夏祥春

（永城職業(yè)學院 機電工程系，河南 永城 476600）

搖枕是貨車轉(zhuǎn)向架三大件結(jié)構(gòu)之一，是重要的承載部件，是車輛車體和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間的連接裝置，主要承受和傳遞垂向力、橫向力和縱向力，轉(zhuǎn)向架搖枕的疲勞強度問題直接關(guān)系到車輛正常運行的可靠性、安全性、經(jīng)濟性。因此，對轉(zhuǎn)向架搖枕進行疲勞強度評價及壽命計算具有很強的必要性。

1 疲勞強度評定標準

根據(jù)美國AAR機務(wù)標準中M-202-05“鑄鋼轉(zhuǎn)向架搖枕設(shè)計和試驗規(guī)范”，對搖枕進行疲勞強度分析。

2 搖枕的疲勞強度評定

根據(jù)對搖枕的有限元分析確定搖枕疲勞薄弱部位發(fā)生在下表面中央、下表面漏砂孔、下表面端部拐角。依據(jù)AAR標準的脈動循環(huán)應(yīng)力-壽命曲線和最大主應(yīng)力考核準則求出各載荷工況下的損傷，進而利用Miner線性累積損傷理論求得搖枕各疲勞薄弱部位的總損傷。

依據(jù)疲勞試驗載荷下疲勞薄弱部位損傷計算結(jié)果可以對搖枕疲勞薄弱部位的大應(yīng)力區(qū)的疲勞強度進行評價。在正常鑄造質(zhì)量水平下，總的載荷循環(huán)數(shù)為100萬次時搖枕各部位的疲勞累積損傷值均小于1，也就說明通過100萬次的載荷循環(huán)后該搖枕沒有發(fā)生疲勞破壞，符合強度標準。

3 搖枕的疲勞壽命

根據(jù)美國AAR機務(wù)標準中90.7t敞車重空車載荷譜的記錄里程。依據(jù)應(yīng)力-壽命法，結(jié)合材料的S-N曲線和Miner線性累計損傷法則對搖枕的疲勞壽命進行估計。

由S-N曲線方程，第i級應(yīng)力水平下的壽命為Ni。根據(jù)Miner線性累計損傷法則，單個譜塊作用下?lián)u枕的疲勞損傷為：

式中，D為疲勞損傷值；ni表示某應(yīng)力水平的循環(huán)數(shù)。

當多級載荷譜對搖枕作用時，根據(jù)Miner線性累計損傷法則可知，對每級載荷譜單獨作用時造成的損傷進行累積，最后得到搖枕的總損傷，其計算思路為：先計算每級載荷譜單獨作用時造成的疲勞損傷值DK；再結(jié)合每個譜的記錄里程λK，求出該部位累積損傷之和；最終由總損傷求的搖枕的總壽命。

式中，K為載荷譜數(shù)；λK為第K級載荷譜的記錄里程；DK為第K級載荷譜下該部位的疲勞損傷值；N為搖枕的總壽命。

根據(jù)疲勞試驗載荷下疲勞薄弱部位損傷計算，搖枕疲勞最薄弱部位在下表面的漏砂孔處，該部位損傷最嚴重，只要該部位達到疲勞壽命要求，那么整個搖枕就滿足壽命要求，因此，該部位的壽命就代表了整個搖枕的疲勞壽命。依據(jù)美國AAR標準中的載荷譜，根據(jù)式（1）和式（2）計算可以求出搖枕該部位在不同Kf下的疲勞壽命，也就是搖枕的總壽命。

由AAR載荷譜下?lián)u枕的疲勞壽命可以看出，疲勞降低系數(shù)為2.0時，得到搖枕的疲勞壽命為228萬km，該疲勞降低系數(shù)代表了搖枕的正常質(zhì)量水平，因此，搖枕的疲勞壽命即為228萬km。當按照規(guī)范中規(guī)定的空車與重車的運行里程比0.95計算，可以得到重車情況下?lián)u枕的壽命為15.2年。

4 結(jié)語

依據(jù)AAR標準中的載荷譜，在相應(yīng)的疲勞降低系數(shù)下，運用Miner線性累積損傷法則對搖枕最疲勞薄弱部位（下表面漏砂孔處）進行了壽命評估，其壽命為76萬～228萬km。如果按照重車每年運行15萬公里計算，則該處疲勞壽命為5.2～15.2年。搖枕強度的分析和壽命的估算為工程中搖枕的檢修周期提供了科學的依據(jù)，保證了列車運營的安全性。

［1］王曉明，周業(yè)明，孫厚禮.天津地鐵6號線轉(zhuǎn)向架研制［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，（4）.

［2］美國鐵路標準.AAR機務(wù)標準手冊［S］.美國：北美鐵路協(xié)會，1999.