本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，尤其是涉及一種鐵路貨車轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
：轉(zhuǎn)向架是鐵路車輛運(yùn)行的重要部件。由于車輛行駛在不同的區(qū)段，機(jī)車走行部件負(fù)荷條件也時(shí)常變化，加之軌道不平順等因素影響，使得零部件承受極為復(fù)雜的隨機(jī)載荷，因此轉(zhuǎn)向架零部件是典型的疲勞件。國內(nèi)外相關(guān)科研院所、鐵路車輛研制單位、車輛運(yùn)用部門都在轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零部件疲勞研究方面開展了大量工作，但是關(guān)于轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞可靠性還沒有形成確定或統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段對(duì)轉(zhuǎn)向架零部件，如搖枕、側(cè)架、彈簧、輪軸等關(guān)鍵零部件有靜載荷及疲勞試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞試驗(yàn)還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。然而，在轉(zhuǎn)向架長期服役過程中，還是出現(xiàn)了許多我們?cè)谠O(shè)計(jì)之初未能考慮到的問題，如連接部件的松動(dòng)及脫落、螺栓的剪斷、側(cè)架的傾斜、磨耗的不規(guī)律及由此引起的車輛動(dòng)力學(xué)性能急劇下降等問題，甚至許多通過了疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證的零部件出現(xiàn)了裂紋甚至斷裂，這些都是單獨(dú)研究轉(zhuǎn)向架零部件可靠性所無法發(fā)現(xiàn)的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種對(duì)轉(zhuǎn)向架整機(jī)除輪對(duì)軸承以外的構(gòu)架組合及關(guān)鍵零部件進(jìn)行整機(jī)疲勞試驗(yàn)的方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種鐵路貨車轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于，包括：步驟1、建立被測轉(zhuǎn)向架和典型車體的動(dòng)力學(xué)模型，并定義：定義1：輪對(duì)、側(cè)架、搖枕、和車體等部件的彈性比懸掛系統(tǒng)的彈性要小得多，均視為剛體，即忽略各部件的彈性變形；定義2：不考慮相鄰車輛的作用，即只考慮單獨(dú)一輛車的勻速運(yùn)動(dòng)；定義3：不考慮鋼軌的彈性變形。根據(jù)轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在分析中基于以下非線性約束因素：約束因素1：輪軌非線性接觸幾何關(guān)系。車輪踏面和軌面間具有非線性輪軌接觸幾何關(guān)系。約束因素2：輪軌非線性蠕滑。在計(jì)算中先按kalker線性理論確定蠕滑力，然后再用試探法修正為非線性值。約束因素3：懸掛非線性。懸掛系統(tǒng)具有兩級(jí)剛度特性；側(cè)架與搖枕之間有橫向及縱向間隙，當(dāng)兩者相對(duì)位移達(dá)到間隙時(shí)，連接剛度增加；搖枕和車體之間存在回轉(zhuǎn)摩擦力矩，其方向隨搖枕與車體的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度方向的變化隨時(shí)變化。步驟2、根據(jù)線路實(shí)際情況設(shè)置線路參數(shù)，計(jì)算中用軌道不平順作激擾輸入。由于軌道是由左右兩根鋼軌組成的，其不平順也是由左右鋼軌的不平順組成的。根據(jù)世界各國公布的軌道不平順譜，只要線路質(zhì)量相當(dāng)，其軌道譜也比較接近。在我國還沒有自己軌道譜的情況下，借用與我國線路情況相接近的軌道譜，其計(jì)算結(jié)果也基本符合實(shí)際情況。在計(jì)算時(shí)采用美國ⅴ級(jí)線路譜，美國ⅴ級(jí)線路不平順，并基于simpack多體動(dòng)力學(xué)軟件設(shè)置線路參數(shù)；步驟3、對(duì)貨車模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)劃，在動(dòng)力學(xué)模型和輸入條件的基礎(chǔ)下，開展動(dòng)力學(xué)仿真分析，具體步驟如下：步驟301、建立動(dòng)力學(xué)仿真模型+線路輸入條件步驟302、仿真分析+不同速度等級(jí)步驟303、計(jì)算結(jié)果提取+獲得各部件的載荷-時(shí)間歷程曲線步驟4、等到列車各速度等級(jí)運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)向架各部件的載荷-時(shí)間歷程，根據(jù)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)劃得到各個(gè)速度等級(jí)下轉(zhuǎn)向架各部件的載荷-時(shí)間歷程，以下為速度60km/h時(shí)的轉(zhuǎn)向架心盤的載荷-時(shí)間歷程；步驟5、進(jìn)而利用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)處理主要過程為：步驟501、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。步驟502、按照列車運(yùn)行過程中可能的行駛速度分配比例，將不同速度下同一部位同一種載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行按比例連接，形成新的時(shí)間—載荷歷程數(shù)據(jù)。步驟503、對(duì)載荷—時(shí)間歷程進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)。步驟504、對(duì)雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，編制16級(jí)載荷譜。步驟6、確定出可以用于相關(guān)轉(zhuǎn)向架的載荷譜數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，試驗(yàn)臺(tái)通過模擬加載梁將載荷作用在轉(zhuǎn)向架心盤和旁承上，模擬轉(zhuǎn)向架所受的垂向載荷、橫向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。如圖1所示。同時(shí)，試驗(yàn)加載需要試驗(yàn)載荷譜，試驗(yàn)載荷譜通過以下途徑獲得：利用simpack多體動(dòng)力學(xué)軟件建立被測轉(zhuǎn)向架和典型車體的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)線路實(shí)際情況設(shè)置線路參數(shù)，對(duì)貨車模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)劃，等到列車各速度等級(jí)運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)向架各部件的載荷-時(shí)間歷程，進(jìn)而利用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，初步確定出可以用于相關(guān)轉(zhuǎn)向架的載荷譜數(shù)據(jù)。通過分析配裝轉(zhuǎn)k5型轉(zhuǎn)向架的c70eh型通用敞車在美國v級(jí)線路譜條件下，速度等級(jí)為40-120km/h工況下的心盤、旁承垂向載荷，對(duì)仿真分析形成的時(shí)間—載荷歷程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成16級(jí)載荷譜。數(shù)據(jù)處理主要過程為：(1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。(2)按照列車運(yùn)行過程中可能的行駛速度分配比例，將不同速度下同一部位同一種載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行按比例連接，形成新的時(shí)間—載荷歷程數(shù)據(jù)。(3)對(duì)載荷—時(shí)間歷程進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)。(4)對(duì)雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，編制16級(jí)載荷譜。以下個(gè)表給出的是一位轉(zhuǎn)向架心盤載荷譜：一位轉(zhuǎn)向架心盤垂向載荷譜應(yīng)力幅次數(shù)累計(jì)總數(shù)次數(shù)比161.555464.033208.01.0000e+000473.644222.027744.08.3546e-001785.733714.023522.07.0832e-0011097.832756.019808.05.9648e-0011409.922583.017052.05.1349e-0011722.022131.014469.04.3571e-0012034.112051.012338.03.7154e-0012346.201749.010287.03.0977e-0012658.301573.08538.02.5711e-0012970.391331.06965.02.0974e-0013282.481176.05634.01.6966e-0013594.58982.04458.01.3424e-0013906.671007.03476.01.0467e-0014218.77933.02469.07.4350e-0024530.86765.01536.04.6254e-0024842.95771.0771.02.3217e-002一位轉(zhuǎn)向架心盤橫向載荷譜一位轉(zhuǎn)向架心盤縱向載荷譜應(yīng)力幅次數(shù)累計(jì)總數(shù)次數(shù)比161.1349169.0209267.01.0000e+000473.2831010.0160098.07.6504e-001785.4323633.0129088.06.1686e-0011097.5918705.0105455.05.0393e-0011409.7415767.086750.04.1454e-0011721.8913317.070983.03.3920e-0012034.0510981.057666.02.7556e-0012346.209084.046685.02.2309e-0012658.357699.037601.01.7968e-0012970.506091.029902.01.4289e-0013282.665526.023811.01.1378e-0013594.814800.018285.08.7376e-0023906.964005.013485.06.4439e-0024219.123610.09480.04.5301e-0024531.273257.05870.02.8050e-0024843.422613.02613.01.2486e-002通過動(dòng)力學(xué)仿真分析的方法，可以得到完整的鐵路貨車轉(zhuǎn)向架試驗(yàn)用載荷譜，滿足鐵路貨車轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞試驗(yàn)的要求。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：主要提出一種全新的試驗(yàn)方法，開拓了鐵路貨車轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞試驗(yàn)的新領(lǐng)域，試驗(yàn)臺(tái)的研究內(nèi)容具有前瞻性和開拓性，能提高企業(yè)的試驗(yàn)研究水平和技術(shù)創(chuàng)新能力。附圖說明附圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向架整機(jī)疲勞試驗(yàn)?zāi)M加載示意圖；附圖2是本發(fā)明的動(dòng)力學(xué)仿真分析模型；附圖3a是本發(fā)明的動(dòng)力學(xué)仿真分析用美國v級(jí)線路譜；附圖3b是本發(fā)明的動(dòng)力學(xué)仿真分析用美國v級(jí)線路譜；附圖3c是本發(fā)明的動(dòng)力學(xué)仿真分析用美國v級(jí)線路譜；附圖3d是本發(fā)明的動(dòng)力學(xué)仿真分析用美國v級(jí)線路譜；附圖4a是本發(fā)明的simpack動(dòng)力學(xué)軟件中線路參數(shù)；附圖4b是本發(fā)明的simpack動(dòng)力學(xué)軟件中線路參數(shù)設(shè)置；附圖5是本發(fā)明的一位心盤右側(cè)垂向載荷—時(shí)間歷程；附圖6是本發(fā)明的一位心盤左側(cè)垂向載荷—時(shí)間歷程；附圖7是本發(fā)明的一位心盤前端垂向載荷—時(shí)間歷程；附圖8是本發(fā)明的一位心盤后端垂向載荷—時(shí)間歷程；具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例：試驗(yàn)臺(tái)通過模擬加載梁將載荷作用在轉(zhuǎn)向架心盤和旁承上，模擬轉(zhuǎn)向架所受的垂向載荷、橫向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。利用simpack多體動(dòng)力學(xué)軟件1、建立被測轉(zhuǎn)向架和典型車體的動(dòng)力學(xué)模型，鐵道車輛是一個(gè)復(fù)雜的多體系統(tǒng)，不但有各部件之間的相互作用力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且還有輪軌之間的相互關(guān)系。因此，理論計(jì)算分析模型只能根據(jù)研究的主要目的和要求，對(duì)一些次要因素進(jìn)行相應(yīng)的假定或簡化，而在對(duì)動(dòng)力學(xué)性能影響較大的主要因素上盡可能做出符合實(shí)際情況的模擬。根據(jù)該轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，作如下假設(shè)：(1)輪對(duì)、側(cè)架、搖枕、和車體等部件的彈性比懸掛系統(tǒng)的彈性要小得多，均視為剛體，即忽略各部件的彈性變形；(2)不考慮相鄰車輛的作用，即只考慮單獨(dú)一輛車的勻速運(yùn)動(dòng)；(3)不考慮鋼軌的彈性變形。根據(jù)轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在分析中考慮以下非線性因素：(1)輪軌非線性接觸幾何關(guān)系。車輪踏面和軌面間具有非線性輪軌接觸幾何關(guān)系。(2)輪軌非線性蠕滑。在計(jì)算中先按kalker線性理論確定蠕滑力，然后再用試探法修正為非線性值。(3)懸掛非線性。懸掛系統(tǒng)具有兩級(jí)剛度特性；側(cè)架與搖枕之間有橫向及縱向間隙，當(dāng)兩者相對(duì)位移達(dá)到間隙時(shí)，連接剛度增加；搖枕和車體之間存在回轉(zhuǎn)摩擦力矩，其方向隨搖枕與車體的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度方向的變化隨時(shí)變化。2、根據(jù)線路實(shí)際情況設(shè)置線路參數(shù)，計(jì)算中用軌道不平順作激擾輸入。由于軌道是由左右兩根鋼軌組成的，其不平順也是由左右鋼軌的不平順組成的。根據(jù)世界各國公布的軌道不平順譜，只要線路質(zhì)量相當(dāng)，其軌道譜也比較接近。在我國還沒有自己軌道譜的情況下，借用與我國線路情況相接近的軌道譜，其計(jì)算結(jié)果也基本符合實(shí)際情況。在計(jì)算時(shí)采用美國ⅴ級(jí)線路譜，美國ⅴ級(jí)線路不平順如圖3a至圖3d所示。simpack多體動(dòng)力學(xué)軟件中設(shè)置線路參數(shù)，如圖4a、圖4b所示。3、對(duì)貨車模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)劃，在上述動(dòng)力學(xué)模型和輸入條件的基礎(chǔ)下，開展動(dòng)力學(xué)仿真分析，具體步驟如下：(1)建立動(dòng)力學(xué)仿真模型+線路輸入條件(2)仿真分析+不同速度等級(jí)(3)計(jì)算結(jié)果提取+獲得各部件的載荷-時(shí)間歷程曲線4、等到列車各速度等級(jí)運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)向架各部件的載荷-時(shí)間歷程，根據(jù)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)劃得到各個(gè)速度等級(jí)下轉(zhuǎn)向架各部件的載荷-時(shí)間歷程，以下為速度60km/h時(shí)的轉(zhuǎn)向架心盤的載荷-時(shí)間歷程：運(yùn)行速度為60km/h時(shí)，心盤邊緣載荷如下圖5-8所示：5、進(jìn)而利用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)處理主要過程為：(1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。(2)按照列車運(yùn)行過程中可能的行駛速度分配比例，將不同速度下同一部位同一種載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行按比例連接，形成新的時(shí)間—載荷歷程數(shù)據(jù)。(3)對(duì)載荷—時(shí)間歷程進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)。(4)對(duì)雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，編制16級(jí)載荷譜。6、初步確定出可以用于相關(guān)轉(zhuǎn)向架的載荷譜數(shù)據(jù)。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。當(dāng)前第1頁12