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，包括每站的停靠。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。

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 測試設備與數據采集處理

動應力測試采用HP1401B和DDS32數據采集系統；采集方式為全程連續采集，因而能夠保證動應力測試數據的完備性，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據的真實性；

2 轉向架結構應力測試結果

2.1 動車轉向架

齒輪箱吊座附近區域的最大動應力幅值出現在45測點，其值為46.39MPa；電機吊座附近區域最大動應力幅值出現在33測點，其值 為36.78MPa；橫側梁連接部最大動應力幅值出現在44測點，其值為47.86MPa；牽引座附近區域最大動應力幅值出現在5測點，其值為37.86MPa；小縱向梁區域最大動應力幅值出現在13測點，其值為48.3MPa；一系彈簧座旁最大動應力幅值出現在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在90測點，其值為27.22MPa；牽引座附近區域最大動應力幅值出現在74測點，其值為34.78MPa；小縱向梁區域最大動應力幅值出現在82測點，其值為45.2MPa；一系彈簧座旁最大動應力幅值出現在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計計數，編制成應力譜。本研究采用國際上通用的雨流計數法進行應力狀態的循環計數處理，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

齒輪箱吊座附近區域、電機吊座附近區域、橫側梁連接部、牽引座附近區域，小縱向梁區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、牽引座附近區域，小縱向梁區域、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。