基于线路实测载荷的转向架构架台架试验方法研究

以高速列车转向架构架为研究对象，线路试验获取了转向架轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷时程曲线，分析列车进出站、不同速度等级、载荷作用频率对弹簧载荷和一系减振器载荷的影响规律及载荷差异性。采用准静态加载台架试验得到弹簧载荷、一系减振器载荷与构架端部疲劳关键区域应力之间的传递关系，结合线路实测载荷计算得到应力响应曲线，进而获取构架在弹簧载荷、一系减振器载荷及两种载荷耦合作用下的疲劳损伤值。据疲劳损伤一致性理论计算车辆设计寿命里程下构架的弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷，并建立基于等效载荷的疲劳损伤计算公式，确定弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷的幅值大小及相位关系，最后形成了基于线路实测载荷的构架台架试验方法。研究表明，列车进出站时轴箱弹簧载荷出现较大的载荷波动，最大波动范围为17.48 kN，一系减振器载荷对低频位移响应不敏感；在相同线路条件下，随着列车运营速度的增大，轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷均呈现增大趋势，其载荷作用频率主要分布在0～60 Hz范围内；同时在该频带内，随着载荷作用频率的增大，两种载荷间相位差不断减小，该变化规律与减振器动态特性有关。计算得到构架端部在弹簧载荷、一系减振器载...     

动车组轴箱轴承基于实测载荷的寿命预测方法*

针对动车组轴箱轴承所受载荷的复杂随机性,在轴箱弹簧和转臂载荷测试技术基础上,对某型动车组动力转向架轴箱进行线路实测,获取典型线路段弹簧和转臂的载荷时间历程以及列车运行速度信息,以ISO 281：2007标准方法为基础,研究结合损伤的轴承寿命预测方法。同时也分析动车组轴箱轴承复杂的受载特性,给出将所测弹簧和转臂载荷近似转化为轴承的径向和轴向载荷的方法;计算轴箱轴承在实际运行的复杂载荷下不同可靠度的预测寿命,并与传统ISO标准方法计算结果进行对比,结果表明该预测方法相对保守,偏于安全;另外,计算低速进出库路段轴承疲劳寿命,其寿命比正常高速运行小很多,从损伤角度来看,动车组轴箱轴承低速进出库比正线高速运行的每公里损伤值更大;结合不同工况百分占比,给出轴承预测寿命,结果表明该寿命预测方法合理,可用于指导高铁轴箱轴承设计以及相关理论研究。     

动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究

在线运营高速动车组制动盘螺栓的结构可靠性对列车运行安全性有十分重要的影响。在研究高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术基础上,在某客运专线,对国内某型高速动车组动轴制动盘螺栓载荷进行5天线路测试,获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。测试工况包括正常工况和故障工况,总测试里程为6 546 km。抽样分析了电制动、连续空气制动以及紧急制动等工况下的应力特性,给出螺栓一定运用里程下的应力谱以确定幅值、次数与测试里程之间的关系。结合螺栓结构特点和测试分析结果,评估了螺栓不同运行工况下的疲劳强度。结果表明,正常工况下动轴制动盘螺栓载荷无明显变化;故障工况下,动轴制动盘螺栓拉伸载荷、周向弯矩和径向弯矩均有显著提高,且随着空气制动增加,制动热使得制动盘和螺栓温度升高。由于材质和结构的不同,两者膨胀变形存在差异,导致制动盘螺栓应力有较大变化。     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果可为焊接构架的优化设计及仿真分析提供一定理论参考。     

高速动车组减振器载荷特征研究

减振器的主要功能是提供阻尼力以衰减和抑制车辆系统振动,对高速动车组动力性能有十分重要的影响。既有研究主要将减振器处理为阻尼力以研究车辆系统动力性能,极少从动力学和结构可靠性角度关注减振器自身承受的载荷。制作某型高速动车组转向架抗蛇行减振器、轴箱减振器、二系横向和垂向减振器测力元件,在大同-西安高速线路上测试并获得该型动车组运行过程中四种减振器载荷引起的应变信号。对测试数据进行处理和分析,获得高速动车组运行工况下四种减振器载荷的时间历程,分析减振器载荷的时域和频域特征。采用雨流计数法统计减振器载荷峰谷值和频次,获得不同速度等级下载荷分布。结果表明,高速动车组抗蛇行减振器载荷最大、二系横向减振器载荷最小。轴箱减振器相对速度最大、二系横向减振器相对速度最小。减振器载荷总体上呈正态分布,而且一般有列车运行速度越高减振器载荷越大。列车正线行驶时曲线半径对轴箱减振器、二系垂向减振器以及二系横向减振器载荷影响不明显,列车速度和线路小半径曲线对抗蛇行减振器载荷影响明显。     

城际动车组轮轨力统计特征

目前很少见与城际动车组相关的轮轨力方面的研究。考虑到其速度等级和线路条件等均与高速动车组有很大不同,有必要对其轮轨力作进一步的研究。利用测力轮对技术对某城际动车组的轮轨力进行4600km的线路测试,结果表明提速后的新修线轮轨力的动荷系数为0.25～0.35,对比既有线没有明显变化,且与350 km/h高速动车组也无明显差异。统计结果表明即使是同一线路的去程和返程,其轮轨力垂、横向分力的联合分布也有明显差异。所得轮轨力的载荷谱和各种典型运用工况下的具体统计特征可用于车辆安全性、可靠性的评估及车辆动力学等相关领域的后续研究。     

高速动车组轴箱轴承振动特性

列车运行过程中轮对和轴承将产生动态相互作用,并对轴箱和轴承振动及运用安全产生重要影响,但既有研究尚未考虑这种动态耦合作用。在车辆-轨道耦合动力学模型基础上,考虑轴承与列车耦合运动关系,建立6自由度滚子和6自由度保持架的双列圆锥滚子轴承模型,研究高速动车组轴箱轴承的振动及载荷特征。结果表明,轮轨激扰加剧了轴箱轴承振动,使得滚子与滚道在非承载区发生碰撞,非承载区的最大碰撞力可达到承载区最大碰撞力的一半左右,轮轨激扰还可使得滚子与保持架碰撞力增大,加剧保持架打滑;轴承振动对轴箱加速度的影响主要集中在1 kHz以上;轮对和轴箱振动加速度幅值较为接近,但轴箱垂向加速度比轮对垂向加速度稍大,轴箱横向加速度比轮对横向加速度略小。提出的车辆-轴承耦合振动研究方法丰富了车辆系统动力学研究范畴,研究成果对揭示高速动车组轴箱轴承振动及载荷特性具有重要意义。     

高速动车组牵引拉杆载荷特性研究

采用准静态载荷标定的方式制作牵引拉杆载荷传感器,将其安装于某型高速动车组进行线路载荷测试,得到列车启动牵引、高低速直线运行、通过坡道及制动停车等典型工况下的载荷时间历程及载荷变化特点。在此基础上,编制不同速度等级下的牵引拉杆载荷谱,并依据线性累积损伤准则分析结构疲劳损伤分布及运行速度对疲劳损伤的影响规律。研究结果表明,与拖车牵引拉杆载荷相比,动车牵引拉杆载荷幅值变化受电机扭矩载荷的影响较大,尤其在列车启动、制动阶段,其趋势载荷变化明显;随着列车运行速度的增加,牵引拉杆载荷幅值不断增大,得到动车牵引拉杆载荷的振动主频与列车运行速度呈正比。定义相对疲劳损伤来表征每级载荷的疲劳损伤贡献程度,得到结构疲劳损伤与牵引拉杆载荷幅值的对应关系,获取列车运行速度对结构疲劳累积损伤的影响规律。动车牵引拉杆载荷在列车时速280 km/h时产生的结构疲劳累积损伤最小,而拖车牵引拉杆的疲劳累积损伤值随着运行速度的增大呈现增大的趋势。该研究结果对高速列车转向架结构的优化设计及相关理论研究具有一定的参考价值。     

某变轨距动车组转向架轴箱可靠性分析

利用大型有限元仿真软件ANSYS建立了一种变轨距动车组转向架轴箱的有限元模型,介绍了该型转向架轴箱的结构特点及其转臂定位方式,根据转向架的设计技术参数计算了轴箱承受的相关载荷,依据欧洲标准BSEN13749∶2011制定了轴箱的载荷工况,并对轴箱静强度和疲劳强度进行评估并分析预测轴箱可能出现疲劳破损的位置。结果表明:轴箱的静强度和疲劳强度均满足标准要求,轴箱结构安全可靠。     

高速动车组齿轮箱疲劳裂纹机理分析研究

齿轮箱作为高速动车组牵引系统重要传动设备,在运用过程中主要承受来自于线路激扰的冲击作用,齿轮箱体出现了疲劳裂纹。以某型齿轮箱体为研究对象,统计开裂齿轮箱体的运营里程并对其进行疲劳断口分析,疲劳裂纹源发生于齿轮箱体内侧拐角处,该部位存在因齿轮箱体结构及凹坑等缺陷引起的应力集中。基于高速铁路线路测试,得到典型工况下轴箱、齿轮箱体的振动加速度信号及表面的动应力响应,并对齿轮箱体的自由模态进行分析研究。研究结果表明,列车高速直线运行时,轮轨激扰引起的齿轮箱体振动频率与其固有频率产生了交集,齿轮箱体产生局部共振,共振使齿轮箱体局部产生较高的动应力幅值,从而导致箱体出现裂纹。该研究对确保高速列车运用安全及齿轮箱体新型结构的设计提供参考。