摘要：提供了一種測(cè)試線軸車橋性能的臺(tái)架試驗(yàn)方法。根據(jù)線軸車橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及在掛車上的安裝方式和使用情況，開發(fā)、設(shè)計(jì)了工裝及臺(tái)架測(cè)試方法，并通過計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，該測(cè)試方法能夠更科學(xué)地檢測(cè)和評(píng)價(jià)線軸車橋的性能。

關(guān)鍵詞：線軸車橋；有限元；試驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)：U463 收稿日期：2022-12-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.03.022

1 前言

由于線軸橋結(jié)構(gòu)的特殊性，現(xiàn)行推薦標(biāo)準(zhǔn)JT/T475-2020《掛車車軸》中規(guī)定的測(cè)試方法并不適用于線軸車橋的性能檢測(cè)。本文將提供一種適用于線軸車橋臺(tái)架測(cè)試的方法，通過與普通掛車車橋試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比，說明這種測(cè)試方法的合理性及實(shí)用性。

2 線軸車橋測(cè)試方法

線軸車橋的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（圖1），與掛車縱梁是剛性連接。線軸車橋性能測(cè)試臺(tái)架方法分為三個(gè)部分：垂直彎曲剛度、強(qiáng)度測(cè)試（圖2）及垂直彎曲疲勞壽命測(cè)試（圖3）。

2.1 垂直彎曲剛度測(cè)試

將線軸單元安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，載荷作用點(diǎn)為小軸端，加載載荷為額定載荷的一半，支承點(diǎn)為橋管的輪距位置，支承點(diǎn)應(yīng)能滾動(dòng)或滑動(dòng)，以保證加載時(shí)不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。

在樣品的底板位和橋管中心分別放置測(cè)量形變量的百分表。

沿與車軸水平面中心線垂直方向，在1 min 內(nèi)，預(yù)加額定軸荷于載荷作用點(diǎn)上，保持3 min，然后卸載，重復(fù)3 次。

預(yù)加載荷2 kN±0.2 kN，以此狀態(tài)作為測(cè)量基準(zhǔn)，在1 min 內(nèi)逐步加載額定軸荷于載荷作用點(diǎn)，記錄并計(jì)算各測(cè)量點(diǎn)的位移量。重復(fù)3 次，計(jì)算各測(cè)量點(diǎn)3 次測(cè)量結(jié)果最大值。

按下式計(jì)算車軸剛度f：

式中，f 為剛度；Smax 為所有測(cè)量點(diǎn)中的位移量的最大值，mm；TR 為輪距，m。

2.2 垂直彎曲靜強(qiáng)度測(cè)試

線軸車橋的垂直彎曲靜強(qiáng)度測(cè)試方法采用“兩承一壓一拉”的形式，即支承橋管兩端輪距位置，載荷加載在回轉(zhuǎn)梁的小軸端，回轉(zhuǎn)梁的大軸端與測(cè)試臺(tái)鐵地板通過螺栓鎖緊。由于這種測(cè)試方式類似于杠桿原理。所以，實(shí)際加載在作用點(diǎn)處的載荷為直接加載在軸管中間位置載荷的一半。這樣的加載形式，既降低了加載載荷，又減低了對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求，還保證了設(shè)備試驗(yàn)時(shí)的穩(wěn)定性。

對(duì)線軸單元進(jìn)行安裝，并布置百分表。

沿著與車軸水平面中心線垂直的方向預(yù)加載荷2 kN±0.2 kN，以此狀態(tài)作為測(cè)量形變基準(zhǔn)。

以相當(dāng)于4.5 倍的額定軸荷作用于載荷作用點(diǎn)，然后卸荷至預(yù)加載荷，記錄此時(shí)橋管中間位置的殘余變形量，其值不大于輪距（TR）的0.2%。

每次累計(jì)增加0.5 倍額定軸荷進(jìn)行加載，重復(fù)加載、卸載試驗(yàn)，記錄每次載荷及橋管中間位置的殘余變形，直至最大的殘余變形量達(dá)到或超過輪距的0.2%，此時(shí)或前次載荷即為垂直彎曲失效負(fù)荷。

按下式計(jì)算抗垂直彎曲后備系數(shù)Kn：

Kn=Pn/P （2）

式中，Kn 為抗彎曲后備系數(shù)；Pn 為垂直彎曲失效負(fù)荷，kN；P 為額定軸荷，kN。

2.3 垂直彎曲疲勞壽命測(cè)試

線軸車橋的疲勞壽命測(cè)試方法，是“兩承兩壓”形式，即回轉(zhuǎn)梁的小軸端和大軸端為兩支承點(diǎn)，載荷加載在橋管兩端輪距位置。試驗(yàn)載荷作用點(diǎn)、支撐點(diǎn)位置如圖3 所示。

將線軸單元（含附件）安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，支撐點(diǎn)應(yīng)能滾動(dòng)，以保證加載時(shí)不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。

試驗(yàn)載荷為正弦脈沖循環(huán)載荷，其大小為0.25～2.5倍的額定軸荷，試驗(yàn)機(jī)頻率不大于10 Hz。

沿與軸管水平面中心線垂直方向，施加試驗(yàn)載荷于載荷作用點(diǎn)。

這種測(cè)試方式類似于挑扁擔(dān)，兩個(gè)載荷作用點(diǎn)、一個(gè)支撐點(diǎn)。所以，實(shí)際加載在的每個(gè)作用點(diǎn)處的載荷為加載載荷的1/2。綜上所述，對(duì)線軸掛車車軸而言，垂直彎曲剛度、強(qiáng)度測(cè)試這種新的測(cè)試方法更適用。

3 有限元模擬

根據(jù)線軸實(shí)際用料及結(jié)構(gòu)圖紙建立實(shí)體模型（圖4），通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)線軸車橋的剛度（圖5）、強(qiáng)度（圖6、圖7）和疲勞進(jìn)行有限元分析（圖8、圖9、圖10 和圖11），驗(yàn)證測(cè)試方法的準(zhǔn)確性和可行性。

3.1 剛度分析

剛度模擬結(jié)果為1.9 mm/m，實(shí)際測(cè)試結(jié)果：1.8 mm/m，相對(duì)誤差為：（1.8?1.9）/1.9×100%=-5.3%。

3.2 強(qiáng)度分析

循環(huán)加載卸載，逐漸增加載荷直至750 kN。在提高加載載荷時(shí)，樣品發(fā)生明顯塑性形變。所以，其測(cè)量強(qiáng)度為：750kN/98.1kN=7.6。

破壞壽命為1.09 次，說明該循環(huán)載荷完成一次循環(huán)加載，樣件即破壞。強(qiáng)度模擬結(jié)果為7.5。測(cè)量的相對(duì)誤差為（7.6?7.5）/7.5×100%=1.3%。

3.3 彎曲疲勞分析

彎曲疲勞的計(jì)算結(jié)果表明，樣件壽命為3×106 次。

4 分析比較

通過以上的測(cè)試和計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證可以看出，測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果十分吻合，也充分說明了新的臺(tái)架測(cè)試方法更適用于線軸車橋。

鑒于線軸車橋獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式并結(jié)合日常的普通掛車車軸的檢測(cè)數(shù)據(jù)，及研發(fā)過程中對(duì)線軸車橋的測(cè)試結(jié)果，將線軸車橋的性能要求概括如下：

a. 垂直彎曲剛度：額定軸荷作用下，每米輪距最大變形量不超過2 mm。

b. 垂直彎曲靜強(qiáng)度：垂直彎曲失效（斷裂或嚴(yán)重塑性變形）后備系數(shù)Kn≥6.5。

c. 垂直彎曲疲勞壽命：在2.5 倍額定軸荷作用下，最低疲勞壽命不低于100×104 次。

新方法在運(yùn)行安全性的前提下，更具有穩(wěn)定性、成本低（包括設(shè)備強(qiáng)度和載荷）等特點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，物流行業(yè)和大件運(yùn)輸方向的迅速發(fā)展，給線軸生產(chǎn)廠家?guī)砹司薮蟮氖袌?chǎng)機(jī)遇。線軸結(jié)構(gòu)車軸總量隨著市場(chǎng)的需求逐年增大，使用線軸結(jié)構(gòu)車軸車輛的需求量迅速提升，可以預(yù)見這種新的線軸總成性能臺(tái)架試驗(yàn)方法將會(huì)很快得到掛車車軸行業(yè)的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

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［2］余珩載重貨車后橋疲勞壽命分析［D］武漢：武漢理工大學(xué)，2014.

［3］李平半掛車懸掛系統(tǒng)的分析和改進(jìn)［J］汽車科技，2000（4）：51-55.

作者簡(jiǎn)介：

劉泗楊，男，1981 年生，助理工程師，研究方向?yàn)槠嚵悴考z測(cè)。