吳新豐

【摘 要】介紹了引進(jìn)車型車架的靜強(qiáng)度試驗(yàn)過程，總結(jié)了通過車架試驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為以后其它車架的設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】車架；強(qiáng)度；靜強(qiáng)度試驗(yàn)

CDW32II道岔搗固穩(wěn)定車是我廠引進(jìn)Plasser&Theurer公司先進(jìn)技術(shù)，消化吸收后試制生產(chǎn)的目前最先進(jìn)的道岔搗固穩(wěn)定車。因鐵路總公司相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)[1]的靜強(qiáng)度試驗(yàn)。本文介紹了CDW32II道岔搗固穩(wěn)定車主車架（以下簡(jiǎn)稱車架）靜強(qiáng)度試驗(yàn)過程，總結(jié)通過車架試驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為以后其它車輛車架的設(shè)計(jì)提供參考。

1 車架簡(jiǎn)介及試驗(yàn)引用標(biāo)準(zhǔn)

車架定距為17500mm，車架長(zhǎng)21950mm，車架中部高拱的中縱梁下部約12m長(zhǎng)的范圍用于容納安裝工作小車?？拷嚰芎蟛康闹锌v梁下部吊掛安裝后司機(jī)室，前芯盤梁向后延伸出的平臺(tái)用以吊掛支承工作小車前部，車架前部支承司機(jī)室，安裝車鉤。車架后部則安裝活動(dòng)的牽引梁。因Plasser&Theurer公司車架設(shè)計(jì)參照EN12663標(biāo)準(zhǔn)[2]，而國(guó)內(nèi)對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械車架的靜強(qiáng)度試驗(yàn)沒有適用的標(biāo)準(zhǔn)，因此試驗(yàn)中各參數(shù)的取值參考TB/T 1335標(biāo)準(zhǔn)[1]，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在相同材料下許用應(yīng)力的取值上差異較大，所以在消化吸收時(shí)在不變動(dòng)車架結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)部分結(jié)構(gòu)的材料使用上做了調(diào)整，車架下部平面框架結(jié)構(gòu)的材料為Q345D，對(duì)承載后可能出現(xiàn)的應(yīng)力較大區(qū)域如平面框架以上，包括箱型梁、柱等主要結(jié)構(gòu)的材料提升為Q420D。由于篇幅問題，將車架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與靜強(qiáng)度試驗(yàn)主要的應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布圖合二為一，如圖1所示。

2 靜強(qiáng)度試驗(yàn)過程

對(duì)本車架來說，拉壓試驗(yàn)應(yīng)力對(duì)總應(yīng)力的貢獻(xiàn)能占到70%以上，所以在試驗(yàn)準(zhǔn)備完成后，首先對(duì)車架進(jìn)行了拉伸和壓縮試驗(yàn)，應(yīng)力較大的部分測(cè)點(diǎn)結(jié)果如下表1所示。結(jié)果顯示在拉壓工況下，主截面的應(yīng)力（Z1）能滿足標(biāo)準(zhǔn)[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(cè)試應(yīng)力已經(jīng)超過材料許用應(yīng)力，超過了標(biāo)準(zhǔn)[1]的要求，所以需要對(duì)車架進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

由于工作裝置、司機(jī)室裝配等因素的影響，需要在改動(dòng)盡可能小的情況下通過試驗(yàn)，所以補(bǔ)強(qiáng)方案借助了有限元分析軟件ANSYS[3]?？紤]到車架本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、建模工作量和模型的計(jì)算量，本文選用8節(jié)點(diǎn)殼單元SHELL99。首先對(duì)原車架進(jìn)行了建模計(jì)算，并和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，有限元計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)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(jì)算結(jié)果和表1 各個(gè)位置對(duì)應(yīng)，因此這種計(jì)算方法是可信的。通過提出各種方案，反復(fù)計(jì)算認(rèn)證，選出最優(yōu)方案。對(duì)Z3截面和Z2、Z4、Z5截面區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)完成后，再次進(jìn)行了拉伸和壓縮試驗(yàn)，拉壓試驗(yàn)結(jié)果如下表2所示。結(jié)果顯示，車架經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)后，原危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力整體下降明顯，但還是存在超過了標(biāo)準(zhǔn)[1]要求的應(yīng)力點(diǎn)，所以還需對(duì)車架進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

表2 車架局部點(diǎn)測(cè)試應(yīng)力（MPa）

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力較大的不合格點(diǎn)都發(fā)生在補(bǔ)強(qiáng)后導(dǎo)致的板厚差的臺(tái)階處（Z2、Z3截面），而且從Z2截面數(shù)值對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，在同一截面，不同位置的應(yīng)力相差較大，其對(duì)應(yīng)的實(shí)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(duì)應(yīng)力大小有較大影響，所以還需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以減小應(yīng)力集中的影響，另外完善焊接工藝，改進(jìn)同一截面應(yīng)力不均的現(xiàn)象。在改進(jìn)后再次試驗(yàn)時(shí)拉伸或壓縮工況再合成扭轉(zhuǎn)工況，垂向載荷工況下所有測(cè)點(diǎn)的總應(yīng)力都滿足標(biāo)準(zhǔn)[1]要求，后續(xù)修車工況、起吊工況和剛度試驗(yàn)也都滿足標(biāo)準(zhǔn)[1]要求，順利通過。

3 結(jié)論

通過本次車架的靜強(qiáng)度試驗(yàn)過程，可以總結(jié)出如下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

1）車架除了承受自重載荷、機(jī)構(gòu)載荷等垂向載荷外，在連掛牽引時(shí)還要承受拉伸或壓縮的牽引力，所以在車架設(shè)計(jì)時(shí)主應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少變截面的出現(xiàn)，無法避免時(shí)盡可能采用圓滑緩過渡，減小應(yīng)力集中的影響。

3）車架設(shè)計(jì)應(yīng)充分借助ANSYS等有限元分析軟件，分析結(jié)果可以指導(dǎo)車架設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，減輕車架重量，提高車架使用壽命，提高靜強(qiáng)度試驗(yàn)的一次通過率。

4）因?yàn)橛?jì)算比較復(fù)雜，計(jì)算量大等原因目前還未將車架與焊縫結(jié)合計(jì)算，所以在車架設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮焊縫截面和焊接工藝對(duì)車架的影響。

另外，目前國(guó)內(nèi)外并沒有適用于大型養(yǎng)路機(jī)械車架強(qiáng)度方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，歐洲公司車架設(shè)計(jì)參照EN12663標(biāo)準(zhǔn)[2]，國(guó)內(nèi)公司設(shè)計(jì)參照TB/T 1335標(biāo)準(zhǔn)[1]，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在相同材料下許用應(yīng)力的取值上差異較（下轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)制造的鐵路工程機(jī)械，多年使用下來車架并未出過問題，且由于大型養(yǎng)路機(jī)械連掛時(shí)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(guān)專家學(xué)者早日制定出適合于我國(guó)大型養(yǎng)路機(jī)械的一套試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(guó)慶.軌道除雪車車架靜強(qiáng)度分析及試驗(yàn)[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)力，2014，2：28-30.

[責(zé)任編輯：田吉捷]