动车组转向架载荷谱编制及其特性分析

【前言】动车组转向架载荷谱编制及其特性分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1载荷测试与识别 通常假定动车组的载荷具有一定的确定性，以此来进行载荷识别。本文以CRH2103动车组为研究对象，对其构架在运行过程中所受到的动载荷和动应力进行测试，并获得轴箱弹簧垂向和定位转臂横向相应的数据。 1.1垂向载荷的测试 采用EDQ32型动态数据采集仪和...

摘要：采用直接测试的方式对垂向载荷进行识别。利用有限元分析软件ANSYS对转向架定位转臂进行分析，确定载荷测点位置及横向载荷识别方式。对所测数据进行处理后分别编制了浮沉载荷谱、侧滚载荷谱、扭转载荷谱以及横向载荷谱，并针对这四种载荷谱分别绘制了镟轮前后频次图。通过载荷谱及频次图对动车组转向架载荷进行了分析，总结了四种载荷的特性。

关键词：转向架；载荷识别；载荷谱；载荷特性

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/ki.16723198.2017.04.089

毫无疑问，铁路运输在当今的运输方式中占有非常重要的位置。而与社会发展相对应的，便是不断提高的列车运行速度。在此基础上，列车车身关键部位质量的提高就显得更为必要。2009年武广客运专线开通后，铁道部高速动车组，通过长期跟踪研究的主要系统参数测试，探索其高速远距离操作的能力，提出了鸸鹋维护和运营管理的合理化建议，为新高速列车技术的发展提供理论支持和推进。

转向架是动车组的关键部位之一。列车运行过程中，转向架的工况复杂，交变冲击严重，其疲劳特性直接关系到列车的运行安全以及人民的生命安全。对转向架进行疲劳性能研究具有非常重要的意义。

1载荷测试与识别

通常假定动车组的载荷具有一定的确定性，以此来进行载荷识别。本文以CRH2103动车组为研究对象，对其构架在运行过程中所受到的动载荷和动应力进行测试，并获得轴箱弹簧垂向和定位转臂横向相应的数据。

1.1垂向载荷的测试

采用EDQ32型动态数据采集仪和航天数据MDR移动数据记录系统进行数据的采集。将该型动车组的轴箱弹簧以力传感器元件的形式安b在转向架上的4个不同位置，进行垂向载荷的直接检测。图1为常规情况下轴箱弹簧测试电压与测试载荷对应关系。

1.2横向载荷的测试

截至目前，还没有比较准确的方法可以直接测试横向载荷。为确定最佳布片位置，获得轴箱横向载荷，通常采用有限元分析法进行对应系数的确定。基于上述分析，以定位转臂作为悬臂梁结构，用于识别定位转臂受到的动态载荷。

利用Hypermesh对定位转臂进行网格划分。划分结果如图2所示。利用ANSYS对划分好网格的模型进行分析。模型定位转臂一端全约束，另一端施加100kN的单位横向载荷。计算结果如图3所示。

由图3可看出定位转臂内外侧中间根部为载荷的强影响区，该位置可用于测试应变片布片，这样既可以不影响节点横向力在该位置的测试信号，又能消去其他载荷对该位置测试信号的影响。通过有限元分析结果，采用“准静态法”计算得到测点处的载荷系数为：K=100/179.7=0.556kN/Mpa。

2载荷谱编制

采用多通道数据采集系统进行数据采集，对实测数据进行处理，包括格式转换、应变应力转换、未调平衡处理、去零漂处理、异常信号处理、滤波处理、峰谷值挑选、雨流计数法等。利用波动中心法对载荷谱进行编制。将所受载荷分解以下几种：

2.1浮沉载荷谱

在运营过程中，转向架四个位置的轴箱弹簧载荷不断变化，当方向相同时便产生了浮沉载荷。

表1给出了镟轮前后浮沉载荷八级谱。从幅值上看，镟轮前第1级载荷幅值在.35kN左右，第八级在628kN左右，而镟轮后载荷幅值明显小于镟轮前的，最大8级载荷幅值比镟轮前小了2.34kN。从频次角度分析，浮沉载荷的4到8级载荷的频次累积不超过150次，而1到3级累积频次急剧增加，因此浮沉载荷集中在前3级。

根据表1对浮沉载荷进行一维谱频次图绘制。为了便于观察，对累积频次/万公里取常对数，拟合后得到浮沉载荷随运营里程变化曲线图，如图4所示。从中可以看出，经过镟轮后，轮对的踏面得到修正，浮沉载荷幅值相较于镟轮前有所减小，同时考虑到轮对踏面与轮轨的接触，经过磨合后，载荷幅值会有一定降低。

2.2侧滚载荷谱

同轴侧的轴箱弹簧载荷增大或者减小便产生侧滚力矩，构架和车体发生侧滚运动。由载荷系分解实际测试数据进行处理后，得到侧滚载荷数据。

表2所示八镟轮前后载荷谱。从表中可以发现镟轮前后最大载荷为7.17kN，镟轮后最大载荷降低明显。对于频次，第3到第8级载荷谱的和不超过200次，而第1和第2级载荷次数迅速增加，侧滚载荷主要集中在前两级。

图5为侧滚载荷镟轮前后频次图。从图中可以看出镟轮后侧滚载荷有明显降低，镟轮前、磨合期、后的载荷幅值从小到大依次排列，说明了镟轮可以降低侧滚载荷。

2.3扭转载荷谱

由于四个轴箱弹簧载荷随时在变化，当载荷方向相反时，构架受到扭转载荷的作用。

由表3可以看到，扭转载荷的第4到第8级载荷累积不超过100次，而第1到第3级载荷急剧增加，因此扭转载荷集中在前三级。从载荷变化中可以看到，镟轮后每一级的载荷明显小镟轮前。而第1和第2级的频次则迅速增加，扭转载荷主要是集中在前两级中，对构架的疲劳损伤起主导作用。

如图6所示，镟轮前的曲线能够完全包络镟轮后的曲线，显示镟轮后各级的幅值有所减小。

2.4横向载荷谱

计算公式为：

（1）式中Hi（i=1，2，3，4）为四个测力转臂的试验数据。将数据处理得到横向载荷八级谱。如表4所示。从八级谱中可以看出，镟轮前和镟轮后载荷值有明显差别，第八级载荷由镟轮前的12.03kN降到镟轮后的11.10kN，对频次而言，第3级到第8级累积频次不到200次，而从第2级和第1级频次迅速增加，可以看出横向载荷集中在前两级中。

可以看出镟轮前的曲线完全包络了镟轮后的曲线，说明镟轮后横向载荷减小。由于镟轮刚结束，此时轮对与钢轨的接触条件较差，在随后的运营中会有一个磨合期，在磨合期内横向载荷介于镟轮前和镟轮后之间。从频次图中也可以发现横向载荷主要是集中在前两级中。

3结论

通过对转向架垂向载荷及横向载荷的测试数据进行载荷谱编制，可以总结出一下规律：

（1）经过镟轮后，轮对的踏面得到修正，浮沉载荷幅值有所减小，同时考虑到轮对踏面与轮轨的接触经过磨合后，载荷幅值会降低。

（2）从侧滚载荷谱及镟轮前后频次图可以看出镟轮可以降低侧滚载荷。

（3）扭转载荷主要是集中在载荷谱前两级中，对构架的疲劳损伤起主导作用。镟轮前的曲线能够完全包络镟轮后的曲线，显示镟轮后各级的幅值有所减小。

（4）横向载荷主要集中在载荷谱前两级中，镟轮后横向载荷有所减小。

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