新型25B型客车车体静强度试验研究

[摘 要]本文介了新型25B型铁路客车车体结构特点，和车体的静强度试验方法。根据车体静强度的仿真计算结果和试验结果，分析车体底架纵静强度下的受力情况。车体底架承受纵向载荷沿时，牵引梁和枕内纵梁的应力随着受力截面的减小呈阶段性增大的趋势。

[关键词]铁路客车； 车体； 静强度

中图分类号：U270；0239.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0369-02

1 引言

25B型铁路客车是中国自行设计生产的第二代旅客列车，曾广泛应用于全国铁路干线，随着新型空调快速客车的普及，25B型客车逐渐被淘汰，但是在尚未开通电气化铁路的偏远地区及部分支线铁路上，25B型客车仍有用武之地。唐山轨道客车有限责任公司设计了新一代25B型铁路客车，提高了乘客的舒适度，满足乘客对乘车环境的需求。

新型25B型铁路客车车体采用与新空调快速客车相同的箱型无中梁车体，为了保证车体结构满足国家标准要求，唐车公司对车体进行了静强度试验，本文根据模拟载荷的有限元计算结果与静强度试验结果，对车体底架结构的受力情况进行分析。

2 车体结构

2.1 结构特征

新型25B客车车体是大型焊接结构件，整体承载式车体，由底架、左右侧墙、端墙、顶板组成。底架采用边梁承载结构，主要由边梁、牵引梁、枕梁、纵横小梁和波纹地板组成。牵引梁采用刀把梁加斜撑的方式。

2.2 车体主要技术参数（见表1）

3 试验方法

3.1 试验依据

根据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》及TB/T1806-2006《客车车体静强度试验方法》的要求，尽可能真实的模拟车体在各种工况下的载荷和支撑情况。

车体纵向压缩和拉伸模拟：采用连接车钩的丝杠和液压千斤顶，在车钩区域沿车体中心线对车体进行纵向加载，压缩：1180kN；拉伸：980kN。

垂向试验载荷模拟：采用沙袋模拟乘客重量及车辆整备重量，按载客的最大定员载荷均布在车内， 在地板上沿车长方向施加435.1kN（44356kg）垂向均布载荷。

扭转试验：枕梁的4个端部用千斤顶将车体顶起呈水平状态，而后将任意一点上升，施加40kN？m的扭矩使车体扭转，测量车上各点的应力值。

顶车试验：在车内地板上沿车长方向施加垂向均布载荷，架车位将车体顶起，测试各应力测点的应力值，并观察架车位附近结构的局部变形情况。

3.2 测点布置

新型25B客车车体结构和载荷基本上沿纵向中心线对称，车体前后对称，所以主要测量一半车体。试验前采用有限元分析软件对车体进行模拟加载，对车体结构的受力状况进行了初步分析。根据分析结果，以承载构件受力大的部件及应力集中严重处作为研究对象，共布置了138个测点，重点考察了牵引梁、枕梁、边梁、底架纵梁和门角窗角。

3.3 许用应力

车体钢结构材料的许用应力根据TB/T 1335-1996确定，具体数值见表2：

4 试验结果分析

根据试验结果，数据分析侧重于分析纵向压缩和组合工况（垂向和压缩）。通过试验结果与仿真分析的对比，能够更好的揭示车体底架钢结构在静载荷下的应力传递和分布，下面根据不同静载荷工况下分别说明。

4.1 纵向压缩工况

纵向压缩时，载荷主要由车体底架承受。从应力云图分析，纵向压缩载荷沿车体底架中心线传递，在底架的纵向支撑结构截面发生改变的位置发生应力集中，如图中区域A（牵引梁变截面）、B（枕内纵梁变截面）、C（纵梁过渡波纹底板）、D（抬车位）应力较大，应力值超过了139MPa。其中纵梁和波纹底板过渡区域应力最大，达到了157.1MPa。

对比试验后的结果，底架应力集中的部位（图2）与计算结果基本吻合，由于没有中梁，纵向梁过渡区域承受很大的应力载荷。ABCD四个区域测点的应力值都比仿真计算的结果要高，但是均小于第一工况许用应力。沿车体中心线来看，纵向结构的截面变化是导致应力集中的主要原因。

沿从车端到车中间的方向，取底架纵向梁上表面的测点应力值，分析沿中心线的测点应力值的变化梯度（图3），断面1为牵引梁截面积第一次大幅减小，应力很高；断面1到断面3为平直的过渡，应力被分散传递，逐渐减小；断面3到断面4，牵引梁截面再次减少，应力大幅上升；断面5、6为枕内纵梁，其钢板厚度和截面均小于牵引梁，纵向力不能很好的分散传递，导致应力逐渐上升；断面7到断面8为纵向梁向波纹地板过渡，由于仅有波纹地板受力，强度最低，应力也最大。

结果来看，底架中心的应力从枕外向枕内逐渐增大，说明枕内小纵梁和波纹地板承受纵向载荷的能力与箱型中梁比较差，但是车体底架结构仍然能满足纵向压缩要求，而且采用波纹地板大大降低了车体重量，有效的提升载荷。

4.2 垂向载荷和纵向载荷的合成工况

垂向与压缩载荷合成工况是比较严苛的工况，有限元计算的结果如下，车体最大应力为309.7MPa，位于枕梁下盖板上，超过了此部位材料的许用应力161MPa；与枕梁焊接的纵梁有超过材料许用应力194MPa的区域，车体其余部位的应力均小于各部位材料的许用应力。

试验结果如表3：

如表3，合成应力的最大区域与计算结果在枕梁和枕内纵向梁的位置基本吻合，没有超过许用应力的区域，但是各测点的应力值也接近了许用应力，是车体强度的薄弱区域。波纹地板的实际应力比计算结果高，根据现场对车体底架的观察，纵梁向波纹地板的过渡区域的焊点偏少，而且分布并不均匀，怀疑波纹地板的高应力可能与波纹地板和横梁之间焊接质量有关，并且，波纹地板的厚度及承力截面都比纵梁加波纹地板的组合结构少，强度更低。枕梁的实际应力远小于计算结果，说明枕梁的强度满足需求。

5 试验结论

本文根据新型25B型客车的车体静强度试验，对车体底架在静载荷下的受力情况进行分析。

（1）车体底架承受纵向载荷沿时，牵引梁和枕内纵梁截面的应力呈阶段性增大，与其截面的阶段性减小吻合。

（2）枕内纵梁与波纹地板的结构强度小于箱型梁，但是仍然能够满足静强度载荷要求，有利于车体减重。

（3）车体底架在压缩与纵向压缩的合成工况下的应力要高于单独纵向压缩工况，应力分布相似。

参考文献

[1] 史炎.肖绯雄.陈清，机车轻型化车体静强度试验研究[J]，机车电传动，2003，1：45-47.

[2] 青岛四方车辆研究所，新一代25B型硬座车车体静强度试验报告[Z]，青岛.四方车辆研究所，2013，7.

作者简介

李作良（1983-），男，工程师，主要从事铁路客车试验技术方面的研究。