新型磁悬浮横向座椅结构设计与分析

摘要：磁悬浮列车是一种新型的轨道交通工具，依靠电磁吸力使列车浮起，使悬浮电磁铁与轨道之间保持一定的气隙而不与轨道接触，列车靠直线电机牵引。文章对磁悬浮车座椅进行结构设计，通过ABAQUS对座椅进行有限元模型的建立，应用有限元分析方法，得出了在各种工况下座椅系统的薄弱环节，并验证该座椅结构是否满足强度要求。

关键词：ABAQUS；横向座椅；有限元；结构设计；磁悬浮列车；轨道交通 文献标识码：A

中图分类号：U272 文章编号：1009-2374（2016）32-0020-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.32.009

1 概述

时速160公里新型磁悬浮列车是一种新型的轨道交通工具，依靠电磁吸力使列车浮起，使悬浮电磁铁与轨道之间保持一定的气隙而不与轨道接触，列车靠直线电机牵引。目前，磁悬浮车对客室设备要求轻量化，此车的座椅布置采用横向及纵向座椅排布，其中横向座椅结构采用了轻量化设计，同时满足车辆的安装环境要求。

2 横向座椅的基本结构

横向二人座椅包括座椅面板、座椅连接架、座椅支腿。座椅面板由座椅框架和座垫及靠垫组成，座垫及靠垫采用聚氨酯发泡外包蒙布的软包结构。座椅连接支架采用钢板折弯结构。座椅支腿采用钢板焊接结构。座椅面板：座椅面板由座椅框架、座垫及靠垫组成，座垫及靠垫采用聚氨酯发泡外包蒙布的软包结构。

3 座椅系统的接口分析

座椅系统的接口分析如下：（1）座椅支架与车体侧墙的接口：主要将滑块螺栓连接到转接方梁，转接方梁通过螺栓连接到支架上；（2）座椅支腿与地板的连接接口：通过螺栓连接到地板补强板上。

4 座椅部件分析

座椅方梁：采用6005-T6铝型材材质；座椅支架：采用Q235B碳钢焊接结构；座椅支腿：采用Q235B碳钢焊接结构。具体如图2所示：

5 座椅强度分析

其中，计算应力是部件在当前工况下的最大等效应力。

铝合金板材的力学性能来自《一般工业用铝及铝合金板、带材第二部分：力学性能》（GB/T 3880），铝合金型材的力学性能遵循《一般工业用铝及铝合金挤压型材》（GB/T 6892-2006）。钢制件力学性能来自《碳素结构钢》（GB/T 700-2006）。

6 座椅有限元模型建立

模型中忽略了较小的圆角、倒角等细节，忽略这些元素基本不会对所关心的计算结果产生较大影响，但是可以减小计算量。模型中圆角、滑块等采用六面体实体单元划分，螺栓采用梁单元划分，其余部分采用的是壳单元。整个模型的单元数和节点数分别为405897、319349。离散后的座椅结构有限元模型如图3：

7 边界条件及载荷

横向二人座椅边界条件：在座椅支腿及座椅支架与车体连接的部位采用全约束，如图4座椅结构载荷工况

所示。

工况1：每个靠背顶部施加1500N，如图5中的F1；工况2：每个坐垫前端施加1500N竖直向下的力，如图5中的F2；工况3：扶手施加800N水平向后的力，如图5中的F3；工况4：扶手施加800N水平向前的力，如图5中的F4；工况5：扶手施加：750N水平向外的力，如图5中的F5。

8 计算结果

8.1 位移云图

座椅的最大位移量为30.97毫米；座椅的最大位移量为2.95毫米；座椅的最大位移量为31.56毫米；座椅的最大位移量为31.69毫米；座椅的最大位移量为10.6毫米。

8.2 等效应力图

工况1：经分析发现最大应力发生在支腿位置，滑块最大应力为169.7MPa。

工况2：经分析发现最大应力发生在支腿位置，滑块最大应力为93.92MPa。

工况3：经分析发现最大应力发生在滑块位置，滑块最大应力为159.6MPa。

工况4：经分析发现最大应力发生在滑块位置，滑块的最大应力为162.1MPa。

工况5：经分析发现最大应力发生在滑块位置，滑块的最大应力为177.5MPa。

8.3 应力分析结果表

通过各种工况下，座椅应力云图的显示结果发现，不同工况下，座椅不同部位的应力大小不同，具体见表1：

9 结语

在给定边界条件和载荷工况条件下：（1）座椅骨架的最大位移为31.69毫米。由于应力值没有超过屈服极限，所以为弹性变形，不会发生塑性变形；（2）座椅的最大等效应力为177.5MPa，发生在滑块上。座椅结构中的主要部件的安全系数高于EN12663标准中规定的S1和S2，因此座椅主要部件强度合格。

参考文献

[1] 曾青中，韩增盛.城市轨道交通车辆[M].成都：西南交通大学出版社，2009.

[2] 陈群.地铁车辆纵向客室座椅设计[J].技术研发，2012，（11）.

[3] 曹鹏彬，潘小雨，张克姝，于宝成，周宁波.地铁座椅结构分析与轻量化优化方法[J].武汉工程大学学报，2013，（6）.

[4] 张中，于宝成，陆云.基于ANSYS轻量化客室车座椅的有限元分析[J].武汉工程大学学报，2013，（5）.

作者简介：张爱华，女，中车唐山机车车辆有限公司助理工程师，工学硕士，研究方向：地铁城轨车辆车内设备的研发设计。