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机车变压器安装螺栓选型及强度有限元分析

发布于:2020-12-19 18:29
有限元分析

       变压器作为电力机车的关键部件,对机车运营至关重要。机车运行过程中,工况极为复杂,变压器安装时应选取合适的螺栓,以保证变压器在机车运行时保持平稳及紧固。本文对机车变压器的安装螺栓进行选型分析,并对其静强度和疲劳强度进行计算和有限元分析,验证变压器的螺栓强度是否满足设计要求。
       螺栓用于把零部件互相连接起来,防止出现滑动或互相脱开,应可以拆卸。选择螺栓时需要考虑机车的工作条件,螺栓的强度必须满足不同载荷情况下的应力要求;对于具有动态或静态负荷的螺栓连接的功能而言,应存在一定的预紧力,螺栓的拧紧力矩必须保证变压器在机车运行过程中不发生滑动。螺栓型号可按DIN25201-2-2006-C、TB/T3246.2-2010、Q/CSR52.2-2008等标准进行选择。变压器安装螺栓组的分布及加速度方向如图所示变压器的质量为压器重心在垂直方向上的距离为258mm,螺栓中心与结合面对称轴纵向最远距离为1375+120=1495mm,螺栓中心与结合面对称轴横向最远距离为730+90=820mm。
       如图所示,变压器的安装螺栓组由分布在4个角上的4个小螺栓组组成,各小螺栓组中各螺栓之间的距离很小,各加速度产生的倾覆力矩对四个螺栓的载荷相近,为简化计算,认为它们相等,在计算时只考虑最边缘的螺栓。采用公式分别计算出纵向和横向加速度对螺栓的最大载荷。由于垂向加速度向下将增大螺栓的拉力,因此设定螺栓垂向加速度方向向下,纵向加速度方向向右,横向加速度方向向外。把3个方向的加速度对螺栓的载荷合成,可得螺栓的工作载荷如螺栓结合面的合力为螺栓残余预紧力,残余预紧力的计算可以根据公式进行。表列出了各螺栓结采用公式计算螺栓组的摩擦力:F′=576146.26N。横纵向力的合力小于螺栓组的摩擦力,即F<F′,因此螺栓预紧是安全的,结合面不会产生相对滑移。从表可知,编号为1~4的螺栓受的工作载荷最大,因此只针对1~4号螺栓进行强度校核。按EN12663标准校核螺栓强度是满足要求的。
       通过计算和校核可知,对于所选的机车的变压器安装螺栓,在运用载荷和冲击载荷的作用下,均满足最大拉应力小于相应许用应力、最大疲劳应力小于相应许用疲劳应力的要求,满足EN12663标准的要求和安全运用要求。


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