UIC615-4-2003-20OR-20转向架构架结构强度试验规程

UIC标准615-42003年2月第2版翻译OR移动动力装置——转向架和走行装置——转向架构架结构强度试验国际铁路联盟本活页所属卷类：第Ⅴ——铁道车辆第Ⅵ——牵引第Ⅷ——技术要求应用从1994年1月1日起在国际铁路联盟所有成员中正式生效更新记录1994年1月第1版第1次发布2003年2月第2版在佛莱姆马克重新印刷·该活页责任人姓名已写入该 UIC规程中。目录概述.......................................................................................................................................................11.导言..................................................................................................................................................22.一般条件..........................................................................................................................................3.施加有特殊载荷的静态试验 43.1施加负载定义..........................................................................................................................43试.2验程序和获得的结果..........................................................................................................44.模拟工作中主要负载的静态试验 54.1施加负载定义..........................................................................................................................54试.2验程序..................................................................................................................................54.3获得的结果..............................................................................................................................6模5.拟工作中特殊负载的静态试验..................................................................................................75.1施加负载的定义......................................................................................................................75试.2验程序..................................................................................................................................85.3得到的结果...............................................................................................................................8疲6.劳试验..........................................................................................................................................96.1试验条件..................................................................................................................................96.2施加负载的定义......................................................................................................................96试.3验程序..................................................................................................................................96.4获得的结果..............................................................................................................................11疲7.劳强度的评估..............................................................................................................................12附录A静态试验时所加力示意图....................................................................................................13附录B疲劳试验时所施加力相对时间变化示意图........................................................................14附录C疲劳试验阶段的定义............................................................................................................15文献目录...............................................................................................................................................16概述本活页是对电动转向架进行技术评审的一个组成部分。它介绍了为了鉴定转向架构架承受工作负载能力而作的各种试验。导言本活页是一系列关于到电动转向架进行技术审查方面的规定之一。它还包括了UIC活页615-0，615-1，615-3，615-4和615-5（参见原文16文献目录）。它介绍了鉴定转向架构架承受工作负载能力用的各种试验台试验。要进行以下4组试验：-静态试验，采用特殊负载这些试验是用来评价在几种最大工作负载联合作用下，转向架构架会不会产生永久变形。-模拟工作时主要负载的静态试验这些试验是用来评价在几种主要工作负载联合作用下，（垂直和横向力，线路扭曲作用）转向架会不会产生永久性疲劳裂纹。静态试验，模拟工作中特殊负载这些试验是用来评价在转向架各部件（电动机、减振器、防侧滚扭杆）重复应力作用下和车辆通过小曲率半径时转向架是否会产生局部疲劳裂纹。 一、疲劳试验这些试验是用来评估整个转向架工作寿命的，评估转向架安全性大小以及薄弱部位的。这些项目指标都是使用静态试验无法检测到的。因此它们应当在作完静态试验后再进行。考虑到用户现有试验设备的能力，这些试验我们只是作为建议提出。本规定中引用的试验时采用的作用力值尚缺少强有力的经验支持，因此我们只把它作为一个暂用值。一般条件所作试验表明，试验的转向架构架完全符合其设计图纸规定，并且均是采用其批量生产一样的工艺方法制造出来的。我们建议，在进行转向架静态试验时，应当把其悬挂装置安装到它上面，如果有必要，还要装上牵引电机。由于现场的一些原因，在进行疲劳试验时采用上述安排常常是不可能的，因此在安排这些试验所用的试验装置时需要仔细地斟酌。试验时采用的试验装置产生的转向架变形应当尽可能和我们在转向架正常工作时产生的变形一样。另外要特别注意，分布在几个中间连接件（销轴、弹簧、止挡等）上的那些作用力的传递特点。对于产生最大应力的部位的应力要使用应变计测量下来。-对于那些已知道主应力方向的那些部位，要使用不定向应变片。-对于已知应力作用主要方向的部位使用双向应变片。-除上述以外场合，匀采用三方向（应变组合片）应变仪。应变仪的活动工作部分不得超过6mm。这些应变片的粘贴位置应当根据有限元分析法，由有经验的专业人员来确定。如果有必要，可使用可指示应变的油漆或其它合适的方法来实施初步试验。标记和负载定义：nb=转向架数目ne=每个转向架轮对数量m+(kg=转向架自重mv(kg=不同运行级别（如果有必要，应带上燃料和水负载物）的车辆自重。对于线载客车辆，试验负载应当按 UIC活页566（参见原文第16页文献目录）规定计算。c1:-80kg/座席a（1个旅客）在走廊和通过台b应按每平方米站立个旅客行李间按300kg/m2来计算c2:-1个旅客按80kg/座席a在走廊和通过台c按2个旅客/m2-在行李间按300kg/m2来计算a.市郊车1个旅客按70kg。b.根据车辆用途不同，最多可增加到10人。c.根据车辆服务类型，最多可增加到4人。使用特殊载荷的静态试验3.1施加负载规定（参见原文第13页附件A图）每个转向架所施加的垂向负载（对于每个侧量中的一个）mncm(n2g4.1N(FN(Fb1vbmax2zmax1z+-+=-每个转向架上施加的横向负载??????++=be1v4maxynn3gcm(102F-使转向架产生翘曲。这个翘曲应当是其某个车轮 100%不再承载时转向架本身产生的，这样做的目的在于模拟转向架出轨情景。 NB：在这个使用异常负载的试验步骤中没有模拟纵向力。对于具有3个轮对的转向架（ne=3），我们假定其中央那个轮对没有参与横向力的传递。3.在异常场合，系数1.4可以增加到2，即此时的工作条件被视为特殊情况时。3.2试验程序和获得的结果实施这个试验要分二步走：初始试验。这时所用的负载应当等于最大负载值的一半，做这个试验目的是确认当转向架在接受全负载试验时不会有太大的问题发生。全负载试验。进行这个试验过程中不得导致转向架上任何一点的变形超过了其弹性极限或者在撤掉试验负载后使其产生永久变形。在此试验中不能模拟作用于转向架上的惯性力。因此，作用在二系悬挂上的横向力要平衡掉作用在车轮范围内的力一般来说过于巨大，如果位于二系横向悬挂上的某些部件在试验过程中其变形超过了其弹性极限，则还要对这样的部件再次进行这个试验，但使用的横向作用力将减小到原来的一半。模拟工作中主要负载作用的静态试验4.1作用载荷定义（参见原文第13页附件A）-垂向力：垂向作用力Fz1和FZ2作用在转向架纵向侧梁上，其定义如 4.2项表中所示，即mnc2.1m(n2gN(Fb2vbz+-+=每个转向架上的横向作用力：Fy（N）＝0.５（Fz＋0.5m+g）-转向架的翘曲度和车轮轮缘处线路水平不平顺为 5‰（tracktwist）相对应。4.2试验程序该试验台应当能够把负载施加到转向架上的某些部位。当模拟这些悬挂和转向架/车体/连接件的行为和有关自由度时，在这些地方就会产生它们工作时的负载。我们把转向架的这个初始状态（测量仪表指示为零）规定为不带牵引电机的转向架构架状态。在转向上安装牵引电机之后，转向架就要承受各种加载组合，试验时要顺序模拟：-由车体垂向运动（沉浮运动）引起的垂向力变化，它由垂向力的百分数 β来代表：βFZ。-由于车体的滚动引起的垂向力的变化，它由垂向力的百分数 α来表示：αFZ。一般来说，就欧铁路正常工作条件来看：α=0.1 β=0.2如果所知道的线路质量非常差，或者假如车辆工作在超高非常不足的线路上，则这些值可以取得更大一些。注意：对于牵引电动机惯性所导致的动力学负载，我们将在后边第5项中加以说明。应连续施加的不同负载组合如下表所示：每一个侧梁上的垂向力 负载情况Fz1Fz2作用在转向架上的横向力装有牵引电机zFz0α-βFz(1-α-βFz0-βαFz(1-α-βFz+Fy-βαFz(1-α+βFz0-βαFz(1-α+βFz+Fyα-βFz(1+-βαFz0-βαFz(1+-βαFz-Fyα+βFz(1+α+βFz0α+βFz(1+α+βFz-Fy表中所示试验做完后，在选加线路扭曲不平顺的情况重复做负载

no3，5，7和9试验。试验时引入线路不平顺条件，不应当改变垂向作用力的总和。

NB

：负载2，4，6和

8场合仅用于评估横向力的影响

4.3得到的结果在每个测量点上，对于施加第5页4.2项规定的负载组合所引起的应力都应当记录下来。根据这些值，求解最小值σmin和最大值σmax，以便确定：22minmaxmaxminave σ-σσΔσ+σ=σ和应当遵守的极限应力在有关资料中已经给出，这些资料是根据 B12RP17报告附件6所给出的古德曼-史密斯（Goodman-Smith）图之类的现已掌握的知识导出来的。但是，在计划要做疲劳试验场合，并且也只有在这种场合，在不多的测量点上的应力值可以超过这些极限应力，最多可达20%。对于这些高应力点，在以后的疲劳试验过程中一定要特别注意，重点监视。如果在试验时，位于二系横向悬挂上边的转向架部件由于横向力的作用，其应力值超过其弹性极限20%，则要对这样的部件再重新进行上述试验。但试验时应将横向作用力减半，就像原文第4页3.2条所介绍的那样。模拟工作中特殊负载的静态试验5.1施加负载的定义进行这些试验时所模拟的作用力大部分和转向架的专用设计特点和转向架的工作用途有关（牵引制动）。因此，想通过本活页就把所有的试验都规定得十分完全是不可能的。但是可以对当前运营在欧洲干线铁路上的常用标准转向架的试验方法作出规定。5.1.1牵引电动机和牵引力传递应用下列方法可以模拟牵引电机和传动装置惯性产生的动力学作用：-通过中央传动装置的安装点：交替地使作用力等于0.21倍的电动机重量。施力于悬挂架上的安装点：交替地使作用力等于安装在悬挂架上这些元件自重再乘以三。不管这些作用力是怎样组合的，都要逐个组合地进行试验。5.1.2电力牵引/制动设备试验时模拟作用在构架上的驱动的作用力将被施加到轴箱上。试验时模拟电动机反转矩的作用力将被施加到转向架上的支承上。5.1.3空气制动设备模拟转向架构架上的制动设备作用的作用力将被施加到它们在制动工作时经常发生的转向架部位（即对车轮使用闸瓦压紧所产生的作用力或者通过闸垫片施加在制动盘上的作用力）。所使用的这些作用力的值应当是与这些空气制动设备工作时产生的最大制动作用相对应的力。5.1.4减振器试验时在转向架安装减振器的位置施加1.5FA大小的力（防侧滚、防垂向、横向或纵向振动）。FA等于转向架疲劳试验时得的力的数值。一般说来这个值与在车辆以额定速度运转时减振器所产生的阻尼力相当。1这个值可能太低，以后可以规定得再精确一些。5.1.5防侧滚扭杆如果进行原文第5页第4条所规定的试验时无法安装防侧滚扭杆（例如当转向架装有二系空气悬挂时）就要进行一个专门试验。在实施这个试验时，应当把这些杆件连接到试验台的横向结构件上，然后首先使试验台横向结构件朝一侧倾斜，然后再向另外一侧倾斜，每次倾斜的角度都应超过与这些扭杆平时工作值对应的角度值（大约20毫弧度）。5.1.6纵向力这些纵向力包括由于车体滚摆和车辆在通过小曲率半径线路时轨道对轮对产生的作用力引起的纵向力。对于传统的无轮对径向调节机构的转向架，这个纵向力的值典型的数值为：??????+=+gmFFzx21.0注意：利用试验台，其它轮对或是利用作为支承点的转向架构架均可以施加力Fx。5.2试验程序试验时，在任何负载组合场合，首先应当向转向架每个纵向结构元件施加垂向负载Fz，然后记录下4个车轮（Q11，Q12，Q21和Q22）的垂向反力。然后再施加前边章节中所描述的力，先在一个方向上施加，然后再在另一方向施加，同时要核对一下这两个反作用力的总和（ Q11+Q12+Q21+Q22）是否保持不变。按照上述试验方法，在每个应变测量点可以获得三个值。根据这三个值，我们求出其中最大值和最小值，然后求解σ平均和Δσ。5.3获得的结果对于上述试验中的每一种试验，应当注意以下两种情况：对于那些在实施模拟工作时主要负载试验时测量记录仅显示出其应力相当低的部位，就可以断定由于试验时特定负载所产生的应力是低于其限界值的。对于那些实施原文第5页第4项所规定的试验时测量记录显示存在着相当大应力的部位，将把所获得这些应力迭加起来，然后再判断它是否超过了限界值。疲劳试验6.1试验条件疲劳试验将在下列条件下实施：在不拆除驱动装置（牵引电动机和传动装置）的条件下，对整个完整的转向架构架，应当可以施加试验作用力。或者在驱动装置无助于提高构架强度时，只有在这种情况下，才可以拆下这个驱动装置。6.2施加负载的定义垂向力（每个构架侧梁）·静态构件：FZS1=FZS2=FZ（和原文第5页4.1项取同样的值） ·准静态构件（模拟曲线上运行）：Fzq1=-Fzq2=±α.F（Z参见4.1项）·动力学构件（模拟车体振动）：Fzd1=Fzd2=±β.F（Z参见4.1项）-横向力（每个转向架） ·准静态构件：Fyq=0±.25.(Fz+0.5m+.g动力学构·件：Fyd=0±.25.(Fz+0.5m+.g此时转向架构架翘曲度和转向架再加上它的悬挂装置一块承受线路不平顺tracktwist）为5‰的作用相对应。6.3试验方法这些试验应当在试验台上进行。这种试验台应当允许把试验负载施加到它们在工作时影响的地方，而且与此同时，试验台还要正确地模拟出其悬挂装置和转向架/车体连接件的行为和自由摆动角度。6.3.1准静态和动力学负载这些试验包括交替地轮流实施准静态和动力学负载组合，这种组合代表了转向架通过右曲线和左曲线运转情形。如果在实施原文第 5页4.1项所规定的静态试验时，测量记录表明线路不平顺仅在转向架局部区域引发了应力。在那些部位垂向和横向力产生的应力很小。在这种情况下，在只施加垂向和横向作用力时实施第1阶段疲劳试验。在这种情况，试验时垂向和横向准静态和动力学作用力随时间变化情形如原文第14页附件B的曲线图所示。在与图中左曲线或右曲线相对应的每个试验安排场合，动力学循环数；即垂向和横向动力学循环次数正常情况下均等于20。如果转向架是被运用于多曲线线路上时，这个数目可能减小到10，甚至10以下，如果那条线路上的曲线段非常多时。垂向和横向力的动力学作用力的改变频就及相位都一样，其情况如其曲线图所示。在进行这类试验时，模拟右曲线的准静态和动力学负载安排数应和模拟左曲线场合一样。实施这类试验时要分三步，它要和所施加的负载级别相对应，具体情况如原文第5页附录C所示。-第一个加载阶段包括全部动力学循环次数 6×106。第二个加载阶段的动力学循环次数为2×106次，此场合所施加的静态力不变，且所施加的准静态和动力学作用力为原来值乘以 1.2。第三加载阶段的动力学循环次数为2×106，除了系数1.2换成了1.4以外，其余同第二加载阶段。6.3.2线路不平顺加载进行此项试验时所施加的线路不平顺（ tracktwist）循环次数全部为 106：附件C中的曲线图所展示的第一个加载阶段的动力学循环作用为6×105，而其余两个阶段的动力学作用循环次数皆为2×105，在这三种情形下试验时线路的不平顺激扰幅度应当分别乘以1.2和1.4。在计划进行这些试验时，应当考虑静态试验结果和现有试验设施的试验能力：如果静态试验表明，转向架构架未受线路不平顺影响（例如当转向架具有较小的扭转刚度或者采用关节式转向架时），则可以不进行线路不平顺模拟试验。如果原文第5页第4项规定的静态试验表明，线路不平顺的影响可以明显地和垂向和横向作用力造成的结果区分开来时（例如产生应力的区域不同），则可以把线路不平顺模拟循环和其它加载循环分开，单独施加。如果现有试验台对上述条件哪一个都能够满足，则试验时可使用这样的试验台，以便同时对转向架构架等施加垂向和横向作用力，以及线路不平顺激扰。6.4获得的结果在进行头二个阶段的试验后，转向架构架等不应当出现裂纹，这个结论应通过无损检验方法（磁粉或干渗透检验）来证实。这类无损检测活动应在被试验物经受了4×106动力作用循环，第一和第二两个试验阶段结束时进行。在进行第三阶段试验时，如果试验中出现了小的裂纹，这也是可以接受的，但前提是如果它是在工作时，但不用立即进行修理也无妨。在这种情况下，我们建议，转向架的制造者应当对转向架的设计进行局部修改，以便增加那里的强度。修改后的转向架可不用重新进行这种试验。在进行疲劳试验时，对于在静态试验中发现最大应力部位的应力进展情况，应当使用应变仪进行监视，特别是要重点监视应力已超过原文第 6页4.3项所允许的极限应力的部位。对于位于二系悬挂上面的构件，不需再关注在实施静态试验时由于施加了过大的横向力，使某些部位过载因而使其产生裂纹。在对转向架本身实施疲劳试验之前，我们建议应当先对其连接件（例如挠性关节）进行疲劳试验，以确定其工作寿命，从而避免在对整个转向架构架试验时出现任何意外事件。疲劳强度的检验如果无法实施疲劳试验，我们建议可利用以下检验程序来代替它。在实施完静态试验后，可在有代表性的平常运营线路上，正常车速条件下对该转向架进行工作试验。测量在静态试验中发现的临界点处的应力大小。根据合适的国际和国家作法评估出该转向架产生裂纹的概率。这些方法尚未标准化。附件A本图显示实施静态试验时所施加的作用力第1轴第2侧第1侧第2轴附件B该图展示了疲劳试验时所施加的作用力和时间的关系在Z向施加的力在Y向所施加的力附件C疲劳试验阶段的定义力循环次数第3加载阶段第2加载阶段第1加载阶段＝（静态）垂向＝1（准静态+动力学），垂向和横向c＝1.2（准静态+动力学），垂向和横向d＝1.4（准静态+动力学），垂向和横向文献目录UIC活页国际铁路联盟活页505-1：铁道运输车辆—铁道车辆结构限界，第 9版正在制订中。活页510-2：拖车—不同类型走行装置的各种直径车轮使用条件，第 4版正在制订中。活页512：铁道车辆为了避免轨道电路和集电轨道接触器工作困难必须满足的条件，79.1.1第8版，有2处修改。活页

513：评估铁道车辆振动对旅客乘座舒适性影响用指南，

94.7.1第1版。活页

515-3：铁道车辆转向架走行装置车辆设计计算方法，

94.7.1第

1版。活页515-5：动车和拖车转向架走行