SDB—80型轉向架構架線路動應力測試及壽命評估

侯志林，潘璐，宮高霞，王芳，程春欣

（中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 064000）

1 SDB—80型轉向架構架動應力測試情況簡介

1.1 測試條件

動應力測試在八通線上進行，列車按照要求正常運行，包括每站的?？?。最高運行速度為100km/h。測試時按照滿軸重填裝砂袋。因此測試時2個往返均為滿軸重狀態(tài)。

1.2 動應力測試布片方案

SDB—80型轉向架構架動應力測點分布見圖1，共計93個測點。其中動車轉向架上共有66個測點，拖車轉向架上共有27個測點。動車轉向架上的測點主要分布在電機吊座、齒輪箱吊座、制動器安裝座、橫側梁連接部、牽引拉桿座和小縱向梁等部位。拖車轉向架上的測點主要分布在制動器安裝座、橫側梁連接部、牽引拉桿座和小縱向梁等部位。

1.3 測試設備與數(shù)據(jù)采集處理

動應力測試采用HP1401B和DDS32數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；采集方式為全程連續(xù)采集，因而能夠保證動應力測試數(shù)據(jù)的完備性，這對于疲勞評估而言是必要的；采樣頻率為500Hz，轉向架結構動應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)的真實性；

2 轉向架結構應力測試結果

2.1 動車轉向架

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

圖1

2.2 拖車轉向架

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

3 大應力測點應力譜編制與等效應力幅的確定

3.1 測點應力譜編制

動應力測試記錄的各測點的應力信號是一個隨時間變化的復雜歷程。為了對轉向架各部件的安全可靠性進行評估，需要將各測點的應力時間歷程進行分析與統(tǒng)計計數(shù)，編制成應力譜。本研究采用國際上通用的雨流計數(shù)法進行應力狀態(tài)的循環(huán)計數(shù)處理，并分別編制了轉向架各測點的應力譜，以便按等損傷原則計算其等效應力幅值。

3.2 等效應力幅的計算

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

4 轉向架結構疲勞可靠性評估

在進行疲勞評估時所采用的疲勞強度均與99%的可靠度相對應，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力幅根據(jù)國際著名疲勞學者拉達伊在“焊接結構疲勞強度”專著中介紹的有關實驗結果和方法及有關標準確定。

橫向或縱向承載角焊縫、板邊焊縫，不開坡口時，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力測點部位的等效應力幅，可對這些部位的安全可靠性作如下分析和評估。

4.1 動車轉向架

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

4.2 拖車轉向架

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

5 結語

根據(jù)在滿軸重條件下，八通線2個往返全程動應力實測結果得出如下評估結論。

（1）動車轉向架結構疲勞評估結論如下：動車轉向架結構滿足在八通線運用條件下安全運行375萬公里的要求。

（2）拖車轉向架結構疲勞評估結論如下：在八通線運用條件下拖車轉向架結構滿足安全運行375萬公里的要求。