116022 大连机车车辆有限公司技术开发部 辽宁 大连|杨帆



CKD9B型内燃机车燃油箱设计

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摘要：CKD9B机车是大连机车车辆有限公司为新西兰国家铁路研发的内燃机车。本文主要介绍了CKD9B型内燃机车燃油箱的结构设计，重要附件的选型，以及结构强度计算。关键词：燃油箱；钢结构；强度计算；内燃机车

2009年以前，新西兰国内机车均为30年前GE、EMD公司的产品。为了更新换代，对方到我公司进行了多次考察，最终签订供货合同。燃油箱是机车上重要部件，也是整车设计的重点。

燃油箱概述

CKD9B型内燃机车燃油箱的箱体包含蓄电池箱、检修口、燃油液位观察器、加油口和吸油筒等主要部分。容积4630L，用4个螺栓悬挂在机车底架中梁上。

a钢结构

燃油箱主要由上盖板、底板、端板、主力板、横隔板、纵隔板和蓄电池箱盖等组焊而成，结构参见图1。

图1　燃油箱钢结构三维模型

上盖板上面开有塞焊孔，且翻边可以增加箱体的刚度。底板采用压型件，端板上焊接油箱吊座和风缸座。主力板是油箱的主要承载件，油箱及燃油的重量通过它和端板传给油箱螺栓再传到底架中梁上。为了减小运行中燃油晃动对油箱壁的冲击，其中布置有两排纵隔板和 4排横隔板，且隔板中部均开有带翻边的大孔以便燃油流动和检修。

燃油箱左右主立板外侧的前部安装蓄电池箱，每侧有4个；人员可以通过顶盖上的检查孔进入油箱内检修；两边端板上各有一个观察孔盖，用于观察维修；端部设有总风缸固定架；箱体的后端中部设有吸油筒；底部设有清洗口和排油螺堵。

b燃油箱重要附件

①油尺

油箱两侧各有一个小的油尺，在加油口旁边，用于加油的时候观察油位。

②自动加油口

为了与铁路燃油加注设备相匹配，油箱加油口采用和新西兰国内相同的外购件，具有自动加油断油功能。加油时，由操作人员将专用加油管与加油口连接上（螺纹连接），拧紧固定后即可自动进行加油。加满油后，加油口会自动停止加油，操作人员再将连接管取下便可。

③吹气式液体体积测量仪

燃油箱内的液位仪采用吹气式液体体积测量仪。通过一根钢管向油箱里通气，系统根据压力反馈能够计算出油箱里所剩燃油的体积，同时在显示屏幕上输出数值。

c燃油箱箱体及其吊装的强度校核

①计算模型

计算用ANSYS软件进行，燃油箱为空间板壳组合结构，计算时用4点平壳单元模拟。计算约束取在4个油箱吊座处。计算模型中共划分节点53022个，单元52387个。

②箱体计算工况和作用载荷

垂直载荷工况

作用载荷为油箱、燃油、总风缸和蓄电池的自重。此外，燃油自重按线性分布规律，分别按水平方向作用在相应的油箱各纵横外侧立板上。

紧急制动工况

作用载荷为工况（3.2.1）中的全部垂直载荷和各间隔内燃油质量作用于各相应横向立板上的均布纵向惯性力之和，以及总风缸质量作用于油箱端板的纵向惯性力与各蓄电池箱质量作用于其相应横隔板的纵向惯性力之和。

机车蛇行工况

作用载荷为工况（3.2.1）中的全部垂直载荷和各间隔内燃油质量作用于各相应纵向立板上的均布横向惯性力之和，以及总风缸质量作用于油箱端板的横向惯性力与各蓄电池箱质量作用于其相应主立板的横向惯性力之和。

③箱体计算结果

垂直载荷工况

燃油箱的最大应力产生在油箱吊座处，其值为σ= 66.5MPa。

紧急制动工况

燃油箱吊座上的应力最大，其中最大应力产生在油箱后端的吊座上，其值为σ= 199.7MPa。

机车蛇行工况

燃油箱的最大应力产生在靠近油箱端部的主立板上，其值为σ= 141.5MPa。

④油箱吊装

燃油箱通过4个M36的螺栓吊装在底架横梁上，螺栓的强度需要校核。现对垂直载荷工况（螺栓受拉）和紧急制动工况（螺栓受剪切和挤压）进行螺栓强度计算。

垂直载荷工况

紧急制动工况

三种工况下最大应力分别为σ= 66.5MPa（垂直载荷），σ= 199.7MPa（紧急制动）和σ= 141.5MPa（机车蛇行），均远低于其材质的屈服应力σ=345.0MPa。吊装螺栓在垂直载荷工况的拉应力和紧急制动工况的剪应力、挤压应力均分别低于其相应的许用应力。因此，燃油箱及其吊装螺栓的强度足够。

结语

CKD9B型内燃机车燃油箱的结构与功能符合设计规范要求，为了满足燃油箱箱体的强度和刚度要求，我们采用计算机仿真分析来校核与优化设计，从而得到安全可靠的箱体结构。

参考：

［1］周衍柏.理论力学教程.北京：高等教育出版社. 2009.

［2］鲍维千.内燃机车总体及行走部.北京：中国铁道出版社，2007.