高速列車空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)方法研究*

汝繼來，趙 雷，周惠華，施惠基，顧家琳，潘 濤，4，劉淑華，吳海英，朱 靜

(1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京100081; 2 青島四方車輛研究所有限公司，山東青島266031; 3 清華大學(xué)材料學(xué)院，北京100084; 4 鋼鐵研究總院工程用鋼研究所，北京100081; 5 晉西車軸股份有限公司，山西太原030027)

高速列車空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)方法研究*

汝繼來1，趙 雷2，周惠華3，施惠基3，顧家琳3，潘 濤3，4，劉淑華1，吳海英5，朱 靜3

(1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京100081; 2 青島四方車輛研究所有限公司，山東青島266031; 3 清華大學(xué)材料學(xué)院，北京100084; 4 鋼鐵研究總院工程用鋼研究所，北京100081; 5 晉西車軸股份有限公司，山西太原030027)

高速列車空心車軸的主要失效方式為疲勞失效，因此疲勞性能是車軸研制和生產(chǎn)中至關(guān)重要的考核指標(biāo)，歐洲EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車軸疲勞性能指標(biāo)和疲勞試驗(yàn)的基本要求?，F(xiàn)基于EN標(biāo)準(zhǔn)，研究制定了國(guó)內(nèi)高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)方法，并首次進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)車軸的疲勞試驗(yàn)。主要探討了疲勞試件設(shè)計(jì)、考核截面位置的確定、以及疲勞載荷計(jì)算等問題。同時(shí)，分析和研究了EN標(biāo)準(zhǔn)F1軸疲勞性能指標(biāo)的含義，為F1軸疲勞載荷的確定提供了依據(jù)。高速車軸疲勞試驗(yàn)方法的探討和疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，所確定的試驗(yàn)方法及其技術(shù)要求是合理可行的。本研究對(duì)高速車軸的疲勞試驗(yàn)技術(shù)、及制定國(guó)內(nèi)相應(yīng)試驗(yàn)規(guī)范有一定的參考意義和實(shí)用價(jià)值。

高速列車;空心車軸;疲勞性能;全尺寸疲勞試驗(yàn)

車軸的主要失效方式為疲勞失效，疲勞性能是車軸至關(guān)重要的考核指標(biāo)。車軸疲勞性能的影響因素主要包括選材和冶金質(zhì)量、車軸結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)和冷、熱加工工藝(如車軸的熱處理和機(jī)械加工質(zhì)量等)，全尺寸實(shí)物疲勞試驗(yàn)是對(duì)上述各因素進(jìn)行全面考核的重要試驗(yàn)手段。為此，歐洲高速車軸EN標(biāo)準(zhǔn)［1－4］規(guī)定了全尺寸車軸疲勞試驗(yàn)的考核部位和疲勞性能指標(biāo)。

2011年新研制的高速空心車軸在國(guó)內(nèi)第一次進(jìn)行了全尺寸實(shí)物疲勞試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒有進(jìn)行過相關(guān)試驗(yàn)，也沒有相關(guān)的疲勞試驗(yàn)規(guī)范?？晒﹨⒖嫉闹挥熊囕S設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2395－2008《鐵道機(jī)車車輛動(dòng)力車軸設(shè)計(jì)方法》［5］和TB/T 2705－1996《車輛車軸設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算方法》［6］。前者等同于歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13104:200l;后者主要參考JIS E 4501－1976。

研制高速空心車軸依據(jù)的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，因此，在國(guó)內(nèi)不具備相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，疲勞試驗(yàn)方法主要依據(jù)歐洲最新版本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) EN 13103:2009和 EN 13104: 2009，但在確定F1軸考核截面時(shí)采用了文獻(xiàn)［6］中對(duì)車軸設(shè)計(jì)和計(jì)算的規(guī)定。在本試驗(yàn)進(jìn)行過程中，TB/T 2705－2010《鐵道車輛非動(dòng)力車軸設(shè)計(jì)方法》［7］于2011年6月實(shí)施，它與文獻(xiàn)［6］的區(qū)別是舊版本參考JIS E 4501－1976，而新版本等同于EN 13103:2009。

2013年9月原鐵道部發(fā)布了《時(shí)速200～250公里動(dòng)車組用車軸試制技術(shù)條件(暫行)—科技裝函［2013］49號(hào)》［8］，其疲勞內(nèi)容參考引用了EN標(biāo)準(zhǔn)，但在附錄C中僅簡(jiǎn)單介紹了車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)臺(tái)種類。鑒于國(guó)內(nèi)目前沒有高速車軸的全尺寸疲勞試驗(yàn)規(guī)范，本研究將對(duì)高速車軸的疲勞試驗(yàn)技術(shù)有一定的參考意義和實(shí)用價(jià)值。

探討了空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)的主要技術(shù)內(nèi)容，解決了試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)、試驗(yàn)部位考核截面位置的確定以及疲勞載荷的計(jì)算等問題。與此同時(shí)，對(duì)EN標(biāo)準(zhǔn)中軸身的疲勞性能指標(biāo)含義進(jìn)行了研究和分析，對(duì)軸身疲勞載荷的確定提供了依據(jù)。

1 EN標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)要求

EN標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)要求主要包括試驗(yàn)部位、試驗(yàn)部位中的考核截面位置、疲勞性能指標(biāo)和疲勞載荷確定原則。

1.1 EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的空心車軸疲勞試驗(yàn)部位和疲勞性能指標(biāo)

表1為EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的空心車軸4個(gè)考核部位和疲勞性能指標(biāo)，這4個(gè)部位分別是F1(軸身)、F2(軸身開槽)、F4(輪座)和 F5(軸頸)部位。其中 F1、F2和 F4規(guī)定進(jìn)行疲勞試驗(yàn)確定，F(xiàn)5可經(jīng)F4換算得出，不一定通過試驗(yàn)確定。F5考核的是軸頸部位的疲勞性能，即軸承部位與軸過渡區(qū)處的性能。作為國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的研制高速車軸，對(duì)F5也進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)考核并與計(jì)算值對(duì)比。

表1 高速空心車軸考核部位和疲勞性能指標(biāo)

1.2 EN標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于考核截面位置的確定

F1:采用貼應(yīng)變計(jì)的方法確定疲勞考核截面位置;

F2:規(guī)定在軸身部位開槽，考核軸身表面有模擬缺口時(shí)的疲勞強(qiáng)度;

F4:考核截面位于輪座邊緣10 mm;

F5:EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可通過F4經(jīng)換算求得。

1.3 EN標(biāo)準(zhǔn)中的疲勞載荷確定方法

EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定疲勞載荷用梁理論計(jì)算法或應(yīng)變計(jì)法確定。

2 EN標(biāo)準(zhǔn)中F1疲勞性能指標(biāo)含義

表1中EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞性能指標(biāo)是確定疲勞載荷的依據(jù)，即加載后考核截面的表面應(yīng)力應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)。對(duì)于F2、F4、F53個(gè)部位，考察的是過渡區(qū)后的平直段，無原結(jié)構(gòu)造成的應(yīng)力集中，名義應(yīng)力和實(shí)際應(yīng)力相同，因此，這3個(gè)部位疲勞性能指標(biāo)的含義均為加載后的表面應(yīng)力值。

F1:由于其考核的是軸身和輪座之間的過渡圓弧部位，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，因而確定疲勞載荷時(shí)需要考慮應(yīng)力集中系數(shù)。應(yīng)力集中系數(shù)分為疲勞應(yīng)力集中系數(shù)Kf和靜態(tài)應(yīng)力集中系數(shù)Kt，其中前者依據(jù)F1部位的幾何尺寸計(jì)算得出，后者采用試驗(yàn)方法測(cè)出。對(duì)于本試驗(yàn)用F1軸:Kf=1.017，Kt=1.16。EN標(biāo)準(zhǔn)［3-4］在下述兩個(gè)方法中分別采用了Kt和Kf。

(1)全尺寸車軸疲勞極限的確定方法中采用了靜態(tài)應(yīng)力集中系數(shù)Kt:

表面實(shí)際應(yīng)力的計(jì)算式如式(1)～式(2):

其中

式(1)和(2)中的各符號(hào)含義如下:

σ實(shí)際應(yīng)力為最大應(yīng)力截面上的表面實(shí)際應(yīng)力; σ名義應(yīng)力為最大應(yīng)力截面上的名義應(yīng)力;MR為合彎距。W為計(jì)算截面的抗彎截面模量，W=π(d4－d'4)/32d，d為空心軸計(jì)算截面名義直徑，d'為空心軸內(nèi)孔直徑;F為疲勞載荷;y為加載位置與考核截面的距離。

(2)軸身直徑的確定方法中采用了疲勞應(yīng)力集中系數(shù)Kf:

計(jì)算軸身最大應(yīng)力σmax的計(jì)算式如下:

比較式(2)和(3)可知:

由于EN標(biāo)準(zhǔn)在上述兩種方法中涉及了不同的應(yīng)力集中系數(shù)，因此，確認(rèn)EN標(biāo)準(zhǔn)F1疲勞性能指標(biāo)含義的關(guān)鍵是必須明確該指標(biāo)是依據(jù)式(1)試驗(yàn)測(cè)定的疲勞極限，還是式(4)計(jì)算的最大應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，即設(shè)計(jì)指標(biāo)，也就是必須明確 F1疲勞性能指標(biāo)(240 MPa)與應(yīng)力集中系數(shù)符合下述哪個(gè)關(guān)系式:

考慮到EN［3-4］為車軸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且在軸身直徑設(shè)計(jì)中采用了Kf，因此，為與車軸設(shè)計(jì)采用的應(yīng)力集中系數(shù)一致，F(xiàn)1軸的疲勞試驗(yàn)選擇了式(6)確定疲勞載荷。由于Kt和Kf數(shù)值的差別，此選擇表明施加的疲勞載荷高于采用式(5)對(duì)應(yīng)的載荷，也意味著車軸的安全系數(shù)更高。由式(2)、式(5)和式(6)可計(jì)算出疲勞載荷增加了14%。

3 高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)方法

3.1 疲勞試驗(yàn)方法的主要內(nèi)容

高速空心車軸的疲勞試驗(yàn)在懸臂梁式疲勞試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，該試驗(yàn)臺(tái)可對(duì)車軸的軸身、軸頸和輪座等部位分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)考核。

車軸疲勞試驗(yàn)方法主要包括以下內(nèi)容:

(1)試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)依據(jù)為EN標(biāo)準(zhǔn)，即EN標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)要求;

(2)判定疲勞試驗(yàn)合格的方法;

(3)車軸試驗(yàn)件和模擬車輪結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì);

(4)車軸試驗(yàn)件和模擬車輪的壓裝配合;

(5)疲勞試驗(yàn)考核截面的確定;

(6)疲勞試驗(yàn)載荷的計(jì)算;

(7)車軸試驗(yàn)件的探傷檢查。

除了第(1)條試驗(yàn)依據(jù)為EN標(biāo)準(zhǔn)外，疲勞試驗(yàn)方法的其他內(nèi)容均需要進(jìn)一步確定，特別是第(3)、第(5)和第(6)條，它們是疲勞試驗(yàn)方法的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，也是本文論述的重點(diǎn)。

3.2 疲勞試驗(yàn)方法主要內(nèi)容的確定

3.2.1 判定疲勞試驗(yàn)合格的方法

每個(gè)考核部位需要測(cè)試的試件數(shù)量為3根。試驗(yàn)軸上考核部位的尺寸、幾何形狀和制造工藝與實(shí)際車軸一致。通過107疲勞試驗(yàn)后，經(jīng)探傷檢查所有試驗(yàn)軸均沒有裂紋出現(xiàn)，即認(rèn)為通過全尺寸實(shí)物疲勞試驗(yàn)。

3.2.2 車軸試驗(yàn)件、模擬車輪結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)

車軸試驗(yàn)件和模擬車輪的結(jié)構(gòu)及尺寸均需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)原則如下:

(1)車軸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)

①車軸試驗(yàn)件考核部位滿足EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求;

②車軸試驗(yàn)件考核部位的結(jié)構(gòu)和尺寸及制造工藝與實(shí)際車軸一致;

③車軸試驗(yàn)件在疲勞試驗(yàn)中非考核部位不首先發(fā)生失效;

④滿足疲勞試驗(yàn)臺(tái)對(duì)車軸試驗(yàn)件的安裝、連接、加載等要求。

針對(duì)以上設(shè)計(jì)原則，幾種車軸試驗(yàn)件的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

F1:考核部位是軸身向輪座的過渡區(qū)域。當(dāng)考核位置應(yīng)力達(dá)到要求值240 MPa時(shí)，原輪座部位的應(yīng)力已遠(yuǎn)高于其規(guī)定的疲勞極限132 MPa。為避免試驗(yàn)過程中輪座部位出現(xiàn)疲勞斷裂，需加大輪座直徑，同時(shí)兼顧輪座與軸身直徑之比不超過1.2，最終確定輪座直徑。

F2:依據(jù)EN標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)［3］進(jìn)行缺口設(shè)計(jì)，F(xiàn)2軸采用實(shí)心軸，缺口幾何尺寸見圖1。

圖1 F2的缺口幾何尺寸

F4:為考核輪座部位，試樣結(jié)構(gòu)和尺寸與實(shí)物車軸一致。

F5:為滿足加載要求，試件軸頸尺寸加長(zhǎng)。

(2)模擬車輪

模擬車輪是車軸與疲勞試驗(yàn)臺(tái)間的連接件，輪轂與車軸試驗(yàn)件進(jìn)行過盈裝配，其輪輞通過螺栓與試驗(yàn)臺(tái)連接。因此，模擬車輪的設(shè)計(jì)原則為輪轂根據(jù)車軸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)，輪輞根據(jù)疲勞試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)。同時(shí)保證車輪有足夠的強(qiáng)度，以免試驗(yàn)過程中發(fā)生斷裂，其他部位滿足連接要求。

3.2.3 車軸疲勞試驗(yàn)考核截面的確定

F1、F2、F4、F54個(gè)考核截面的確定方法如下:

F1:考核軸身和輪座間過渡圓弧最大應(yīng)力截面位置的疲勞性能，因此最大應(yīng)力截面即為考核截面。有2種確定F1軸考核截面的方法:(1)EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的應(yīng)變計(jì)法，貼片示意圖見圖2。(2)文獻(xiàn)［6］方法:依據(jù)文獻(xiàn)［6］以圓弧與軸身相切點(diǎn)為起點(diǎn)的1/3圓弧處規(guī)定為最大應(yīng)力截面位置。對(duì)本試驗(yàn)用F1，最大應(yīng)力截面位置為距離輪座26.7 mm。

圖2 F1試件貼片示意圖

表2為兩種方法確定的最大截面位置距輪座邊緣的距離，其中，為比較貼片法測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定程度，在2根軸上分別貼片進(jìn)行了測(cè)量。

表2 兩種方法確定的最大應(yīng)力截面位置

上述結(jié)果表明:由于應(yīng)變計(jì)法的精度受表面光潔度、應(yīng)變片間距、貼應(yīng)變計(jì)技術(shù)等因素影響較大，2次測(cè)量結(jié)果有一定差別;而文獻(xiàn)［6］方法確定的最大應(yīng)力截面位置只與圓弧的幾何形狀有關(guān)，且數(shù)值在應(yīng)變計(jì)法2次測(cè)量值之間，所以正式試驗(yàn)時(shí)選擇文獻(xiàn)［6］方法確定最大應(yīng)力截面位置。

F2:考核軸身開槽部位的疲勞性能。本試驗(yàn)確定開槽位置的原則是避開兩邊圓弧(軸身向輪座過渡圓弧，防塵板座向軸身過渡圓弧)，且理論計(jì)算出的加載力處于試驗(yàn)臺(tái)作動(dòng)器的中值左右。

F4:考核車軸和車輪配合的輪座部位的疲勞性能。按EN標(biāo)準(zhǔn)確定考核截面位置為距輪座邊緣10 mm處。

F5:考核軸頸與軸承配合部位的疲勞性能，疲勞試驗(yàn)也是在軸頸裝配軸承的條件下進(jìn)行。本研究選定考核截面位置為軸承與軸頸接觸的最遠(yuǎn)位置，該截面實(shí)際也是軸頸的最大應(yīng)力截面。

上述各部位的具體考核截面位置見圖3。

3.2.4 車軸疲勞載荷的確定方法

(1)F1部位疲勞載荷

對(duì)EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩種確定疲勞載荷的方法進(jìn)行了比較。

①梁理論計(jì)算法確定疲勞載荷

根據(jù)前面對(duì)F1疲勞性能指標(biāo)含義的分析，采用式(6)得出σ名義應(yīng)力如下:

圖3為F1的受力模型，由式(2)得到作用于圖3的加載力(疲勞載荷)F的計(jì)算公式如下:

圖3 F1受力模型

需要特別說明的是，圖3中的“加載力F”為包括F1軸在該加載點(diǎn)的有效自重、加載裝置自重及實(shí)際加載命令值的合力(以下同)。

由上可知，梁理論計(jì)算法的步驟:用前述應(yīng)變計(jì)法或文獻(xiàn)［6］法確定最大應(yīng)力截面位置，通過式(7)計(jì)算名義應(yīng)力，再通過式(8)計(jì)算疲勞載荷。

②應(yīng)變計(jì)法確定疲勞載荷

由于EN標(biāo)準(zhǔn)沒有給出該方法詳細(xì)的試驗(yàn)和計(jì)算過程，因而研究確定了下述應(yīng)變計(jì)法的試驗(yàn)過程。

首先采用應(yīng)變計(jì)法或文獻(xiàn)［6］法確定最大應(yīng)力截面位置，如圖4所示的 C截面，并通過式(7)計(jì)算σ名義應(yīng)力值。然后，依據(jù)A、B、C 3點(diǎn)的軸向名義應(yīng)力存在的線性變化關(guān)系，由A、B 2個(gè)位置所測(cè)的應(yīng)力值外推計(jì)算出C點(diǎn)應(yīng)力值σC，并加載使σC=σ名義應(yīng)力，所對(duì)應(yīng)的載荷即為F1的疲勞載荷。根據(jù)A、B點(diǎn)應(yīng)變計(jì)所測(cè)應(yīng)力計(jì)算C點(diǎn)應(yīng)力的公式如下:

式中σA、σB為A、B 2點(diǎn)由應(yīng)變計(jì)測(cè)試的應(yīng)力;

σC為式(9)計(jì)算出的應(yīng)力;

a、b為圖4中對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。

圖4 F1貼應(yīng)變計(jì)位置

表3為兩種方法確定的疲勞載荷試驗(yàn)結(jié)果。

表3 應(yīng)變計(jì)法和梁理論計(jì)算法確定的疲勞載荷

上述結(jié)果表明，在EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩種確定疲勞載荷的方法中，梁理論計(jì)算法確定的疲勞載荷比應(yīng)變計(jì)法高。主要原因是應(yīng)變計(jì)法的精度受表面光潔度、過渡圓弧幾何尺寸、貼應(yīng)變計(jì)技術(shù)等多種因素影響。而在最大應(yīng)力截面位置和加載位置確定的條件下，梁理論計(jì)算的疲勞載荷只與軸的幾何尺寸有關(guān)?？紤]到梁理論計(jì)算法的準(zhǔn)確性和一致性，以及梁理論計(jì)算的疲勞載荷高于應(yīng)變計(jì)法的疲勞載荷，正式試驗(yàn)時(shí)選擇了梁理論計(jì)算法。這意味著車軸將有更大的安全系數(shù)。同理，下面的F2、F4、F5的疲勞載荷也選擇了梁理論計(jì)算法。

(2)F2部位疲勞載荷

表1中F2部位的疲勞性能指標(biāo)σ為96 MPa，此即為梁理論計(jì)算用的σ名義應(yīng)力。疲勞載荷計(jì)算的受力模型如圖5，作用于圖5的加載力(疲勞載荷)F通過梁理論計(jì)算得出，計(jì)算公式如下:

圖5 F2考察位置及受力模型

(3)F4部位疲勞載荷

F4部位的疲勞性能指標(biāo)σ為132 MPa，此即為梁理論計(jì)算用的σ名義應(yīng)力。受力模型如圖6，作用于圖6的加載力F通過梁理論計(jì)算得出，計(jì)算公式為(10)，公式中各參量針對(duì)F4部位。

圖6 F4考察位置及受力模型

(4)F5部位疲勞載荷

F5部位的疲勞性能指標(biāo)σ為113 MPa，此即為梁理論計(jì)算用的。受力模型如圖7，作用于圖7的加載力F通過梁理論計(jì)算得出，計(jì)算公式為(10)，公式中各參量針對(duì)F5部位。

圖7 F5考察位置及受力模型

4 高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)結(jié)果

高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)條件:室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞，轉(zhuǎn)速為650 r/min。試驗(yàn)結(jié)果列于表4。

試驗(yàn)結(jié)果表明新研制的空心車軸疲勞性能滿足EN標(biāo)準(zhǔn)的要求。與此同時(shí)，對(duì)全尺寸疲勞試驗(yàn)方法的探討也表明其方法是合理可行的。

表4 研制的高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

(1)車軸的主要失效方式為疲勞失效，全尺寸實(shí)物疲勞試驗(yàn)是對(duì)車軸疲勞性能進(jìn)行全面考核和檢驗(yàn)的重要措施和手段。

(2)研究了EN標(biāo)準(zhǔn)中F1軸身疲勞性能指標(biāo)的含義，闡述了該指標(biāo)與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系。選擇了較高疲勞載荷水平對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中系數(shù)，使車軸得到了更高的安全系數(shù)。為F1軸身疲勞載荷的確定提供了依據(jù)。

(3)在EN標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)方法，據(jù)此對(duì)國(guó)產(chǎn)高速空心車軸進(jìn)行了全尺寸疲勞試驗(yàn)，并全部通過了規(guī)定考核指標(biāo)。

(4)高速空心車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)研究表明:所規(guī)定的試驗(yàn)方法及其技術(shù)要求是合理和可行的。

(5)本研究對(duì)國(guó)內(nèi)高速車軸全尺寸疲勞試驗(yàn)技術(shù)有一定參考意義和實(shí)用價(jià)值。

［1］ EN 13261 Railway Applications-Wheelsets and bogies-Axles-Product requirements［S］.

［2］ EN 13260 Railway Applications-Wheelsets and bogies-Wheelsets-Product requirements［S］.

［3］ EN 13103 Railway Applications-Wheelsets and bogies-Wheelsets-Non-powered axles-design method［S］.

［4］ EN 13104 Railway Applications-Wheelsets and bogies-Wheelsets-powered axles-design method［S］.

［5］ TB/T 2395-2008 鐵道機(jī)車車輛動(dòng)力車軸設(shè)計(jì)方法［S］.

［6］ TB/T 2705-1996 車輛車軸設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算方法［S］.

［7］ TB/T 2705-2010 鐵道車輛非動(dòng)力車軸設(shè)計(jì)方法［S］.

［8］ 中國(guó)鐵路總公司科技裝函［2013］49號(hào)，時(shí)速 200～250 km動(dòng)車組用車軸試制技術(shù)條件(暫行)［S］.

Investigation on the Fatigue Test Method of Full Scale Hollow Axle for High Speed Trains

RU Jilai1，ZHAO Lei2，ZHOU Huihua3，SHI Huiji3，GU Jialin3，PAN Tao3，4，LIU Shuhua1，WU Haiying5，ZHU Jing3
(1 Metal and Chemistry Research，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China; 2 Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co.，Ltd.，Qingdao 266031 Shandong，China; 3 School Of Materials Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China; 4 Central Iron＆Steel Research Institute，Beijing 100081，China; 5 Jingxi Axle Company Limited，Taiyuan 030027 Shanxi，China)

The main failure mode of hollow axle in high speed trains is fatigue failure.Therefore，the fatigue property of an axle is the crucial evaluated property in its development and manufacture.The fatigue property parameters and basic requirements for the fatigue test on full scale axles have been formulated in the standards in Europe，namely EN standards.Based on EN standards，the method of fatigue test for a hollow axle has been established，with which the fatigue test on developed axles have been carried out for the first time domestically.The problems such as the design of testing axles，the definition of the testing position and the calculation of fatigue loading have been discussed.Meanwhile，the implication of the fatigue property parameter of F1given in EN standards has been elaborated，which will provide the basis for the fatigue loading calculation of F1.The discussion of the fatigue test method and test results of axles show that the established method for full scale fatigue test and its technical requirements are reasonable and feasible.The study in the present paper will have a certain reference significance and practical value for the technology of the fatigue test as well as the establishment of the related domestic specification about the fatigue test on full scale axles.

high speed train;hollow axle;fatigue property;fatigue test of full scale axle

U292.91+4

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.02

1008－7842(2015)01－0009－06

*科技部創(chuàng)新方法工作專項(xiàng)項(xiàng)目(2009IM030600、2010IM030200);原鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃重大課題(2009J015);北京市科技計(jì)劃課題研發(fā)攻關(guān)類項(xiàng)目(D090803044309001);教育部自主科研計(jì)劃(2010Z06103);中國(guó)南車四方機(jī)車車輛股份有限公司動(dòng)車組引進(jìn)技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新項(xiàng)目《四合2007技開王字03號(hào)》

2—)男，副研究員(

2014－07－21)