李向偉,方 吉1,,李文全,張 強,趙尚超

(1.大連交通大學(xué) 機車車輛工程學(xué)院, 遼寧 大連 116028；2.中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

重載鐵路貨車的載重大、 編組長，這必然會造成結(jié)構(gòu)受到更大的垂向與縱向載荷，因此對其抗疲勞性能的考核也更加嚴(yán)格。當(dāng)前對于重載貨車關(guān)鍵零部件的疲勞可靠性研究已取得了明顯進步，有效支撐了相關(guān)重載貨車產(chǎn)品的研發(fā)。但是針對核心承載結(jié)構(gòu)的全尺寸車體而言，由于缺少必要的試驗裝備，以往對于這種大型結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性研究還僅僅依賴于仿真計算或線路動應(yīng)力測試，因此對其實際全壽命周期的抗疲勞性能的評價必然會出現(xiàn)偏差，這也是引起一系列車體結(jié)構(gòu)疲勞失效，造成經(jīng)濟損失和安全隱患的主要原因之一[1-5]。

基于此，中車齊齊哈爾車輛有限公司設(shè)計建造了我國首臺鐵路貨車車體疲勞試驗臺，該試驗臺能滿足45 t軸重以下的重載鐵路貨車全尺寸車體疲勞試驗的要求，并可適用于標(biāo)準(zhǔn)軌、窄軌或?qū)捾壍蔫F路貨車，還具有整車振動試驗及轉(zhuǎn)向架參數(shù)測定等功能[6]。與此同時圍繞重載鐵路貨車車體疲勞壽命的有效性評估，在試驗裝備開發(fā)、線路響應(yīng)測試及模擬試驗方法等方面開展了深入研究，并以澳大利亞BHP40 t軸重礦石車、神華專用線C80鋁合金車等車型為實例開展了疲勞試驗，有效評估了這些車體結(jié)構(gòu)的抗疲勞可靠性，驗證了該試驗臺的加載能力及模擬試驗方法，并為其他重載貨車產(chǎn)品的研發(fā)提供了良好借鑒。

1 車體疲勞試驗臺的設(shè)計

為了避免試驗誤差，要求我們在試驗時盡可能采用與實際一致的全尺寸結(jié)構(gòu)，并盡可能采用與實際一致的真實載荷，這也是試驗研究人員所追求的目標(biāo)。在航空工業(yè)中(同樣適用于汽車和鐵路行業(yè))常用“金字塔法則”描述各種尺度下從小試樣到全尺寸結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的疲勞試驗流程，如圖1所示?！敖鹱炙钡讓釉囼炈栀M用較低，試樣個數(shù)通常也比頂層的全尺寸結(jié)構(gòu)要多。同樣，試驗中所施加的載荷也應(yīng)盡可能地接近實際情況(見圖2)，這樣才能得出與實際更為接近的試驗結(jié)果。

圖1 疲勞試驗的“金字塔法則”

圖2 試驗加載載荷的“金字塔法則”

然而對于全尺寸車體這種大型結(jié)構(gòu)件，尤其是針對重載貨車載荷工況的要求，如何才能從試驗原理上實現(xiàn)與線路運行工況一致的加載條件，這不但需要設(shè)計特殊的加載試驗臺，還需要在試驗效率及模擬精度上進行系統(tǒng)研究。

全尺寸車體疲勞試驗臺主要由液壓控制系統(tǒng)、機械傳動控制系統(tǒng)、安全保護及監(jiān)控系統(tǒng)、測試信號采集與處理系統(tǒng)、工裝配套設(shè)施等組成。車鉤一端有縱向加載桿，另一端是縱向約束裝置。車體的橫向激振來自于搖枕的橫向作動器，車體的垂向和側(cè)滾振動來自于搖枕左右兩側(cè)的垂向位移控制器，另外在搖枕兩側(cè)縱向安裝有縱向作動器，控制搖枕的縱向振動和搖頭振動[7]。疲勞試驗臺的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1—縱向約束桿；2—模擬搖枕垂向作動器；3—模擬搖枕橫向作動器；4—模擬搖枕縱向作動器；5—縱向加載桿；6—空氣彈簧支撐裝置；7—模擬搖枕；8—縱向加載框架。圖3 疲勞試驗臺結(jié)構(gòu)示意圖

試驗臺各作動器的主要設(shè)計參數(shù)見表1，車鉤力作動器最大激振力3 500 kN，垂向作動器每個最大激振力630 kN(4個作動器垂向總載252 t)，工作頻率范圍0～30 Hz，因此該試驗臺可滿足長編組、大軸重的重載貨車加載能力要求。

表1 車體疲勞試驗臺作動器主要參數(shù)

在試驗時將被試車體放置在前后兩個模擬搖枕上。模擬搖枕由空氣彈簧支承，用于抵消貨車車體和裝載貨物的垂向自重。模擬搖枕的縱向作動器，既能平衡車體前后車鉤力的變化，又可產(chǎn)生繞心盤的回轉(zhuǎn)力矩，方便模擬轉(zhuǎn)向架相對于車體的扭轉(zhuǎn)振動及因此而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩作用。

該疲勞試驗臺即可模擬車輛運行過程中車體承受的垂向、橫向和縱向激振載荷，同時還可以模擬運行過程中車鉤力的變化，通過特殊的控制系統(tǒng)實現(xiàn)車體在臺架上的振動與受力情況與線路上基本保持一致，從而滿足了模擬線路運營狀態(tài)下的車體疲勞試驗的基本要求。

2 全尺寸車體疲勞的模擬試驗原理

獲得車體在車輛運營期間的線路動態(tài)響應(yīng)譜，是進行車體疲勞試驗的第一步。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后形成試驗臺的目標(biāo)信號，其中包括能反映車體在線路上的實際運行狀態(tài)的加速度信號，能反映疲勞關(guān)注部位的應(yīng)力信號及反映車體受縱向載荷的車鉤力信號，有了這些處理好的原始數(shù)據(jù)就可以進行下一步的模擬試驗。

全尺寸車體疲勞模擬試驗要解決的兩大關(guān)鍵技術(shù)：一是如何才能較準(zhǔn)確的模擬車體在線運行條件下的狀態(tài)，二是如何縮短疲勞試驗的時間(即加速疲勞試驗)。因此要求疲勞試驗臺具有垂向、橫向、縱向及車鉤力等加載能力，同時具有先進的控制系統(tǒng)能夠保證所加載的載荷大小及相位與線路條件一致。另外，為縮短試驗時間提高試驗效率，需要對線路測試數(shù)據(jù)進行壓縮處理，即剔除對車體產(chǎn)生疲勞損傷較小的載荷事件，同時保留對車體疲勞影響比較大載荷的大小、頻率及相位等信息，從而達到加速疲勞試驗的目的[2]。

2.1 線路運行模擬原理

貨車通常采用長編組運營方案，每一輛貨車都會承受車鉤傳遞的縱向載荷作用，另外還需要承受來自轉(zhuǎn)向架傳遞的垂向、橫向和扭轉(zhuǎn)載荷作用。這些載荷數(shù)據(jù)可以通過線路試驗測試獲得，但直接測試這些載荷并非易事，需要提前制作對應(yīng)的測力元件并進行安裝調(diào)試，目前工程上通常采用間接的方法來獲得這些載荷。通過測試車體關(guān)鍵部位的垂向、橫向和縱向振動加速度及應(yīng)變數(shù)據(jù)，然后通過試驗臺再現(xiàn)車體的這些振動狀態(tài)，從而獲得線路模擬載荷。

由于線路運行條件下，轉(zhuǎn)向架和車體是一個相互耦合的系統(tǒng)，而試驗臺的模擬搖枕是通過空氣彈簧與作動器支撐，因此即使通過試驗臺的控制系統(tǒng)，能夠使得模擬搖枕的運動姿態(tài)與線路一致，但由于試驗臺架的系統(tǒng)固有頻率及減振機制與整車系統(tǒng)(帶轉(zhuǎn)向架)不同，因此當(dāng)模擬搖枕的振動狀態(tài)與線路運行狀態(tài)基本一致后，傳遞到車體的載荷與線路也可能不一致，為了解決這個問題，這里采用基于時域的迭代技術(shù)來反求加載作動器的驅(qū)動載荷(時域迭代算法TWR - Time Waveform Replication)，通過迭代處理非線性問題。

基于TWR迭代線路模擬方法的流程如圖4所示。車體安裝于疲勞試驗臺架之后與試驗臺架之間形成一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)的輸入是各個激振作動器驅(qū)動信號，系統(tǒng)的輸出是與線路測試相同的關(guān)鍵測點測試信號。首先可以通過白噪聲信號作為初始輸入信號與系統(tǒng)的輸出響應(yīng)信號求得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣，這個頻率響應(yīng)函數(shù)是系統(tǒng)的固有特征，可以利用該特征以線路試驗關(guān)鍵點的測試信號為目標(biāo)信號，通過迭代的方法來反求作動器的驅(qū)動信號。同時針對每一次迭代的結(jié)果，對驅(qū)動信號頻率成分進行調(diào)整，并將垂、橫向驅(qū)動與縱向驅(qū)動分開創(chuàng)建驅(qū)動信號。

圖4 基于TWR迭代的線路模擬方法

系統(tǒng)的頻響函數(shù)矩陣H(f)可以通過式(1)獲得，即系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣可以根據(jù)輸入驅(qū)動和輸出相應(yīng)互功率譜密度函數(shù)矩陣除以輸入驅(qū)動自功率譜密度矩陣來獲得。

H(f)=Gyx(f)/Gxx(f)

(1)

式中：Gyx(f)為輸入信號和輸出信號的互功率譜密度函數(shù)矩陣；Gxx(f)為輸入信號的自功率譜密度矩陣函數(shù)。

軌道貨車系統(tǒng)在線路運行過程中，由于運行速度相對比較低，主要振動能量集中在低頻段，車體承受的高頻載荷能量比較少，因此采用白噪聲和粉紅噪聲組合的白粉噪聲信號作為初始輸入信號。通常情況下白噪聲信號用來模擬低頻載荷輸入，粉紅噪聲部分模擬高頻載荷輸入。初始輸入信號的幅值采用測試數(shù)據(jù)的3～4倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，起始頻率設(shè)置為0.4～0.6 Hz，截至頻率不超過30 Hz，如圖5所示。

圖5 白粉紅噪聲信號

通過白噪聲輸入獲得系統(tǒng)頻響函數(shù)之后，可以根據(jù)目標(biāo)信號(即線路測試信號)和頻率響應(yīng)函數(shù)之間的數(shù)學(xué)運算關(guān)系式(2)計算獲得初始驅(qū)動信號。

x0(t)=α×IFFT[H(f)-1FFT(y(t))]

(2)

式中：α為增益系數(shù)；y(t)為目標(biāo)信號。獲得比較準(zhǔn)確的系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)是迭代成功與否的關(guān)鍵，合理的系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)可以有效降低系統(tǒng)非線性的影響。同時，需要根據(jù)每一步迭代過程中輸入與輸出的關(guān)系動態(tài)調(diào)整輸入信號的頻率成分，并設(shè)置合理的增益系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，使得系統(tǒng)的響應(yīng)快速逼近目標(biāo)信號。

基于初始輸入信號，對比試驗臺上車體的輸出響應(yīng)信號y(t)與目標(biāo)信號，得到誤差信號e1(t)為

e1(t)=y(t)-y1(t)

(3)

用誤差信號e1(t)結(jié)合頻率響應(yīng)函數(shù)，計算出驅(qū)動信號修正量Δx1(t)為

Δx1(t)=α×IFFT[H(f)-1FFT(e1(t))]

(4)

再根據(jù)修正量Δx1(t)，得到修正后的驅(qū)動信號xi(t)為

x1(t)=x0(t)+Δx1(t)

(5)

對于第i步，修正后的驅(qū)動信號xi(t)為

xi(t)=xi-1(t)+Δxi(t)

(6)

迭代過程中的每一步都需要進行相應(yīng)的誤差計算，評定標(biāo)準(zhǔn)以均方根值表示。

(7)

通過試驗臺的反復(fù)迭代，直到試驗臺上車體的輸出響應(yīng)信號和目標(biāo)信號的誤差達到誤差允許的范圍之內(nèi)，結(jié)束迭代。最后一次所采用的驅(qū)動載荷即為通過迭代方法獲得的與實際線路相等效的驅(qū)動信號。

將通過迭代方法獲得的縱向驅(qū)動載荷與垂、橫向作動器作為初始驅(qū)動載荷共同激勵試驗臺。再次通過迭代方法微調(diào)整垂、橫、縱向驅(qū)動載荷的幅值，使得關(guān)鍵部位應(yīng)力測點每公里的疲勞損傷值與線路測試結(jié)果的誤差保持在5%以內(nèi)。滿足條件的驅(qū)動文件作為最終的疲勞試驗驅(qū)動文件，通過在試驗臺架上重復(fù)該驅(qū)動文件，實現(xiàn)不同里程數(shù)的疲勞試驗。

2.2 加速疲勞試驗原理

根據(jù)以往的經(jīng)驗，軌道貨車車體的疲勞壽命一般比較長，即使產(chǎn)生疲勞失效，一般也是發(fā)生在運營數(shù)年或數(shù)十年之后。如果以線路真實載荷為輸入的疲勞試驗需要進行很長時間的疲勞試驗才能驗證被試驗車體結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性，因此需要研究提高疲勞試驗效率的方法。

目前常用的加速度疲勞試驗的方法主要有：提高加載頻率法、線性強化譜法及小量刪減法。提高加載頻率法要求被試驗對象的固有頻率遠(yuǎn)高于加載頻率，而車體結(jié)構(gòu)頻率一般比較低；線性強化譜法與實際測量數(shù)據(jù)有一定偏差，從而影響試驗精度，這兩種方法都不適合于對車體的疲勞試驗。

由于車體的激勵載荷以低頻為主，高頻振動的能量比較小，所以小量刪減法相對比較適合。通過線路測試數(shù)據(jù)進行時域、頻域分析、雨流統(tǒng)計等，識別對車體疲勞損傷較小的區(qū)段，設(shè)定閾值刪除對車體疲勞損傷影響較小的小載荷事件，從而壓縮試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)加速疲勞試驗。壓縮數(shù)據(jù)的方法主要步驟如下：

(1)將線路試驗測得關(guān)鍵點的應(yīng)力時間歷程去除無效信號、去零漂、濾波等預(yù)處理后進行雨流計數(shù)統(tǒng)計。

(2)針對不同測點的特征選取對應(yīng)的S-N曲線，在雨流計數(shù)統(tǒng)計后計算總損傷，并根據(jù)線路試驗周期，按時間域刪去無損傷或極小損傷的小幅振動波形，如圖6、圖7所示。需要綜合考慮加載時間、成本等問題來選取合適的閾值，應(yīng)充分遵循損傷等效原則，即小載荷循環(huán)舍掉前后車體關(guān)鍵部位的損傷等效。

圖6 S-N曲線示意

圖7 時域曲線中的波形對應(yīng)關(guān)系

(3)為了保持各輸入載荷之間的相位關(guān)系，在刪除無損傷小幅振動波形時，需要做到同步刪除，即按時間段進行刪除，同時需要兼顧其他通道的大幅振動波不被刪除。如圖7所示，3個通道的波形之間存在相位差，只要有一個通道存在較大幅值，另外兩個通過與之對應(yīng)的區(qū)段都需要保留，因此只能刪除3個區(qū)間同時出現(xiàn)無損傷小幅振動波形的區(qū)段(如圖中a、b、c區(qū)域)，這樣即能保證刪減后輸入載荷的相位不變，而且保留了所需要的大幅振動數(shù)據(jù)。

綜上所述，要實現(xiàn)重載貨車車體線路模擬疲勞試驗，首先要針對該車完成一段線路試驗，并通過測試獲得該車線路條件下關(guān)鍵部位的加速度和應(yīng)變數(shù)據(jù)，其次，需要對測試數(shù)據(jù)進行處理獲得壓縮后的測試數(shù)據(jù)，最后利用整車試驗臺的TWR迭代方法獲得等效疲勞損傷的疲勞驅(qū)動載荷文件，通過反復(fù)加載完成貨車車體疲勞模擬試驗。

3 重載貨車車體疲勞試驗關(guān)鍵技術(shù)與實例

由于重載貨車載重大、編組長，列車在運行過程中車體結(jié)構(gòu)承受的垂向與縱向載荷比較大，因此要求車體疲勞試驗裝備應(yīng)該具有足夠的加載能力，其次還要準(zhǔn)確測定車體在重載線路上的動態(tài)響應(yīng)，最后還要采用合理的方法再現(xiàn)模擬車體在線運行狀態(tài)及加速車體疲勞試驗?？紤]到當(dāng)前重載貨車的軸重普遍不高于45 t，另計入1.3倍動荷系數(shù)，垂向總重應(yīng)低于234 t，而該試驗臺可以滿足垂向252 t的動載能力，同時試驗臺的縱向車鉤力作動器施加的縱向激振力范圍為-3 500～3 500 kN，可以不通過緩沖器直接作用在牽引梁上，因此該試驗臺可以滿足目前大部分重載貨車的加載要求。

在滿足上述基本條件后，還需要深入研究線路動響應(yīng)測試技術(shù)，研究模擬車體在線運行狀態(tài)的方法，研究加速車體疲勞試驗技術(shù)及試驗結(jié)果的分析與評估。下面以出口澳大利亞BHP公司的40 t軸重礦石專用敞車為重載貨車的典型實例，詳細(xì)介紹上述各項關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 線路動響應(yīng)測試

出口澳大利亞BHP公司的40 t軸重礦石專用敞車，是世界上重載鐵路貨車的典型代表[8]。為了驗證本文提出的貨車車體疲勞試驗方法的有效性，針對出口的BHP礦石專用敞車進行線路運行試驗及測試。

40 t軸重礦石車線路動態(tài)響應(yīng)的測試線路為紐曼到黑德蘭港之間的主線，單程為430 km，往返860 km。從黑德蘭港到紐曼礦區(qū)先為上坡線路，運行220 km后海拔高度達到500 m左右，之后的210 km基本為平直線路，高度波動在50 m內(nèi)，如圖8所示。測試工況為全工況測試，包括裝載工況，空、重車線路運行工況，撥、翻車工況。列車編組248輛由4臺機車牽引(約4萬t)。線路動態(tài)響應(yīng)測試共進行2列測試車5個編組位置的測試(第7和8、61和62、79和80、93和94、121和122節(jié))。根據(jù)對測試數(shù)據(jù)的處理和分析，選取較為惡劣的121(編號3197號)和122(編號3109號)節(jié)車的測試數(shù)據(jù)作為車體疲勞試驗的動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，具體編組情況如圖9所示。

圖8 測試線路

圖9 測試車編組位置示意

根據(jù)強度分析及試驗，用于車體疲勞損傷監(jiān)控的動應(yīng)力測點布置在車體底架和車體端墻上，具體位置如圖10所示。

圖10 動應(yīng)力測點布置圖

車體底架加速度測點布置在車端鉤門上方、枕梁和車體中梁，如圖11所示。

根據(jù)測試結(jié)果，最大車鉤力發(fā)生在重車線路運行工況中，為2 510 kN，但只出現(xiàn)1次；在1 000～2 000 kN內(nèi)的車鉤力，兩個測試周期的重車線路運行工況中，3197號車鉤共發(fā)生35次，3109號車鉤共發(fā)生17次；兩個測試周期的撥車工況中，3197號車鉤共發(fā)生78次，3109號車鉤共發(fā)生76次；空車線路運行中兩車鉤力都小于800 kN。在500～800 kN內(nèi)的車鉤力，3197號車鉤共發(fā)生10次，3109號車鉤共發(fā)生9次[9]。

經(jīng)對各工況車體應(yīng)變分析可知，3197號測試車在空、重車線路運行和撥車工況中的最大應(yīng)變發(fā)生在中梁Z3斷面下蓋板邊緣處，在翻車工況中的最大應(yīng)變發(fā)生在壓車梁中部下表面的ycl3測點處。將相同測點在不同工況中產(chǎn)生的最大應(yīng)變值進行了比較，如圖12所示。

表2 測點簡化名稱

圖12 相同測點在不同工況中的最大應(yīng)變值對比

從圖12可以看出,橫梁、枕梁和壓車梁測點的最大應(yīng)變值發(fā)生在翻車工況中，中梁和小縱向梁測點的最大應(yīng)變值發(fā)生在重車線路運行中，撥車座和端墻橫帶測點的最大應(yīng)變值發(fā)生在撥車工況中。

3.2 加速疲勞試驗方案

對線路運行采取的加速疲勞試驗方案為：以損傷等效為原則，通過壓縮處理，刪除對車體疲勞不產(chǎn)生或產(chǎn)生極小的損傷的實測數(shù)據(jù)，達到加速疲勞試驗的目的，縮短試驗時間。壓縮過程中，所有測點數(shù)據(jù)要同步壓縮，且保證壓縮后各測點數(shù)據(jù)間的相位關(guān)系不變。

壓縮閾值為各評估點S-N曲線的截止極限，對重車線路運行數(shù)據(jù)進行壓縮，壓縮后數(shù)據(jù)保留時長和壓縮比見表3。

表3 壓縮后數(shù)據(jù)保留時長和壓縮比

對壓縮后的重車線路運行數(shù)據(jù)進行損傷計算，各測點保留損傷情況見表4。

表4 測試周期2的重車線路運行數(shù)據(jù)

從壓縮后的數(shù)據(jù)所保留的損傷比例可以看出，測試周期2中的ycl1_hb_sde、n7、Z3_3109測點保留損傷占原損傷的99.35%、97.13%和99.78%外，其他測點的保留損傷與原損傷一致。

通過對實測數(shù)據(jù)分析可知，車體疲勞損傷主要產(chǎn)生在重車線路運行工況(含翻車機卸載)，空車線路運行工況對車體的疲勞損傷較小，因此車體疲勞試驗可以僅做重車線路運行、撥車和翻車機工況。

3.3 車體疲勞模擬試驗

將被試車體安裝在試驗臺的2個模擬搖枕上，每個模擬搖枕裝有2個垂向作動器和1個橫向作動器，車體兩端的鉤緩裝置用疲勞試驗臺加載裝置替換，車體非手制動機端與試驗臺的縱向加載作動器連接，手制動機端通過連接裝置與試驗臺連接，圖13為被試車體安裝圖。

圖13 40 t軸重BHP公司重載礦石車車體疲勞試驗

重車線路運行工況：在車體疲勞試驗臺上調(diào)整4個垂向作動器和2個橫向作動器的控制信號，直至被試車體枕梁的垂、橫向加速度響應(yīng)信號與目標(biāo)信號相近，形成垂、橫向加載初始驅(qū)動文件，以車鉤力信號作為縱向加載初始驅(qū)動文件[10-13]。

撥車工況：通過調(diào)整縱向作動器的控制信號使被試車體中梁的Z3_3197應(yīng)變測點的響應(yīng)信號與正弦目標(biāo)信號接近，形成撥車工況的初始驅(qū)動文件。

疲勞試驗驅(qū)動文件：對垂、橫、縱向作動器的初始驅(qū)動文件進行微調(diào)，直至被試車體疲勞損傷評估點的總損傷與重車線路運行(含撥車)工況的總損傷接近，形成重車線路運行(含撥車)工況的疲勞試驗驅(qū)動文件。圖14為重車線路運行部分測點的時域信號對比圖，藍(lán)色為目標(biāo)信號，紅色為響應(yīng)信號。

圖14 重車線路運行部分測點的時域信號對比

重車線路運行的驅(qū)動文件時長為224 s，撥車工況的驅(qū)動文件時長為38 s，翻車工況的驅(qū)動文件時長為18.4 s，因此一次往返的驅(qū)動文件總長為280.4 s。按25年全壽命考核，驅(qū)動文件需運行5814次循環(huán)，用時長約為453 h，每天試驗時間按24 h計算，約19 d完成試驗(不包含停臺檢查時間)。

3.4 疲勞試驗結(jié)果分析

試驗過程中等效運行1.67年對車體進行定期檢查，定期檢查分兩種方法：

(1)試驗臺下的全面檢查。在等效運行5、15、25 a時，將試驗車體從試驗臺吊下，對底架焊縫進行磁粉探傷，對側(cè)墻和端墻焊縫進行著色滲透探傷，對車體上邊梁尺寸進行測量。

(2)試驗臺上的目視檢查。在等效運行5、15、25 a時以外的其他定期檢查中，采用目視的方法對車體底架和端墻側(cè)墻狀態(tài)進行檢查，對車體上邊梁尺寸進行測量。在等效運行15 a以后的檢查中增加了車體底架部分焊縫的磁粉探傷。

車體疲勞試驗重車線路運行(含撥車)工況，共運行驅(qū)動文件5814.27次，試驗時間423.15 h，等效重車線路運行250.01萬km和5814次撥車作業(yè)。翻車機工況共運行驅(qū)動文件5814次，試驗時間29.8 h。以上全工況累計試驗時間共452.95 h。

車體疲勞試驗結(jié)束后，對車體疲勞損傷評估點的疲勞試驗累計總損傷與實測線路運行的預(yù)期總損傷進行對比，比較結(jié)果見表5。

表5 疲勞試驗累計總損傷與實測線路運行預(yù)期總損傷比較結(jié)果

試驗結(jié)果表明：以列車編組121、122位置的最不利工況下的測試數(shù)據(jù)所生成的驅(qū)動文件為加載條件，該車評估點累計損傷的模擬試驗與線路實測的相對誤差為-10%～23%，試驗與線路實測結(jié)果相近。試驗檢查發(fā)現(xiàn)在等效重車線路運行150萬km時，壓車梁和撥車座相關(guān)位置產(chǎn)生了疲勞裂紋。在等效重車線路運行250萬km時結(jié)束試驗，上側(cè)梁寬度方向最大變形為7 mm，該變形量在設(shè)計允許公差范圍內(nèi)。全面檢查發(fā)現(xiàn)其他位置狀態(tài)良好，可以達到設(shè)計壽命的要求。該試驗的完成不但評估了40 t軸重BHP重載礦石車的車體疲勞壽命，還充分驗證了該試驗臺的試驗精度、加載能力及試驗程序，同時也證明了上述研究成果的實用性及有效性。

4 結(jié)論

(1)全尺寸車體疲勞試驗臺主要由液壓控制系統(tǒng)、機械傳動控制系統(tǒng)、安全保護及監(jiān)控系統(tǒng)、測試信號采集與處理系統(tǒng)、工裝配套設(shè)施等組成。該試驗臺的車鉤力作動器施加縱向激振力范圍為-3 500～3 500 kN，垂向總動載252 t，可以滿足長編組、大軸重的重載貨車加載能力要求。

(2)全尺寸車體疲勞模擬試驗要解決的兩大關(guān)鍵技術(shù)是“車體在線運行狀態(tài)的模擬和加速車體疲勞試驗”。即通過試驗臺加載系統(tǒng)向車體施加激勵，通過TWR迭代反求作動器驅(qū)動信號的方法，使被試車體在試驗臺上的振動狀態(tài)和受力狀態(tài)與車體在線路運行時基本一致。加速車體疲勞試驗是根據(jù)S-N曲線，在保證相位相同的情況下刪除對車體產(chǎn)生疲勞損傷較小的載荷事件，達到加速疲勞試驗的目的。

(3)40 t軸重BHP重載礦石車車體疲勞試驗的關(guān)鍵技術(shù)包括：動態(tài)響應(yīng)測試、數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的壓縮及驅(qū)動文件的實現(xiàn)等。對該車車體進行疲勞試驗的結(jié)果表明：評估點累計損傷的模擬試驗與線路實測的相對誤差為-10%～23%，試驗與線路實測的結(jié)果相近，充分驗證了該試驗臺的試驗精度、加載能力及試驗程序，同時也證明了上述研究內(nèi)容的實用性及有效性。