夏祥春

（永城職業(yè)學(xué)院 機(jī)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(qiáng)度問題直接關(guān)系到車輛正常運(yùn)行的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。因此，對轉(zhuǎn)向架搖枕進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評價及壽命計算具有很強(qiáng)的必要性。

1 疲勞強(qiáng)度評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)美國AAR機(jī)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析。

2 搖枕的疲勞強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的脈動循環(huán)應(yīng)力-壽命曲線和最大主應(yīng)力考核準(zhǔn)則求出各載荷工況下的損傷，進(jìn)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(qiáng)度進(jìn)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

3 搖枕的疲勞壽命

根據(jù)美國AAR機(jī)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(dāng)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(dú)作用時造成的損傷進(jìn)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(dú)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(yán)重，只要該部位達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)按照規(guī)范中規(guī)定的空車與重車的運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)中的載荷譜，在相應(yīng)的疲勞降低系數(shù)下，運(yùn)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(jìn)行了壽命評估，其壽命為76萬～228萬km。如果按照重車每年運(yùn)行15萬公里計算，則該處疲勞壽命為5.2～15.2年。搖枕強(qiáng)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(xué)的依據(jù)，保證了列車運(yùn)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(biāo)準(zhǔn).AAR機(jī)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)手冊［S］.美國：北美鐵路協(xié)會，1999.