在機車運行時保持平穩及緊固。本文對機車變壓器的安裝螺栓進行選型分析,並對其靜強度和疲勞強度進行計算和有限元分析,驗證變壓器的螺栓強度是否滿足設計要求。
       螺栓用於把零部件互相連接起來,防止出現滑動或互相脫開,應可以拆卸。選擇螺栓時需要考慮機車的工作條件,螺栓的強度必須滿足不同載荷情況下的應力要求;對於具有動態或靜態負荷的螺栓連接的功能而言,應存在一定的預緊力,螺栓的擰緊力矩必須保證變壓器在機車運行過程中不發生滑動。螺栓型號可按DIN25201-2-2006-C、TB/T3246.2-2010、Q/CSR52.2-2008等標準進行選擇。變壓器安裝螺栓組的分布及加速度方向如圖所示變壓器的質量為壓器重心在垂直方向上的距離為258mm,螺栓中心與結合麵對稱軸縱向最遠距離為1375+120=1495mm,螺栓中心與結合麵對稱軸橫向最遠距離為730+90=820mm。
       如圖所示,變壓器的安裝螺栓組由分布在4個角上的4個小螺栓組組成,各小螺栓組中各螺栓之間的距離很小,各加速度產生的傾覆力矩對四個螺栓的載荷相近,為簡化計算,認為它們相等,在計算時隻考慮最邊緣的螺栓。采用公式分別計算出縱向和橫向加速度對螺栓的最大載荷。由於垂向加速度向下將增大螺栓的拉力,因此設定螺栓垂向加速度方向向下,縱向加速度方向向右,橫向加速度方向向外。把3個方向的加速度對螺栓的載荷合成,可得螺栓的工作載荷如螺栓結合麵的合力為螺栓殘餘預緊力,殘餘預緊力的計算可以根據公式進行。表列出了各螺栓結采用公式計算螺栓組的摩擦力:F′=576146.26N。橫縱向力的合力小於螺栓組的摩擦力,即F<F′,因此螺栓預緊是安全的,結合麵不會產生相對滑移。從表可知,編號為1~4的螺栓受的工作載荷最大,因此隻針對1~4號螺栓進行強度校核。按EN12663標準校核螺栓強度是滿足要求的。
       通過計算和校核可知,對於所選的機車的變壓器安裝螺栓,在運用載荷和衝擊載荷的作用下,均滿足最大拉應力小於相應許用應力、最大疲勞應力小於相應許用疲勞應力的要求,滿足EN12663標準的要求和安全運用要求。


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