合同技术要求，分析总体布置，确定底架主要技术参数，如表1所示。

车体上部从前至后依次为Ⅰ端司机室、电气室、动力室、冷却室、辅助室、Ⅱ端司机室。各室之间、室与底架间采用螺栓连接，连接间隙以橡胶条密封，车体断面如图1所示；车体采用底架承载。

3 设计原则

（1）缅甸机车适用于米轨，车辆长宽小，车钩中心与边梁上平面高度差大；中梁应降低对底架空间的占用，避免应力集中；

（2）横梁采用变截面口型梁，并根据柴油机组等重载设备位置合理分布；

（3）能承受纵向不低于120t的压缩载荷。

（4）底架材料以高强度合金钢Q345B为主；次要部位板梁采用耐候钢Q295GNH，型材采用Q235B。

4 底架组成

底架承受横、纵向载荷冲击；并承受设备垂向载荷。采用中梁结构，提高其承载能力，主要由端部、中梁、边梁、旁承梁、横梁及设备安装座、地板等组成。底架2D如图2所示。

地板采用耐候钢，分段铺焊在底架梁柱上方，保证刚度；地板均匀开设漏水孔，避免底架积水锈蚀。

每组旁承梁两侧对称设计4个转向架起吊座，满足车辆整车起吊需要。

枕内对称设架抬车位，为车辆制造、检修及维护提供必要支撑。

4.1 端部组成

端部对称布置在底架两端。上部安装司机室；下部设车钩箱，安装车钩及缓冲装置；端板安装排障器、紧急救援吊座，端部结构如图3所示。

端部两侧对称设计砂箱，每个砂箱达到175kg容砂量，提高车辆不同工况下的牵引、制动性能。

侧板组成分置端部组成两侧，从侧面看，可遮挡端部组成大部分结构，提高车辆的美观性；同时，侧板组成与边梁焊接，还可提高端部强度。

4.2 中梁组成

中梁位于底架中部，并纵向贯穿。中梁由左中梁、右中梁、牵引销座、底板及补强结构等组成。左右中梁为拼焊口型梁，两中梁之间设风道盒，中梁内部设风道，以实现将冷却风机传出的冷却风输送至转向架牵引电机，确保车辆运行安全。

中梁下部设计3组牵引销安装座，安装转向架牵引机构。牵引销座背面设框架式补强结构，提高安装座强度。

中梁组成两端与端部组成连接，上部及两侧分别通过地板、横梁，与边梁连接。底架横断面如图4所示。

4.3 边梁组成

底架两侧对称设计边梁组成，材质为Q345B槽钢，高度160mm，两端带折角，向内收缩；每侧边梁开3个吊车孔，安装吊车筒；枕内对称设计4组抬车座。

4.4 旁承梁组成

缅甸机车采用3组转向架，转向架二系弹簧采用橡胶旁承。每组转向架采用2个橡胶旁承，在底架对应设计3组共6个旁承梁，对称布置。旁承梁主要由腹板、下盖板、隔板及旁承座体组成，结构如图5所示。

旁承梁以底架地板为上盖板，待地板落装后，使旁承梁呈封闭箱型结构，提高强度。

旁承梁一端与边梁连接，另一端与中梁组成连接。

4.5 横梁组成

在边梁与中梁之间，设计横梁，横梁截面为口型，采用变截面形式，以连接边梁和中梁，横梁上开制动、电气管路孔。

5 难点与应对

对比准轨车辆，米轨车辆长宽明显较小，底架强度、设备布置面临诸多困难。

5.1 难点分析

（1）根据总体规划，端部转向架将底架端部纵向跨度限制在不足1200mm范围内，压缩了端部的纵向延伸空间，不利于该部位集中载荷的缓解和分化，见图6。

（2）端部与中梁组成呈两级台阶关系，车钩箱纵向载荷作用中心与边梁上平面存在816mm高度差，根据刚性结构的力学传递特性，端部组成与中梁组成连接的截止端顶部为危险应力高发区；

（3）转向架的撒沙装置放在端部；同时端部制动管路排放密集，见图6，空间紧张；

（4）根据总体规划，转向架牵引电机冷却风传送、电机主线缆及牵引销座补强结构，集中布置，且都与中梁组成有一定重合。

5.2 应对措施

根据以上分析，分别在端部、中梁结构采取针对设计。

（1）车钩箱由腹板组成、防跳板、大挡板和小挡板组成箱型结构，位于端部组成下部。车钩箱箱型结构内侧设从板座、磨耗板，安装钩缓装置，并直接承受纵向牵引载荷。

首先将腹板设计为双层结构，在两层腹板之间，设计补强筋板；腹板与中梁连接，并与中梁腹板位置对应，以增加两者间的连接面积，提高中梁对车钩箱纵向载荷的分担。

其次，在车钩箱向转向架一端设计大端板，吸收纵向载荷；此外，砂箱同时用于强度结构，通过砂箱体等部件，将中梁与边梁连接，使端部形成大截面箱型结构，见图3。

（2）中梁纵向贯穿底架，是底架纵向载荷及弯扭载荷的主要承担者，结合转向架牵引销安装需要，采用高度300mm大高度中梁。

车钩箱与中梁连接截止端，设计过渡结构，见图3，缓解截面突变，避免应力集中。

（3）左右中梁之间设通长底板，中梁底板与中梁腹板、地板形成封闭腔，腔内布设电机主线缆，同时容纳风道盒、牵引销座补强结构，如图7所示，以解决空间争抢问题。

6 计算

底架结构确定后，采用Catia建立3D模型，并用Ansys对其进行有限元分析。

6.1 有限元模型

底架有限元模型以4节点等参薄壳单元为主，并用质量元模拟附加结构质量；模型单元总数为370260，节点总数为348710。有限元模型见图8。

6.2 强度、模态评定

底架所用材料及其性能见表2。

各计算工况下，车体各部件的最大Von- Mises应力均不得大于该部件所用材料的屈服强度。

模态分析要求底架振动频率偏离其他附属设备自振频率，防止产生共振。

6.3 计算工况

根据要求，从以下工况校核底架静强度：

（1）垂直载荷工况；（2）纵向压缩、拉伸工况；（3）整体起吊工况；（4）救援工况；（5）双机牵引工况。并按照空车和整备两种状态对底架进行模态分析。

6.4 结果分析

通过分析，底架静强度结果见表3。

底架一阶垂向弯曲振型云图见图10。

经分析，静强度工况下，底架刚度符合要求，各部件最大应力均小于所用材料屈服极限；结合对比相似车型，底架模态振型合理，能够有效避免与车辆其他设备产生共振。

7 总结

缅甸机车是一种适用于米轨的内燃型碳钢机车，具有车身小，载重及牵引载荷大等特点，采用底架承载；保证底架强度、刚度可靠，具有较大的设计难度。通过采用Catia软件建立底架3D模型，结合Ansys有限元分析，设计并校核了设计底架具有良好的强度、刚度，能够满足客户使用要求。目前，机车已顺利通过首车试验，且首批3辆已完成生产并交付用户。

参考文献：

[1]大连交通大学.出口缅甸机车底架静强度、静刚度报告[R].2015.

[2]严隽耄，傅茂海.车辆工程（第三版）[M].北京：中国铁道出版社，2008.

作者简介：林红（1981-），女，山东烟台人，硕士，工程师，研究方向：机客车车体结构设计。