电力机车微机柜三维结构模型图和内部组成图大全

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介绍

随着我国轨道交通行业的快速发展，电力机车司机室内电子设备的安全性和可靠性越来越受到重视。介绍了一种电力机车微型机柜的结构，并对其结构强度和刚度进行了仿真分析，表明机柜结构设计合理。

近年来，我国铁路装备制造业的快速发展，对电力机车内部机柜的结构性能提出了更高的要求。电子设备机械结构随着轨道交通行业的蓬勃发展已形成一门学科。大多是由钣金件折弯、焊接而成。

柜内安装有高密度电子元件。机柜作为承载电子设备的基础结构，具有可靠的强度和刚度，保证设备的正常运行。介绍了微型机柜的结构组成，建立了有限元模型，分析了其强度和刚度，为设备的实际安装提供数据支持。

微柜整体结构设计

微型机柜由主机架、A、B组插箱（6U插箱）、风扇散热装置、焊接散热器等组成。图1和图2是微型柜的三维结构模型图和内部组成图。

图1 微柜3D结构模型图

图2 微型柜内部组成图

1-主机框架、2处A组插件盒、3处风扇散热装置、4处B组插件盒、5处后面板组件、6处散热盖（拆下散热盖即可看到焊接散热器）

微型柜的主框架结构由厚度为2～4mm的优质冷轧薄钢板折弯焊接而成。微型机柜的主要结构参数如下：B组插箱每个重约30kg，风扇冷却装置重约10kg。焊接标准符合《BS-1-2007铁路应用-铁路车辆及其部件的焊接》。

理论基础

弹性力学中圣维南原理的内容是：分布在弹性体上一小块区域（或体积）内的载荷所引起的物体中的应力，基本上只离载荷区域稍远一点。与同一载荷的合力、合力矩有关；载荷的具体分布仅影响载荷作用区域附近的应力分布。还有一个等价的公式：如果载荷作用在弹性体的小面积（或体积）上的合力和合力矩等于0，则应力很小，以至于在a处几乎等于0。放置在远离负载作用区域的地方。

在材料力学中机箱机柜钣金，四大强度理论可以用统一的公式来表达：σr≤[σ]。式中，σr代表计算应力； [σ]表示材料的许用应力。

创建有限元模型

微型柜柜体材质等级为Q235A、Q235A，其技术参数如表1所示。

表1 不同微型柜柜体材料的技术参数

静力分析用于分析和计算结构在承受固定载荷时的响应，包括结构的变形、应力和应变。有限元分析工程包括三个阶段：预处理阶段、求解阶段和后处理阶段。

预处理阶段

(1)有限元模型应适当简化，去除一些不影响整体结构分析的部分。本次分析中从机柜中拆下的部件包括：机柜门板、散热器盖、后面板组件、风扇冷却装置和风扇盖。

⑵ 网格划分过程中，采用六边形网格。最终网格单元数为0，节点数为0。网格划分图如图3所示。

图3 微柜柜体网格划分图

⑶施加约束。

约束条件为微柜箱体底板上四个安装孔处的圆柱面约束（）、径向约束和法向约束，如图4所示。

图4 微型柜柜体底部约束条件图

⑷施加固定负载。

对A、B组卡盒放置的横梁施加75N的压力，对放置风扇冷却装置的横梁施加50N的压力，包括重力加速度-Y方向，如图5所示。

图 5 施加到机柜的约束和固定负载

解决阶段

通过有限元软件求解。

后处理阶段

从微型柜主框架的位移云图（图6）可以看出，柜体变形最小发生在柜体后部和下侧，位移最大发生在中梁处，其中放置一组插件盒。最大位移值为0.23mm，该值较小，可以忽略。

图6 微柜主体框架位移云图

从微柜主框架应力云图（图7）可以看出，柜体固定约束端的长方形孔处出现应力集中。然而，根据圣维南原理，固定约束下的应力值并不可信。

图7 微柜主体框架应力云图

根据结构强度经验，箱体应力最大值应出现在放置插箱的位置。从局部应力云图（图8）可以看出，除固定约束处的应力值外，箱体整体应力值均在附近。其他部位的应力值不超过材料Q235A的屈服强度。在实际应用中，我们只关心一些危险点。只要这些危险点不出现强度问题，我们就认为整个部件没有问题。综上所述，柜体结构设计合理。