CDW32Ⅱ道岔搗固穩(wěn)定車主車架靜強度試驗過程及經驗總結

吳新豐

【摘 要】介紹了引進車型車架的靜強度試驗過程，總結了通過車架試驗的相關經驗，為以后其它車架的設計提供參考。

【關鍵詞】車架；強度；靜強度試驗

CDW32II道岔搗固穩(wěn)定車是我廠引進Plasser&Theurer公司先進技術，消化吸收后試制生產的目前最先進的道岔搗固穩(wěn)定車。因鐵路總公司相關要求，獲得行政許可的必要條件之一是所有車架需通過滿足標準[1]的靜強度試驗。本文介紹了CDW32II道岔搗固穩(wěn)定車主車架（以下簡稱車架）靜強度試驗過程，總結通過車架試驗的相關經驗，為以后其它車輛車架的設計提供參考。

1 車架簡介及試驗引用標準

車架定距為17500mm，車架長21950mm，車架中部高拱的中縱梁下部約12m長的范圍用于容納安裝工作小車。靠近車架后部的中縱梁下部吊掛安裝后司機室，前芯盤梁向后延伸出的平臺用以吊掛支承工作小車前部，車架前部支承司機室，安裝車鉤。車架后部則安裝活動的牽引梁。因Plasser&Theurer公司車架設計參照EN12663標準[2]，而國內對大型養(yǎng)路機械車架的靜強度試驗沒有適用的標準，因此試驗中各參數(shù)的取值參考TB/T 1335標準[1]，2個標準在相同材料下許用應力的取值上差異較大，所以在消化吸收時在不變動車架結構的前提下對部分結構的材料使用上做了調整，車架下部平面框架結構的材料為Q345D，對承載后可能出現(xiàn)的應力較大區(qū)域如平面框架以上，包括箱型梁、柱等主要結構的材料提升為Q420D。由于篇幅問題，將車架結構簡圖與靜強度試驗主要的應力測點分布圖合二為一，如圖1所示。

2 靜強度試驗過程

對本車架來說，拉壓試驗應力對總應力的貢獻能占到70%以上，所以在試驗準備完成后，首先對車架進行了拉伸和壓縮試驗，應力較大的部分測點結果如下表1所示。結果顯示在拉壓工況下，主截面的應力（Z1）能滿足標準[1]的要求，說明主梁的彎曲截面系數(shù)是足夠的，但車架前后變截面部分的測試應力已經超過材料許用應力，超過了標準[1]的要求，所以需要對車架進行補強。

由于工作裝置、司機室裝配等因素的影響，需要在改動盡可能小的情況下通過試驗，所以補強方案借助了有限元分析軟件ANSYS[3]。考慮到車架本身結構特點、建模工作量和模型的計算量，本文選用8節(jié)點殼單元SHELL99。首先對原車架進行了建模計算，并和試驗數(shù)據(jù)對比，有限元計算結果和試驗數(shù)據(jù)基本吻合，如圖2節(jié)選了拉伸工況下車架上弦梁計算結果和表1 各個位置對應，因此這種計算方法是可信的。通過提出各種方案，反復計算認證，選出最優(yōu)方案。對Z3截面和Z2、Z4、Z5截面區(qū)域補強完成后，再次進行了拉伸和壓縮試驗，拉壓試驗結果如下表2所示。結果顯示，車架經補強后，原危險區(qū)域的應力整體下降明顯，但還是存在超過了標準[1]要求的應力點，所以還需對車架進行補強。

表2 車架局部點測試應力（MPa）

經過研究發(fā)現(xiàn)，應力較大的不合格點都發(fā)生在補強后導致的板厚差的臺階處（Z2、Z3截面），而且從Z2截面數(shù)值對比后發(fā)現(xiàn)，在同一截面，不同位置的應力相差較大，其對應的實際焊縫截面形狀差異也較大，說明焊接工藝包括焊縫的截面形狀，對應力大小有較大影響，所以還需對結構進行改進，以減小應力集中的影響，另外完善焊接工藝，改進同一截面應力不均的現(xiàn)象。在改進后再次試驗時拉伸或壓縮工況再合成扭轉工況，垂向載荷工況下所有測點的總應力都滿足標準[1]要求，后續(xù)修車工況、起吊工況和剛度試驗也都滿足標準[1]要求，順利通過。

3 結論

通過本次車架的靜強度試驗過程，可以總結出如下幾點經驗：

1）車架除了承受自重載荷、機構載荷等垂向載荷外，在連掛牽引時還要承受拉伸或壓縮的牽引力，所以在車架設計時主應力流走向截面的彎曲截面系數(shù)需要足夠大，特別是搗固類等上拱式梁的截面。

2）車架在設計時應盡量減少變截面的出現(xiàn)，無法避免時盡可能采用圓滑緩過渡，減小應力集中的影響。

3）車架設計應充分借助ANSYS等有限元分析軟件，分析結果可以指導車架設計，優(yōu)化設計結構，減輕車架重量，提高車架使用壽命，提高靜強度試驗的一次通過率。

4）因為計算比較復雜，計算量大等原因目前還未將車架與焊縫結合計算，所以在車架設計時要充分考慮焊縫截面和焊接工藝對車架的影響。

另外，目前國內外并沒有適用于大型養(yǎng)路機械車架強度方面的相關標準，歐洲公司車架設計參照EN12663標準[2]，國內公司設計參照TB/T 1335標準[1]，2個標準在相同材料下許用應力的取值上差異較（下轉第155頁）（上接第164頁）大。CDW32II道岔搗固穩(wěn)定車是Plasser&Theurer公司于1991年設計制造的鐵路工程機械，多年使用下來車架并未出過問題，且由于大型養(yǎng)路機械連掛時須掛于列尾，連掛牽引工況要比貨車和客車好很多，所以希望相關專家學者早日制定出適合于我國大型養(yǎng)路機械的一套試驗標準。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵道車輛強度設計及鑒定規(guī)范[S].TB/T 1335-1996.

[2]BRITISH STANDARD.Railway applications-Structural requirements of railway vehicle bodies[S].BS EN 12663-2010.

[3]王曉東，茍國慶.軌道除雪車車架靜強度分析及試驗[J].鐵道機車與動力，2014，2：28-30.

[責任編輯：田吉捷]