SDB—80型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架線路動(dòng)應(yīng)力測試及壽命評(píng)估

侯志林，潘璐，宮高霞，王芳，程春欣

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北 唐山 064000）

1 SDB—80型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架動(dòng)應(yīng)力測試情況簡介

1.1 測試條件

動(dòng)應(yīng)力測試在八通線上進(jìn)行，列車按照要求正常運(yùn)行，包括每站的?？俊Ｗ罡哌\(yùn)行速度為100km/h。測試時(shí)按照滿軸重填裝砂袋。因此測試時(shí)2個(gè)往返均為滿軸重狀態(tài)。

1.2 動(dòng)應(yīng)力測試布片方案

SDB—80型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架動(dòng)應(yīng)力測點(diǎn)分布見圖1，共計(jì)93個(gè)測點(diǎn)。其中動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上共有66個(gè)測點(diǎn)，拖車轉(zhuǎn)向架上共有27個(gè)測點(diǎn)。動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上的測點(diǎn)主要分布在電機(jī)吊座、齒輪箱吊座、制動(dòng)器安裝座、橫側(cè)梁連接部、牽引拉桿座和小縱向梁等部位。拖車轉(zhuǎn)向架上的測點(diǎn)主要分布在制動(dòng)器安裝座、橫側(cè)梁連接部、牽引拉桿座和小縱向梁等部位。

1.3 測試設(shè)備與數(shù)據(jù)采集處理

動(dòng)應(yīng)力測試采用HP1401B和DDS32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；采集方式為全程連續(xù)采集，因而能夠保證動(dòng)應(yīng)力測試數(shù)據(jù)的完備性，這對(duì)于疲勞評(píng)估而言是必要的；采樣頻率為500Hz，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力的有效頻寬一般為0～50Hz，上述采樣頻率足以保證采樣數(shù)據(jù)的真實(shí)性；

2 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試結(jié)果

2.1 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架

齒輪箱吊座附近區(qū)域的最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在45測點(diǎn)，其值為46.39MPa；電機(jī)吊座附近區(qū)域最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在33測點(diǎn)，其值 為36.78MPa；橫側(cè)梁連接部最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在44測點(diǎn)，其值為47.86MPa；牽引座附近區(qū)域最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在5測點(diǎn)，其值為37.86MPa；小縱向梁區(qū)域最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在13測點(diǎn)，其值為48.3MPa；一系彈簧座旁最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在43測點(diǎn)，其值為41.01MPa。

圖1

2.2 拖車轉(zhuǎn)向架

橫側(cè)梁連接部最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在90測點(diǎn)，其值為27.22MPa；牽引座附近區(qū)域最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在74測點(diǎn)，其值為34.78MPa；小縱向梁區(qū)域最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在82測點(diǎn)，其值為45.2MPa；一系彈簧座旁最大動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)在93測點(diǎn)，其值為25.87MPa。

3 大應(yīng)力測點(diǎn)應(yīng)力譜編制與等效應(yīng)力幅的確定

3.1 測點(diǎn)應(yīng)力譜編制

動(dòng)應(yīng)力測試記錄的各測點(diǎn)的應(yīng)力信號(hào)是一個(gè)隨時(shí)間變化的復(fù)雜歷程。為了對(duì)轉(zhuǎn)向架各部件的安全可靠性進(jìn)行評(píng)估，需要將各測點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間歷程進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，編制成應(yīng)力譜。本研究采用國際上通用的雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)的循環(huán)計(jì)數(shù)處理，并分別編制了轉(zhuǎn)向架各測點(diǎn)的應(yīng)力譜，以便按等損傷原則計(jì)算其等效應(yīng)力幅值。

3.2 等效應(yīng)力幅的計(jì)算

采用Miner線性疲勞累計(jì)損傷法則和NASA針對(duì)變幅加載條件所推薦的S—N曲線形式計(jì)算等效應(yīng)力幅，采用這一方法可使各級(jí)應(yīng)力水平產(chǎn)生的損傷均得到合理的考慮，并使評(píng)估結(jié)果略偏保守。

4 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)疲勞可靠性評(píng)估

在進(jìn)行疲勞評(píng)估時(shí)所采用的疲勞強(qiáng)度均與99%的可靠度相對(duì)應(yīng)，其含義為允許發(fā)生破壞的概率為1%左右。本研究中焊接接頭的疲勞許用應(yīng)力幅根據(jù)國際著名疲勞學(xué)者拉達(dá)伊在“焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度”專著中介紹的有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和方法及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。

橫向或縱向承載角焊縫、板邊焊縫，不開坡口時(shí)，其許用疲勞極限為50MPa；

橫向非承載角焊縫或雙面開坡口焊透的承載角焊縫，許用疲勞極限為70MPa；

根據(jù)上述許用疲勞極限值和大應(yīng)力測點(diǎn)部位的等效應(yīng)力幅，可對(duì)這些部位的安全可靠性作如下分析和評(píng)估。

4.1 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架

齒輪箱吊座附近區(qū)域、電機(jī)吊座附近區(qū)域、橫側(cè)梁連接部、牽引座附近區(qū)域，小縱向梁區(qū)域和一系彈簧座旁在運(yùn)行375萬公里時(shí)的最大等效應(yīng)力幅值分別為41.44MPa、53.78MPa、51.60MPa、40.18MPa、51.44MPa、43.67MPa；均小于其許用疲勞極限70MPa，可以滿足安全運(yùn)行375萬公里的要求。

4.2 拖車轉(zhuǎn)向架

橫側(cè)梁連接部、牽引座附近區(qū)域，小縱向梁區(qū)域、一系彈簧座旁和制動(dòng)器安裝座中間在運(yùn)行375萬公里時(shí)的最大等效應(yīng)力幅值分別為37.84MPa、33.44MPa、61.45MPa、28.3MPa、13.84MPa；均小于許用疲勞極限70MPa，可以滿足安全運(yùn)行375萬公里的要求。

5 結(jié)語

根據(jù)在滿軸重條件下，八通線2個(gè)往返全程動(dòng)應(yīng)力實(shí)測結(jié)果得出如下評(píng)估結(jié)論。

（1）動(dòng)車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估結(jié)論如下：動(dòng)車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)滿足在八通線運(yùn)用條件下安全運(yùn)行375萬公里的要求。

（2）拖車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估結(jié)論如下：在八通線運(yùn)用條件下拖車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)滿足安全運(yùn)行375萬公里的要求。