淺談動(dòng)車組動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件性能分析論文
由于我國(guó)人口基數(shù)龐大, 經(jīng)濟(jì)也正處于上升發(fā)展期, 因此人們的生活水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距。而鐵路客運(yùn)的載客能力大、價(jià)格相對(duì)低廉,故而成為我國(guó)大陸地區(qū)最主要的旅客運(yùn)輸方式之一。其中, 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架部件的性能在很大程度上決定了動(dòng)車組運(yùn)行的安穩(wěn)性, 所以關(guān)于動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的性能分析尤為重要。
1 動(dòng)車組及其轉(zhuǎn)向架部件性能分析
1 . 1 動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向架部件發(fā)展分析
20世紀(jì)50年代中期,我國(guó)針對(duì)火車的轉(zhuǎn)向架開始進(jìn)行設(shè)計(jì)。其主要型號(hào)設(shè)計(jì)到了101、102以及103型等。其大部分構(gòu)架速度設(shè)計(jì)為1 00KM/H。其主要運(yùn)用于21型火車客車中。但是,由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件落后,轉(zhuǎn)向架也呈現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行能力較差和笨重的缺點(diǎn)。2 0 世紀(jì)50年代末期,四方廠設(shè)計(jì)出了120KM/H速度的202型號(hào)轉(zhuǎn)向架。這種轉(zhuǎn)向架區(qū)別于之前的結(jié)構(gòu),采取鑄鋼H型的構(gòu)架設(shè)計(jì)。這種轉(zhuǎn)向架同時(shí)也采用了閘瓦制動(dòng)、兩系螺旋彈簧懸掛、二系油壓減震器以導(dǎo)柱式軸箱定位裝置等。隨著我國(guó)高速列車?yán)砟畹奶岢鲆约岸啻蔚幕疖囂崴?一大批高速客車轉(zhuǎn)向架應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)引入了動(dòng)車組技術(shù),開發(fā)除了C RH系列的動(dòng)車組的非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和動(dòng)力轉(zhuǎn)向架等。其中,CRH1A動(dòng)車組采取了真空期彈簧轉(zhuǎn)向架, 懸掛采用的是單組鋼簧加單側(cè)拉板定位,基礎(chǔ)自動(dòng)采用了直通式電空自動(dòng)。最為重要的是,CRH1型的中央懸掛采用了橡膠堆和空氣彈簧。隨著時(shí)代的發(fā)展,CRH1、CRH2、CRH3等動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向部架愈發(fā)先進(jìn), 為我國(guó)動(dòng)車組的技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的.基礎(chǔ)。
1 . 2 C R H 2 動(dòng)車組的簡(jiǎn)介及其轉(zhuǎn)向架部件性能分析
同樣,CRH2動(dòng)車組的高速轉(zhuǎn)向架亦是四方股份公司進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)的。總的來說,CRH2的高速轉(zhuǎn)向架運(yùn)用的是無搖枕式的轉(zhuǎn)向架,呈現(xiàn)出H型的構(gòu)架。其中,二系采取了現(xiàn)階段最具高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的空氣彈簧懸掛系統(tǒng)。而且, C RH 2的轉(zhuǎn)向架部件中橫梁承擔(dān)了輔助風(fēng)缸。究其本質(zhì)而言,CHR2動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向架部件傳遞縱向力主要由單拉桿式中央牽引裝置輔助, 其運(yùn)用的抗蛇行減震器不僅可以滿足高速穩(wěn)定性, 亦能滿足其曲線通過性能。
另一方面,CRH2一系采取的是轉(zhuǎn)臂式定位,雙圈鋼圓簧是軸箱彈簧采用的。而車輪采用的是小輪徑,規(guī)格為8 60mm,內(nèi)孔設(shè)置為6 0mm,其對(duì)于簧下重量的減少具有重要作用。而就CRH2型轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)來說,全部車輪都有相應(yīng)的制動(dòng)輪盤, 拖車轉(zhuǎn)向架車軸上方還設(shè)置了專門的制動(dòng)軸盤。就基礎(chǔ)制動(dòng)裝置而言, 其采用的是特殊液壓油缸卡鉗式盤制動(dòng),且體積較小。相較之其他車系而言,CRH2型轉(zhuǎn)向架還設(shè)置了專門的踏面清掃裝置, 以確保能夠?qū)⒄程っ嫔袭愇锴宄瓦\(yùn)行噪聲改善。
2 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)疲勞性能分析
2.1 ASME 標(biāo)準(zhǔn)
A SME標(biāo)準(zhǔn)指的是《網(wǎng)絡(luò)不敏感的結(jié)構(gòu)應(yīng)力法及主S-N曲線法》,由于這種方法主要采用網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算方法以及其S -N曲線模型,故而能夠比較準(zhǔn)確地計(jì)算出空間任意走向的焊縫的疲勞壽命。從焊縫的應(yīng)力來看,可以將其分解成兩個(gè)部分,一是由焊接工藝過程造成的非線性自平衡應(yīng)力,這種應(yīng)力與外力沒有關(guān)系;二是由外力引起且同外力平衡的應(yīng)力, 也就是結(jié)構(gòu)應(yīng)力。
關(guān)于對(duì)疲勞壽命的計(jì)算, 則需要用到斷裂力學(xué)的理論進(jìn)行。由于焊接結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋是客觀存在的, 而從力學(xué)的觀點(diǎn)來看, 其裂紋的擴(kuò)展過程僅僅是一個(gè)純力學(xué)的行為,故而,可以運(yùn)用斷裂力學(xué)理論進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的求解。
2.2 JIS 標(biāo)準(zhǔn)
J IS標(biāo)準(zhǔn)是日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)頒布的有關(guān)車輛轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。這種準(zhǔn)則建立在名義應(yīng)力的基礎(chǔ)上, 由于其主要針對(duì)焊接構(gòu)架, 故而只提供了兩種母材的性能措施。此外,這種準(zhǔn)則明確了重要焊接接頭的疲勞強(qiáng)度極限, 并對(duì)輔助焊接接頭給出了分級(jí)的S -N曲線用于其有限壽命的設(shè)計(jì)。
J IS標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)基于大量疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)而得到的專用的抗疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。雖然這種標(biāo)準(zhǔn)只涉及了兩種材料的焊接結(jié)構(gòu), 但該標(biāo)準(zhǔn)中的抗疲勞設(shè)計(jì)原則具有普遍性,能夠清楚地看出,在焊縫被打磨以后,其疲勞壽命將得到顯著提高。
2 . 3 二者分析比較
就ASME標(biāo)準(zhǔn)來看,其揭示了焊縫的焊根以及焊址上的應(yīng)力集中, 并據(jù)此來定義抗疲勞能力,進(jìn)而給出對(duì)所有焊縫的焊根、焊址全都成立的廣義數(shù)學(xué)公式, 因此其計(jì)算結(jié)果具有唯一性。
J I S標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于疲勞估標(biāo)中, 雖然其在預(yù)測(cè)焊縫的疲勞壽命中得到了普遍的認(rèn)可, 但是這個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)選取的是靠近焊縫某一位置的名義應(yīng)力來評(píng)估疲勞使用壽命。而這就造成J I S標(biāo)準(zhǔn)存在一定的局限性。
3 動(dòng)車組的構(gòu)架疲勞荷載解析
動(dòng)車組疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)的載荷與靜強(qiáng)度載荷是一致的, 且載荷信號(hào)通常考慮的是模擬運(yùn)行于S彎道上向前、向后的加減速過程。
通常來說, 載荷序列是以塊譜的形式表現(xiàn)出來的,而其他諸如均值、幅值以及相位轉(zhuǎn)換與平常相同。在幅值前的符號(hào)- 、±表示的是π 或1 8 0°的相位轉(zhuǎn)換,其中每一個(gè)塊譜的載荷循環(huán)數(shù)以及振動(dòng)時(shí)間也都定義了每一個(gè)塊譜的長(zhǎng)度。
假如作動(dòng)器在所有的載荷循環(huán)中都未起到作用, 那么其振動(dòng)的時(shí)間就是由每個(gè)塊譜的載荷循環(huán)給出的。故而當(dāng)振動(dòng)從第一個(gè)幅值位置開始時(shí), 其信號(hào)中的載荷循環(huán)應(yīng)當(dāng)從此通道的基級(jí), 并在這個(gè)位置進(jìn)行施加循環(huán)數(shù)。
4 結(jié)語(yǔ)
該文就動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架作為研究對(duì)象, 在深刻闡述動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架性能和研發(fā)歷史的基礎(chǔ)上, 論述了動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向架疲勞性能等。同時(shí)也提出了一些可供參考的疲勞強(qiáng)度和性能分析方法。隨著時(shí)代的發(fā)展和鐵路提速, 只有確保了動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件性能得到優(yōu)化和提升才能為動(dòng)車組的安穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。
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