出口巴基斯坦貨車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)研究

1、商躍進(jìn)(1969- 男, 河北南皮人, 副教授, 碩士(收稿日期:2003-07-10文章編號(hào):1008-7842(2004 01-0042-02出口巴基斯坦貨車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)研究商躍進(jìn), 王紅, 李永昶(蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 甘肅蘭州730070摘要介紹了出口巴基斯坦貨車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 分別按T B/T 1335-1996規(guī)范和AAR -M213-81技術(shù)條件對(duì)其進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明, 構(gòu)架的靜強(qiáng)度滿足T B/T 1335-1996規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn), 疲勞強(qiáng)度滿足AAR -M213-80規(guī)定的要求。關(guān)鍵詞貨車, 轉(zhuǎn)向架, 構(gòu)架, 靜強(qiáng)度, 疲勞強(qiáng)度,

2、試驗(yàn)中圖分類號(hào):U2701331文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A1前言每一種轉(zhuǎn)向架問世前都要根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn), 以便確定其設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造質(zhì)量。眉山車輛廠研制了出口巴基斯坦寬軌鐵路的焊接構(gòu)架式貨車轉(zhuǎn)向架, 勞強(qiáng)度, T -19962轉(zhuǎn)向架特點(diǎn)出口巴基斯坦貨車向架的焊接構(gòu)架材料為16Mn , 由1根枕梁和2根橫梁組焊而成, 采用彈性常接觸旁承和心盤共同承載結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見表1。表1轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值軸重G /t 910度C 1/kN mm -1015281固定軸距L /mm 1850軸頸中心距2b 2/mm 2260輪對(duì)滾動(dòng)圓距離2b 1/mm1730旁承距2b /mm

3、1727構(gòu)造速度v /km h1003帶軸端傳動(dòng)裝置。3構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)311試驗(yàn)依據(jù)T B/T 1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范(以下簡稱規(guī)范。312試驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)規(guī)范第6, 對(duì)構(gòu)架進(jìn)行垂直總、3項(xiàng)試驗(yàn)。按以下(見表2 。P垂直總載荷P 等于垂直靜載荷P j 與垂直動(dòng)載荷P dy 之和。P j =2(G -P T (1 式中G 軸重; P T 輪對(duì)軸箱裝置自重。P dy =K dy 1P j (2其中垂直動(dòng)荷系數(shù)K dy =f j +i式中a =115(簧上部分 ; b =0105; c =01427(簧上部分 ; d =1165(貨車 。(2 垂直斜對(duì)稱載荷Q由規(guī)范第61411

4、項(xiàng)得Q =2168L 2C 1+C 2(3式中L 2軸頸中心距; C 1一個(gè)軸箱上的彈簧上的總剛度; C 2轉(zhuǎn)向架抵抗垂直斜對(duì)稱載荷的剛度。(3 側(cè)向載荷側(cè)向載荷包括側(cè)向力引起的旁承上的垂直附加載荷P n 、垂直力P c 和水平載荷H 。P n =2P 2b 2b (4 一個(gè)軸箱上垂直附加載荷P f =m 02b 2式中m 0車輛一側(cè)的軸箱數(shù); H k 車體所受側(cè)向力; h 側(cè)向力作用點(diǎn)的位置。第24卷第1期2004年2月鐵道機(jī)車車輛RAI LW AYLOC OM OTI VE &C AR V ol 124N o 11Feb 12004P c =P -P n (5為便于試驗(yàn)且偏于安全,

5、 由輪軌作用力引起的水平載荷H 將前后輪對(duì)所受水平載荷中的大者的2倍作為構(gòu)架水平載荷, 水平作用在構(gòu)架側(cè)梁中央, 另一側(cè)的兩個(gè)軸向加水平約束。前輪對(duì)水平載荷:H 1=Y -2F cos 1, 后輪對(duì)水平載荷:H 2=2F cos 2, 導(dǎo)向力Y 及1和2利用靜力平衡條件按圖1計(jì)算 。 圖1轉(zhuǎn)向架中間位受力表2構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況載荷/kN 垂直總載荷1731701916kN 斜對(duì)稱載荷6128(加載梁作用于2、3位軸箱頂部; 1、4位用支座支承 側(cè)向載垂直力156197心盤中心垂直附加力16183左側(cè)旁承水平力53156側(cè)梁中央(另一側(cè)軸箱加橫向約束313測試斷面及測點(diǎn)布置參照文獻(xiàn)1的有

6、限元分析結(jié)果和以往同類焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架在靜強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生較大應(yīng)力的部位,確定其測點(diǎn)的位置, 測點(diǎn)布置見圖2。構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)力比較大的測點(diǎn)測試結(jié)果列于表3。314試驗(yàn)結(jié)果分析由表3可見在垂直總載荷單獨(dú)作用下, 構(gòu)架的最大拉應(yīng)力為5316MPa , 產(chǎn)生在-斷面的15測點(diǎn); 構(gòu)架的最大壓應(yīng)力為-5318MPa , 產(chǎn)生在-斷面的13測點(diǎn)。在側(cè)向載荷單獨(dú)作用下, 構(gòu)架的最大拉應(yīng)力為7617MPa , 產(chǎn)生在-斷面的15測點(diǎn); 構(gòu)架的最大壓應(yīng)力為-8612MPa , 產(chǎn)生在-斷面的10測點(diǎn)。在垂直總載荷和垂直斜對(duì)稱載荷共同作用下, 構(gòu)架的最大拉應(yīng)力為5119MPa , 產(chǎn)生在-斷面的19測點(diǎn); 構(gòu)架

7、的最大壓應(yīng)力為-5013MPa , 產(chǎn)生在-斷面的13測點(diǎn)。在側(cè)向載荷與垂直附加載荷共同作用下, 構(gòu)架的最大拉應(yīng)力為7515MPa , 產(chǎn)生在-斷面的19測點(diǎn); 構(gòu)架的最大壓應(yīng)力為-8915MPa , 產(chǎn)生在-斷面的10測點(diǎn)?？梢?種試驗(yàn)工況及其可能的組合工況下, 焊接構(gòu)架各測點(diǎn)的應(yīng)力均小于規(guī)范規(guī)定的材料靜強(qiáng)度許用應(yīng)力=216MPa , 該構(gòu)架的靜強(qiáng)度合格。圖2構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)測點(diǎn)布置表3構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)力/MPa測點(diǎn)垂垂直斜對(duì)稱載荷與垂直總載荷組合垂直斜對(duì)稱載荷與側(cè)向載荷組合435-313-4618-8915-538-2413315-5013-2018194710701641951197515

8、1553167617-219501773182043191616512491121184疲勞試驗(yàn)411試驗(yàn)依據(jù)AAR -M213-81焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架技術(shù)條件, 以下簡稱條件。412試驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)條件有關(guān)規(guī)定, 對(duì)構(gòu)架依次進(jìn)行側(cè)滾載荷R 、浮沉載荷B 和扭轉(zhuǎn)載荷P 3項(xiàng)試驗(yàn)。側(cè)滾載荷其載荷值為0R ; 浮沉載荷其載荷值為B =0132P 213P ; 扭轉(zhuǎn)載荷其載荷值為02P k 。R =P =(2G -T (6 P k =4(2b 1 C 1+C 2(7 按照AAR 標(biāo)準(zhǔn), 扭轉(zhuǎn)載荷下, 置于彈簧上的構(gòu)架產(chǎn)生3°扭轉(zhuǎn)變形。則z =L tan3°。表4巴基斯坦焊接轉(zhuǎn)向架疲勞試驗(yàn)

9、數(shù)據(jù)試驗(yàn)工況載荷/kN 頻率/H z 循環(huán)次數(shù)/萬次加載位置側(cè)滾載荷0132102101715兩旁承處交替加載浮沉載荷4212303165105215心盤中心(兩旁承各承受2t , 即1916kN 扭轉(zhuǎn)載荷0321835105010加載梁中心(加載梁作用于2、3位軸箱頂部;1、4位支承(下轉(zhuǎn)第53頁第1期出口巴基斯坦貨車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)研究43占區(qū)段長的44124%, 由于軸箱拉桿橡膠件的老化使機(jī)車通過曲線時(shí), 均衡梁不僅承受垂直作用力, 而且,還受橫向力的作用, C 0-C 0結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架的2、5軸尤為明顯, 從表1裂損均衡梁的軸位統(tǒng)計(jì)也說明了這一點(diǎn)。(4 運(yùn)行速度高經(jīng)過全路幾次增噸

10、提速, 機(jī)車未做大的改進(jìn), 尤其是SS 1等老型機(jī)車以接近構(gòu)造限制速度長期運(yùn)行, 加速了機(jī)車均衡梁等部件的疲勞和裂損。4措施及建議采取無損探傷手段可以發(fā)現(xiàn)裂紋, 但由于裂紋的性質(zhì)、受力的特殊性和裂紋發(fā)展的速度很難確定合理的探傷周期, 另外, 受安裝結(jié)構(gòu)的限制, 初始裂紋具有隱蔽性, 日常目視檢查難以發(fā)現(xiàn), 因此, 采取措施及建議如下。411措施(1 對(duì)SS 1機(jī)車所有均衡梁進(jìn)行一次全面普查, 并作為今后日常檢查的重點(diǎn);(2 將SS 1; 換下車, (3 對(duì)輪對(duì)踏面狀態(tài)壓縮高加強(qiáng)監(jiān)控, 發(fā)現(xiàn)剝離、尺寸不符合段修規(guī)程時(shí), 及時(shí)消除, 減少振動(dòng)源。412建議近兩年因機(jī)車制動(dòng)、走行部等質(zhì)量問題引起的事

11、故, 已上升為機(jī)務(wù)部門行車事故的主要因素之一, 均衡梁一旦徹底裂斷極有可能引發(fā)行車大事故, 因此建議。(1 修改機(jī)車大修規(guī)程, 對(duì)走行部受力的關(guān)鍵部件如均衡梁、牽引拉桿、單元制動(dòng)器(或箱體 等在機(jī)車大修時(shí)全部更新, 減少因走行部部件疲勞裂紋而引發(fā)的行車事故, 保證機(jī)車運(yùn)用安全; 裂損最嚴(yán)重的SS 1323機(jī)車是2001年11月才做的二次大修(大修后走行128362km , 因此, 很有必要在大修時(shí)更新, 同時(shí), 對(duì)修改或制定其他機(jī)型的檢修規(guī)程, 亦有借鑒意義。(2 、轉(zhuǎn)向架改為加費(fèi)構(gòu)架后, , 應(yīng)加速對(duì)超。3探索不下車無損檢測設(shè)備的開發(fā), 提高檢測手段和檢測水平。參考文獻(xiàn)1樓修力1韶山1型電力

12、機(jī)車M1北京:中國鐵道出版社,19871(上接第43頁 413試驗(yàn)結(jié)果按照條件規(guī)定的試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn), 各種試驗(yàn)載荷下焊接構(gòu)架達(dá)到了條件的要求, 疲勞試驗(yàn)合格。5結(jié)論與建議(1 出口巴基斯坦焊接構(gòu)架在規(guī)范規(guī)定的3種試驗(yàn)工況和相應(yīng)的組合工況下, 各測點(diǎn)的應(yīng)力均小于規(guī)定的材料靜強(qiáng)度許用應(yīng)力, 靜強(qiáng)度合格。(2 出口巴基斯坦焊接構(gòu)架在條件規(guī)定的3種疲勞試驗(yàn)工況下, 均達(dá)到了規(guī)定的試驗(yàn)次數(shù), 且未產(chǎn)生任何裂紋和碎塊, 疲勞試驗(yàn)合格。(3 建議在進(jìn)行靜強(qiáng)度試驗(yàn)之前先按規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)載荷對(duì)構(gòu)架等零部件進(jìn)行有限元分析, 以便準(zhǔn)確確定最大應(yīng)力的位置, 從而提高靜強(qiáng)度試驗(yàn)的可信度。參考文獻(xiàn)1蘭州交通大學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

13、試驗(yàn)中心1焊接構(gòu)架有限元分析報(bào)告R1200212嚴(yán)雋耄1車輛工程M1北京:中國鐵道出版社, 199913蘭州交通大學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中心1焊接構(gòu)架靜強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)報(bào)告R1200214鐵道部四方車輛研究所1眉山廠25噸軸重低動(dòng)力貨車轉(zhuǎn)向架疲勞和靜強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告R119981Static Strength and F atigue T est R esearch for Frame of T ruckU sed for Freight C ar Exporting to P akistanSH ANG , Yue -jin , WANG Hong , LI Yong -chang(E lectromec

14、hanical 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 fulfil