法國TGV高速列車焊接轉向架構架的設計

1、16國外鐵道車輛1999年第4 期法國TG V 高速列車焊接轉向架構架的設計Jacques Raison 等(法提要介紹了法國TG V 高速列車焊接轉向架構架的受力情況和設計原理, 并對構架進行了尺寸驗證。主題詞高速列車轉向架構架法國分類號U270. 33Abstract The design principles and loading conditions of the welded bogie frame on TG V high speed train in France are described. The dimensions of the frame are inspected.

2、K ey w ords high speed train ; bogie ; frame ; France Serial N o. U270. 33為普及并掌握高速列車技術,需在以下兩方面改進轉向架構架的設計與制造:首先是減輕構架重量以降低線路的負荷; 其次是控制質(zhì)量, 以便在滿足安全性及舒適度的前提下優(yōu)化構架結構, 。第1內(nèi)工作的受力情況有了更深的了解。通過線路上的若干次試驗, 測收稿日期:19990326測 的各種負荷、。1第2化計算手段轉向架構架的主要作用是通過, 懸掛裝置、減振裝置和傳動裝置, 連, 因此可在計算與試驗之間建立一種對應關系, 構成數(shù)學公式。第3階段獲得了與生產(chǎn)構架使接輪

3、對與車體, 并傳遞牽引力及制動力。列車性能(特別是車速和載重 的不斷提高, 要求降低自重, 提高安全性和舒適度以及降低維修費用,用的材料和各種焊接方式的疲勞極這些因素促使法國國營鐵路不斷改限相匹配的應力值(計算和/或實進機車車輛的基本部件。VVVF 逆變控制(1M 控制 ,3點動電機式, 含軸重移動補償控制列車無線加速度/(km h -1 s -1減速度/(km h -1 s -1313常用:317制動感應無線2重系收發(fā)式(IR 非常:417ATC 裝置連動電氣指令式電空并空間波無線(SR 轉向架用制動, 遲入方式(含再生、保安、ATC CS 2ATC 裝置單拉桿式無搖枕, 單元制動, 固定對

4、雪制動裝置 監(jiān)控器軸距2100mm 電動空壓機牽引、制動指令直列傳輸、故障監(jiān)主電動機C 22500LB 型:2500l/min 三相鼠籠式異步電動機,205kW 、交流電機驅動:17kW 1100V 、140A 、2295r/min 輔助電源驅動裝置170kW DC/DC 變換器平行軸齒形聯(lián)軸器(W N 式 , 齒堿蓄電池DC100V 250Ah 數(shù)比7179(109/14 空調(diào)控制4818kW 、集中型、逆變控制、全自控及車上檢查裝置綜合的車輛信息監(jiān)控管理裝置(TIS 注對雪制動裝置降雪時給予指令后,EP 閥輸出40kPa 60kPa 空氣壓力, 牽引、惰行中閘缸保持低壓, 使閘瓦輕壓車輪踏

5、面, 防止制動效果惡化。陳寶印張維國校法國TG V 高速列車焊接轉向架構架的設計Jacques Rais on 等(法 172作用力作用于轉向架構架的作用力由多種力、位移及加速度構成。這些力可分為2類:(1 外力列車行駛時直接產(chǎn)生的力, 由列車荷重產(chǎn)生的垂直力、列車在曲線行駛和列車通過線路特定點時產(chǎn)生的橫向力、列車通過扭曲線路而產(chǎn)生的作用力。(2 內(nèi)力其大小隨著不同類型轉向架(動力或承重 構架而變化, 內(nèi)力主要來源于轉向架以下部件如制動機、減振器、防側滾扭桿、電動機?？傊? 這些力都是固定在轉向架構架上承受加速度作用的部件產(chǎn)生的力。每種載荷均包含靜載荷(準靜載荷 和動載荷部分。最后, 載荷分析

6、包含2個方面:; 二是在特殊條件下( 軌、緊急制動等 圖1P275N L1鋼的G oodm an RP17曲線圖3尺寸設計標準迄今為止, 法國國營鐵路的現(xiàn)代化車輛主要使用按法國標準NF E N 1002823(esc A42FP 用P275N L1鋼板焊接而成的轉向架構架。這些構架都經(jīng)過殘余應力回火熱處理。歐洲標準 。這些計算標準對解決代表性。研究采納的焊接形式有3一般領域范圍內(nèi)的問題無疑是有效種:對接焊、角焊及凸件和板件之間的(如橋梁計算 , 但用于轉向架構的焊接。架的設計則非常不合適。目前現(xiàn)有的各種測試工具均有一些誤差, 其所有結果與線路上試驗獲得的結果難以吻合:(1 確定的應力不精確;(

7、2 僅有2 種焊接方式, 并且前2種是傳統(tǒng)的焊接方式。第3種是經(jīng)分析運營試驗中發(fā)現(xiàn)的問題后確定的。實際上裂縫產(chǎn)生在如凸臺之類的外接件焊縫根部, 過去用于衡量角焊的標準并不嚴格。在這3類有代表性的焊接形式的試件上進行抗彎疲勞試驗。另外為了使試件的焊接質(zhì)量與轉向架構架的焊接質(zhì)量接近, 試件制作按工廠生產(chǎn)條件進行。焊接質(zhì)量為法國標準彈性極限和疲勞極限是用于核定轉向架構架尺寸是否合理的2項基本標準, 在特殊載荷的作用下, 構架各部分不應產(chǎn)生永久變形(即構架任何部位均應處于彈性極限范圍也不準確;內(nèi), 在車輛行駛時, 通常遇到的合(3 沒有說明焊接質(zhì)量; 成載荷作用下產(chǎn)生的應力應小于疲(4 沒有考慮回火熱

8、處理和精勞極限。加工方法(TIG 回熔和表面噴丸處4允許應力理 。NF F 0128121級。試驗按熱應力要因此確定轉向架構架制造的主求進行。試件的加載部位為裂紋區(qū)多年來, 制造轉向架構架常用要焊縫形式的疲勞特性是十分必要(焊縫根部 , 所受負荷為四點呈波鋼材的允許應力均符合ERRI B 12的。形單正弦交變彎曲載荷。委員會的RP17報告規(guī)定(圖1 。法國國營鐵路和阿爾斯通公司試驗進行至試件出現(xiàn)約1mm一些工廠和鐵路公司曾經(jīng)使用合作開展了1項研究。雖然研究的深的裂紋或至107次加載循環(huán)為一些計算標準(英國標準BS 5400、基本焊接形式減少了, 但有足夠的止。18國外鐵道車輛1999年第4 期

9、按Bastenaire 程序(根據(jù)法國標準NF A 032405 , 在30多個試件上進行幾組試驗。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后, 每組試驗均獲得具有50%幸存概率的疲勞極限及一個已知載荷比的標準偏差。該結果用伏勒曲線表示(圖2 。最后, 為滿足設計者的需要, 制定了G oodman 曲線圖(圖3 。根據(jù)不斷裂概率為9917%和對焊結構架在使用狀態(tài)下分析得出的安全系數(shù), 確定允許應力疲勞極限為107循環(huán)次數(shù) 。在減輕結構質(zhì)量研究方面, 又探索出另外兩種途徑即精加工和采用高彈性極限鋼材。精加工方面的研究涉及前面提到的3種焊接形式。對2種處理方法進行了測試:焊接根部TIG 重熔后進行應力回火熱處理; 焊接根部重熔

10、后進行應力回火熱處理后, 再的試驗。5構架結構的計算原理圖2伏勒曲線結構計算結果取決于計算模式及處理方式(網(wǎng)格劃分和各種極限條件精確程度 , 因此在計算過程中須十分注意。以TG V 2A 承重轉向架構架(圖4 為例, 構架呈現(xiàn)一個簡化的殼體網(wǎng)格(板單元 , 但可正確模擬與懸掛裝置和車體連接部件相關的自由度。這樣可迅速地確認鋼板厚度及整個幾何尺寸。計算須將轉向架構架置于各種載荷條件下, 模擬直線、曲線、浮沉和側滾產(chǎn)生的應力動態(tài)變化、線路扭曲、特殊應力。曲線產(chǎn)生的力可用一個橫向力(Fy 表示, 側滾可通過垂直力(Fz 的百分比確定。力的動態(tài)變化表現(xiàn)為彈跳, 也可通過垂直力Fz 的百分比確定。圖3法

11、國國營鐵路的G oodm an 曲線圖所得應力應符合UIC ORE man 曲線圖中的極限要求(圖5 。B12/RP 17技術文件規(guī)定的G ood 2使用非常精細的三維網(wǎng)格對凸法國TG V 高速列車焊接轉向架構架的設計Jacques Rais on 等(法 19緣、鑄件進行研究, 可以看出組件的力(圖3 二者的對比, 核實不會有驗臺測出的或計算出的應力對照。特殊受力部位, 從而能夠優(yōu)選最佳出現(xiàn)疲勞裂紋的可能性。當然, 如果在前述各種試驗過構架結構 。如果試驗結果令人滿意, 再對程中出現(xiàn)臨界值或裂縫, 可采取有效措施去消除隱患。視隱患程度大小, 可通過有限元法計算或模擬靜態(tài)試驗或在一個新構架上進

12、行試驗, 對改善效果予以證實。只有在進行上述所有試驗并獲得良好結果的條件下, 結構設計才能得到驗證。7結論轉向架構架是鐵路所有車輛的基本部件, 其尺寸設計應在滿足安全性和舒適度標準的前提下 , 達到輕量、, 使轉向架構架尺寸最佳化。圖4TGV 2A 實際應用試驗證明了需更精確測定主要焊縫類型疲勞特性的必要性, 因此法國國營鐵路和阿爾斯通公司為建立涉及以下方面的數(shù)據(jù)資料開展了研究:(1 對焊、角焊、凸件焊接; (2 焊接的精加工;(3 高彈性極限鋼的應用。所有這些數(shù)據(jù)結果對進行以下工作是必不可少的:(1 轉向架構架的計算與設計;(2 通過在試驗臺上進行靜態(tài)和動態(tài)試驗以及通過線路上試驗, 對尺寸設計的正確性進行驗證;(3 對轉向架構架進行驗證; 轉向架構架進行疲勞試驗, 以驗證6尺寸檢驗校核(4 研究針對構架使用過程中構架的疲勞強度并找出可能隱藏的為驗證結構尺寸是否合理, 做薄弱點。這些試驗按次序反復實出現(xiàn)的缺陷而應進行的修改。一些試驗是必要的。這些試驗按國施, 以反映車輛在左曲線和右曲線顯然焊接的質(zhì)量和狀態(tài)也是保際鐵路聯(lián)盟的程序進行。該程序經(jīng)行駛時的接近靜態(tài)和動態(tài)載荷。證轉向架良好工作性能的2項