轨检车转向架构架强度试验及疲劳评估

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近几年铁道车辆向着高速重载的方向发展，动态服役条件恶化导致的转向架构架 (简称构架)等关键部件的疲劳破坏问题不断发生，严重制约了铁路运输的现代化进程。对构架而言，疲劳强度及可靠性是主要的设计 目标，台架试验是验证结构强度、改进局部设计和最终验收的最主要手段。

1 构架疲劳强度试验方案以某引进轨检车转向架构架为例，测试构架与轴箱转臂所组成的被测试件在疲劳载荷条件下是否产生裂纹，能否满足UIC构架设计标准的3O年使用寿命要求；测试其在静载荷下的应力和变形情况，判断其静强度能否满足要求，并且通过静强度试验结果对构架疲劳强度进行评定。试验时施加的载荷由可控加载试验作动器加载。

试验参照《UIC 515-4铁路车辆转向架构架结构强度试验》(简称UIC 515-4)和(200km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》(简称200km/h暂规) lj。该试验采用全套德国IST公司进口的液压站、S-59伺服激振控制器、lOOt和40t等级的激振器，满足各种静强度和疲劳强度试验的加载需要。试验循环载荷总次数为l 200万次，其中前l 000万次为构架的垂向与横向加载，后 200万次为牵引拉杆座的纵向加载与轨检梁位置的横向和纵向加载。

在试验循环载荷次数分别为600万次、800万次、1 000万次和1 200万次时，对构架主结构进行详细的磁粉探伤和超声波探伤检查。轨检车转向架构架结构示意图及其疲劳强度试验现场照片如图 1和图2所示。

安徽省自然科学研究项目(KJ2012B052)；安徽省高等学校识教学研究项目(20101585)55兰清群，等：轨检车转向架构架强度试验及疲劳评估 2013年第9期劳试验载荷的大小在第-阶段基础上增加了40%，循环次数为200万次，即累计循环载荷为 1 000万次，在载荷施加的每-阶段完成后，对构架进行磁粉探伤及超声探伤检查，均未发现裂纹。

3.2 轨检梁及牵引拉杆座疲劳试验结果对轨检梁施加垂向载荷和横向疲劳载荷，同时在牵引拉杆座上施加纵向疲劳载荷，加载次数为200万次，即累计加载次数为 1 200万次。试验结束后对构架进行详细的磁粉探伤和超声波探伤检查。经磁粉探伤及超声探伤检查，轨检梁端的端梁以及牵引拉杆座均未发现裂纹。

4 构架疲劳强度评估4.1 构架材料属性被测试构架主要材料有钢板和铸件两种，其材料特性如表 2所示。

表2 被测试构架主要材料特性试验对构架母材及焊缝区分别进行疲劳评估，母材疲劳极限为1 10MPa，将焊缝区分成两级疲劳极限：-般焊缝疲劳极限为90MPa；过渡圆角等相对较危险处焊缝区的疲劳极限为80MPa。特别地，对于抗蛇形减振器座，先用54MPa疲劳极限进行评估，经 TIG熔修后，疲劳强度增大，再用 88MPa疲劳极限进行强度校核。以上数据根据 EERI B12/17中的数据插值得出。

4.2 构架疲劳强度评估构架在进行完疲劳试验后，再进行构架静强度试验，并且通过静强度试验测得的结果来评定构架的疲劳强度，强度评定的主要依据是 Goodman曲线，Good。

man疲劳极限图如图4所示，图4中or。为应力幅，为应力均值， 为压缩屈服极限，or 为拉伸强度极限，or 为拉伸屈服极限，or 为对称循环即恒幅循环载荷中最大载荷与最小载荷的绝对值相等、符号相反的循环下的疲劳极限▲行疲劳强度评估时，主要依据《UIC 515-4铁路车辆转向架构架结构强度试验》标准 测得静强度下所布置测点的最大应力 和最小应力 mi ，然后计算得到应力均值 or 和应力幅值or。 ，在 Goodman疲劳极限图上找到相应的两点。

Goodman疲劳极限图是由封闭 8边形 ABCDEF-GHA构成，若测点的应力均值和应力幅值在四边形ABCD与四边形 DEFA所包围的区域内，表示在-定的疲劳寿命期限内该测点位置不产生疲劳破坏，在此区域以外，则表示经-定的应力循环次数后可能会发生疲劳破坏 。

应变片测点、三向应变花测点、抗蛇形减振器座处测点 TIG熔修前、后的疲劳评估分别如图 5-图 8所示。由图5～图8可见，各测点的应力幅值和应力均值都在该材料的 Goodman疲劳极限图的最悬络线(图5～图8中的最小多边形)内，构架满足 UIC构架设计标准的30年使用寿命的设计要求。

，/ / o B/ c，//H/o1 - /区域bo 。m /晒苫 担椒- 图4 Goodman疲劳极限图- -- - ， l/!. -· ·-- ， 雾! ! -j /∥ j。

r-：： -/，- Z 篇-； l 0 -I 主应力/MPa图 5 应变片测点疲劳评估0主应力/MPa图6 三向应变花测点疲劳评估572013年第 9期 现代制造工程(Modern Manufacturing Engineering)240：：：： ：：：：/ 5 结 语 · - 。老 120 三 转向架构架疲劳强度试验是验证结构强度、改十-十 逞 0 /班 I∥ 局部设计和最终验收的最主要手段。构架疲劳强度：：； i/ r7 试验采用逐步加载的方式，并且采用先进的探伤方法 十 襄-l20 孝宰拿 l- ，- 十 来定性地检测构架疲劳强度是否满足要求以及在核 -r 24G 架服役过程中是否有开裂危险。 结合静强度试验结1- Z · 果来评估构架的疲劳强度是 - 种非常实用的方法 -360 Z r- 360 -240 -120 0 120 240 利 用 骨 强 度 f、 侍 备 侧 点 征 备 /r上 况 f、明 最 大 应 力主应力/MPa 和最小应力i ，将各测点平均应力和应力幅伯图7 抗蛇形减振器座处测点TIG熔修 代人 Goodman疲劳极限包络线中，从而评定构架是否前疲劳评估(疲劳极限为 4MPa) 满足疲劳强度要求，为列车的可靠运行提供保证。

： 々 m ： · -：壶冉毋 · -- [1] 铁道国际联合法.UIC515-4，客运车辆转向架.走行部转 12Ot -1 向架构架结构强度试验[S].北京：铁道部标准计量研究 梦 cdI I ： 1 。r 所，1997. - 穸 三 0 i ： l-/i妲 ： ；， [2] 徐灏.疲劳强度[M].北京：高等教育出版社，1988。

- 120 十-十 7鼍j；f 叶 -' [3] 赵永翔.铁道车辆疲劳可靠性设计Godman-Smith图的24O /S，- 。 绘制与应用[J]. 中国铁道科学2005(06)：6-12. 量 -- ， - ' -十 t - ·-- 360- 360 -240 -120 0 l20 240主应力/MPa作者简介：兰清群，讲师。

图 8 抗蛇形减振器座处测点 TIG熔修 E-majl：24930346### qq.。。m后疲劳评估(疲劳极限为 88MPa) 收稿日期：2012-09-26(上接第 54页)衡引起的车体和设备振动。除尘前和除尘后相比，换气装置和车体的振动加速度都有明显的降低，降低幅度在 10% ～20%之间，表明降低车下有源振动设备的振动水平，已成为高速客车 车体减振的-个重要方面。

4)换气装置内空气非稳态流动导致风口处产生压力波动，致使换气装置与车体连接风道产生颤振，从而恶化车体的局部振动，这也是解决车体局部振动时所必须注意的。