中车资阳机车有限公司 四川 资阳
摘要：动车组主要有牵引电机提供动力，牵引电机运行是否可靠与输送的风量有直接的关联，动车运行时，输送到牵引电机的风量要尽可能均匀，本文利用 ANSYS CFX软件对动车车架风道进行了仿真模拟分析，并通过对结构优化改进，确定了合格设计方案。
关键词：风道 仿真分析 优化改进
前言
本次计算对动车组车架风道结构进行调整，减小车架风道阻力、保证车架风道各出风口流入各牵引电机的风量相对均匀，应用ANSYS CFX对车体风道进行流量分配均匀性分析。
基本假设
由于风道仿真与实际的差别，在本次仿真过程中作出如下假设：
1、各牵引电机及其连接软套作为一个整体时，有一固定的流场特性曲线，即风道连接的6套（牵引电机及其连接软套）结构的流场P-Q曲线一定。
2、基于假设1，当6个牵引电机具有相同流量时，其压力也一定相同，因此仿真中假设各风道出口具有相同的压力。
3、当牵引电机流量相近时（变化值<5%），其压力差别很小，可忽略。
4、牵引电机标准压力为118mm水柱，约1156Pa，由于无实际中连接软套压力相关数据，假设连接软套部分压力均为343 Pa，最终车体风道出口压力为1500 Pa。
计算模型
风道及其结构
HD100C动车组在车架中设计两个风道：前风道、后风道，功能如下：
前风道：为机车第1、2、3位牵引电机供风；
后风道：为机车第4动力室供风，5、6、7位牵引电机供风；
根据机车设计图纸建立各风道模型如图1~2所示。图1中，从左到右各电机依次为1位电机、2位电机、3位电机，图2中，从右到左各电机依次为4动力室、5位电机、6位电机、7位电机。
图1 前风道模型图2 后风道模型
计算模型
将风道模型在ANSYS ICEM中离散，得到各风道有限元模型，风道包含73225个节点，367290个单元。
基本参数
通风机体积流量：270 m3/min
牵引电机设计静压：在80m3/min通风量时，静压为118mm水柱。（参考牵引电机文件“(2012)QD字第W046号-CDJD113牵引电机”中，风量与静压关系曲线推导。）
流体计算参数
选用ANSYS CFX中流体：Air at 25 C
浮力模型：无
流域状态：稳态
参考压力：1 [atm]
喘流模型：k epsilon
计算目标
1、风道的各牵引电机通风量要基本一致，以不均匀系数考核，不均匀系数计算方法定义为：同一风道各支口流量最大差值与各支口均值的比值，文中要求不均匀系数≤5%。
分析
分析改进
在分析过程中，由于风道流量分配差值过大，不满足设计要求，进行改进，改进结构描述如下：
前风道原结构中通过移动进风口处隔壁挡板位置来调节出风口风量大小，并且出风口2、3圆弧处改为直角以增加压力，从而使每个出风口出风量均匀。
后风道结构由集气箱式改为独立风道，并且通过移动进风口处隔壁挡板位置来调节出风口风量大小，从而使每个出风口出风量均匀。
图5前风道流线分布图（速度m/s）图6 后风道流线分布图（速度m/s）
结果分析
从前述分析结果统计中，可以得出如下结论：
1、风道在计算工况中，表2数据体现6个牵引电机流量均在87 m3/min左右；
2、表2数据中，前风道流量最大差值为2m3/min，平均值为90 m3/min，得到不均匀系数为2.22%，小于设计规定5%；后风道流量最大差值为3.5m3/min，平均值为85 m3/min，得到不均匀系数为4.12%，小于设计规定5%。风道流量均匀性满足设计要求；
结论
通过对HD100C动车组车架风道进行流体分析，可以得出如下结论：
1、改进后，车体风道通风量为270 m3/min时，前后风道各牵引电机风量均在87 m3/min左右，前风道不均匀系数为2.22%，后风道不均匀系数4.12%，均小于许可值5%，满足设计要求。
2、风道改进后，满足所有设计要求，改进方案可行。
参考文献：
[1] 孙训方，方孝淑，关来泰. 材料力学（）[M]. 胡增强，郭力，江晓禹，修订. 5版. 北京：高等教育出版社，2008.
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[4]《TB/T1335-1996内燃车辆强度设计及试验规范》
[5]《GB 5599-85铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》
[6]《EN 12663铁路设施，铁路车辆本身结构要求》
论文作者:张宸玮
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/11
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