出口巴基斯坦货车转向架构架静强度与疲劳试验研究

1、商跃进(1969- 男, 河北南皮人, 副教授, 硕士(收稿日期:2003-07-10文章编号:1008-7842(2004 01-0042-02出口巴基斯坦货车转向架构架静强度与疲劳试验研究商跃进, 王红, 李永昶(兰州交通大学机电工程学院, 甘肃兰州730070摘要介绍了出口巴基斯坦货车转向架构架的结构特点, 分别按T B/T 1335-1996规范和AAR -M213-81技术条件对其进行了静强度和疲劳强度试验。试验结果表明, 构架的静强度满足T B/T 1335-1996规定的标准, 疲劳强度满足AAR -M213-80规定的要求。关键词货车, 转向架, 构架, 静强度, 疲劳强度,

2、试验中图分类号:U2701331文献标志码:A1前言每一种转向架问世前都要根据有关规范进行静强度和疲劳强度试验, 以便确定其设计质量和制造质量。眉山车辆厂研制了出口巴基斯坦宽轨铁路的焊接构架式货车转向架, 劳强度, T -19962转向架特点出口巴基斯坦货车向架的焊接构架材料为16Mn , 由1根枕梁和2根横梁组焊而成, 采用弹性常接触旁承和心盘共同承载结构。转向架主要技术参数见表1。表1转向架主要技术参数参数名称参数值轴重G /t 910轮对轴箱装置重P T /t 11534311429转向架质量T /t 41533412垂直静载荷下的弹簧静挠度f j /mm 65一个轴箱上的弹簧总刚度C

3、1/kN mm -1015281固定轴距L /mm 1850轴颈中心距2b 2/mm 2260轮对滚动圆距离2b 1/mm1730旁承距2b /mm 1727构造速度v /km h1003带轴端传动装置。3构架静强度试验311试验依据T B/T 1335-1996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范(以下简称规范。312试验内容根据规范第6, 对构架进行垂直总、3项试验。按以下(见表2 。P垂直总载荷P 等于垂直静载荷P j 与垂直动载荷P dy 之和。P j =2(G -P T (1 式中G 轴重; P T 轮对轴箱装置自重。P dy =K dy 1P j (2其中垂直动荷系数K dy =f j

4、+i式中a =115(簧上部分 ; b =0105; c =01427(簧上部分 ; d =1165(货车 。(2 垂直斜对称载荷Q由规范第61411项得Q =2168L 2C 1+C 2(3式中L 2轴颈中心距; C 1一个轴箱上的弹簧上的总刚度; C 2转向架抵抗垂直斜对称载荷的刚度。(3 侧向载荷侧向载荷包括侧向力引起的旁承上的垂直附加载荷P n 、垂直力P c 和水平载荷H 。P n =2P 2b 2b (4 一个轴箱上垂直附加载荷P f =m 02b 2式中m 0车辆一侧的轴箱数; H k 车体所受侧向力; h 侧向力作用点的位置。第24卷第1期2004年2月铁道机车车辆RAI LW

5、 AYLOC OM OTI VE &C AR V ol 124N o 11Feb 12004P c =P -P n (5为便于试验且偏于安全, 由轮轨作用力引起的水平载荷H 将前后轮对所受水平载荷中的大者的2倍作为构架水平载荷, 水平作用在构架侧梁中央, 另一侧的两个轴向加水平约束。前轮对水平载荷:H 1=Y -2F cos 1, 后轮对水平载荷:H 2=2F cos 2, 导向力Y 及1和2利用静力平衡条件按图1计算 。 图1转向架中间位受力表2构架静强度试验工况试验工况载荷/kN 垂直总载荷1731701916kN 斜对称载荷6128(加载梁作用于2、3位轴箱顶部; 1、4位用支座支承 侧

6、向载垂直力156197心盘中心垂直附加力16183左侧旁承水平力53156侧梁中央(另一侧轴箱加横向约束313测试断面及测点布置参照文献1的有限元分析结果和以往同类焊接构架式转向架在静强度试验时产生较大应力的部位,确定其测点的位置, 测点布置见图2。构架静强度试验应力比较大的测点测试结果列于表3。314试验结果分析由表3可见在垂直总载荷单独作用下, 构架的最大拉应力为5316MPa , 产生在-断面的15测点; 构架的最大压应力为-5318MPa , 产生在-断面的13测点。在侧向载荷单独作用下, 构架的最大拉应力为7617MPa , 产生在-断面的15测点; 构架的最大压应力为-8612MP

7、a , 产生在-断面的10测点。在垂直总载荷和垂直斜对称载荷共同作用下, 构架的最大拉应力为5119MPa , 产生在-断面的19测点; 构架的最大压应力为-5013MPa , 产生在-断面的13测点。在侧向载荷与垂直附加载荷共同作用下, 构架的最大拉应力为7515MPa , 产生在-断面的19测点; 构架的最大压应力为-8915MPa , 产生在-断面的10测点。可见3种试验工况及其可能的组合工况下, 焊接构架各测点的应力均小于规范规定的材料静强度许用应力=216MPa , 该构架的静强度合格。图2构架静强度试验测点布置表3构架静强度试验应力/MPa测点垂垂直斜对称载荷与垂直总载荷组合垂直斜

8、对称载荷与侧向载荷组合435-313-4618-8915-538-2413315-5013-20181947107016419511975151553167617-219501773182043191616512491121184疲劳试验411试验依据AAR -M213-81焊接结构转向架技术条件, 以下简称条件。412试验内容根据条件有关规定, 对构架依次进行侧滚载荷R 、浮沉载荷B 和扭转载荷P 3项试验。侧滚载荷其载荷值为0R ; 浮沉载荷其载荷值为B =0132P 213P ; 扭转载荷其载荷值为02P k 。R =P =(2G -T (6 P k =4(2b 1 C 1+C 2(7

9、按照AAR 标准, 扭转载荷下, 置于弹簧上的构架产生3扭转变形。则z =L tan3。表4巴基斯坦焊接转向架疲劳试验数据试验工况载荷/kN 频率/H z 循环次数/万次加载位置侧滚载荷0132102101715两旁承处交替加载浮沉载荷4212303165105215心盘中心(两旁承各承受2t , 即1916kN 扭转载荷0321835105010加载梁中心(加载梁作用于2、3位轴箱顶部;1、4位支承(下转第53页第1期出口巴基斯坦货车转向架构架静强度与疲劳试验研究43占区段长的44124%, 由于轴箱拉杆橡胶件的老化使机车通过曲线时, 均衡梁不仅承受垂直作用力, 而且,还受横向力的作用, C

10、 0-C 0结构转向架的2、5轴尤为明显, 从表1裂损均衡梁的轴位统计也说明了这一点。(4 运行速度高经过全路几次增吨提速, 机车未做大的改进, 尤其是SS 1等老型机车以接近构造限制速度长期运行, 加速了机车均衡梁等部件的疲劳和裂损。4措施及建议采取无损探伤手段可以发现裂纹, 但由于裂纹的性质、受力的特殊性和裂纹发展的速度很难确定合理的探伤周期, 另外, 受安装结构的限制, 初始裂纹具有隐蔽性, 日常目视检查难以发现, 因此, 采取措施及建议如下。411措施(1 对SS 1机车所有均衡梁进行一次全面普查, 并作为今后日常检查的重点;(2 将SS 1; 换下车, (3 对轮对踏面状态压缩高加强

11、监控, 发现剥离、尺寸不符合段修规程时, 及时消除, 减少振动源。412建议近两年因机车制动、走行部等质量问题引起的事故, 已上升为机务部门行车事故的主要因素之一, 均衡梁一旦彻底裂断极有可能引发行车大事故, 因此建议。(1 修改机车大修规程, 对走行部受力的关键部件如均衡梁、牵引拉杆、单元制动器(或箱体 等在机车大修时全部更新, 减少因走行部部件疲劳裂纹而引发的行车事故, 保证机车运用安全; 裂损最严重的SS 1323机车是2001年11月才做的二次大修(大修后走行128362km , 因此, 很有必要在大修时更新, 同时, 对修改或制定其他机型的检修规程, 亦有借鉴意义。(2 、转向架改为

12、加费构架后, , 应加速对超。3探索不下车无损检测设备的开发, 提高检测手段和检测水平。参考文献1楼修力1韶山1型电力机车M1北京:中国铁道出版社,19871(上接第43页 413试验结果按照条件规定的试验内容进行试验, 各种试验载荷下焊接构架达到了条件的要求, 疲劳试验合格。5结论与建议(1 出口巴基斯坦焊接构架在规范规定的3种试验工况和相应的组合工况下, 各测点的应力均小于规定的材料静强度许用应力, 静强度合格。(2 出口巴基斯坦焊接构架在条件规定的3种疲劳试验工况下, 均达到了规定的试验次数, 且未产生任何裂纹和碎块, 疲劳试验合格。(3 建议在进行静强度试验之前先按规范规定的试验载荷对

13、构架等零部件进行有限元分析, 以便准确确定最大应力的位置, 从而提高静强度试验的可信度。参考文献1兰州交通大学结构强度试验中心1焊接构架有限元分析报告R1200212严隽耄1车辆工程M1北京:中国铁道出版社, 199913兰州交通大学结构强度试验中心1焊接构架静强度与疲劳试验报告R1200214铁道部四方车辆研究所1眉山厂25吨轴重低动力货车转向架疲劳和静强度试验报告R119981Static Strength and F atigue T est R esearch for Frame of T ruckU sed for Freight C ar Exporting to P akista

14、nSH ANG , Yue -jin , WANG Hong , LI Yong -chang(E lectromechanical School of Lanzhou Jiaotong University , G ansu Lanzhou 730070, China Abstract :The features of Frame of T ruck Used for Freight Car Exporting to Pakistan is introduced 1According to the standards of T B/T 1335-1996or AAR -M213-80, the static strength and fatigue test of this frame is com pleted 1The results of the test show that the static strength of this frame ful