UIC 615-4 转向架构架结构强度试验.doc

UICUIC规范 61542003年2月第二版 OR译文动力单元转向架和走行机构转向架构架结构强度试验UIC国际铁路联盟按卷分类的标准：V车辆VI牵引VII技术规范适用范围：从1994年1月1日起生效国际铁路联盟的所有成员更新记录：1994年1月第一版 第一次发行2003年二月第二版 在FrameMaker重印对本标准责任人的姓名在UIC规范中列出目录 摘要.11 绪论.22 总则.33 超常载荷的静态试验.43.1 加载的定义43.2 试验过程和结果的获得44 模拟主要运营载荷的试验.44.1 加载的定义44.2 试验过程54.3结果的获得65 模拟特殊运营载荷试验.65.1加载的定义65.2 试验过程75.3结果的获得76. 疲劳试验.86.1 试验条件86.2 加载的定义86.3 试验过程86.4试验结果的获得97. 疲劳强度的评定.9附录A静态试验时的施力图.10附录B疲劳试验时所施加的力与时间的关系图.11附录C疲劳试验步骤的定义.12参考书目.13 615-4摘要本标准是动力转向架验收技术文件中的一部分。其中描述了对转向架构架所进行的试验台试验以检验其承受实际负载的能力。 1 绪论本标准是动力转向架验收技术文件的一部分，其中也包括UIC标准615-0，615-1515-3，615-4 和515-5（见参考书目第16页）。描述了对转向架构架所进行的试验台试验以检验其承受各种运营载荷的能力。试验分为四组： 超常载荷的静态试验 该试验验证构架在最大负载的共同作用下没有产生永久变形的危险。 模拟主要负载的静态试验 该试验验证构架在主要实际负载（垂向和横向力，轨道扭曲影响）的共同作用下没有产生疲劳裂纹的危险。 模拟特殊运营载荷的静态试验 该试验验证在转向架组件（电机、制动器、减震器、抗侧流扭杆）产生的载荷的反重作用下以及通过小半径弯道的情况下，没有产生局部疲劳裂纹的危险。 疲劳试验 该试验用于确定整个转向架的使用寿命，评估安全使用期限和以上静态试验没有检测到的可能的薄弱部位。因此，该试验应在静态试验结束后进行。考虑到现有试验装置的性能，该试验仅供参考。所施加力的大小，如在本文件中所提供的，还不是建立在牢固的经验基础之上的，因此应作为临时性的参考。2. 总则需要确认的是，用于该试验的转向架构架完全与设计图纸相吻合，并且在其批量生产中使用相同的工艺。 建议在做转向架的静态试验时，使用带有悬挂装置和牵引电机的完整转向架。 出于实际参考，这种布置在做疲劳试验时通常是不可能的；因此对于这些试验的工装应进行仔细的分析。试验的工装应该尽可能接近地重现在实际使用中所产生的形变。应该特别注意作用在一些相互连接部件（铰链、弹簧、挡块等）上的力的传递。最高应力部位应力的测量应该使用应变片，使用： 单向应变片，这些部位的主要应力方向已知， 双向应变片，这些部位的两个主要应力方向已知， 三向应变片（三向应变针）, 在所有的其它情况下。应变片有效区域的尺寸不应超过6mm。应变片的部位只能由有经验的人员，利用有限元分析的结果确定。如果需要，也可以进行预备的方法，使用脆漆法或其它任何合适的方法。符号和负载定义：nb =转向架数量ne =每个转向架上的轮对数 m+(kg) =转向架重量mv(kg) =在整备状态下的空车重量（带有相应的燃料和水的负载）旅客运输车辆的试验负载，按照干线车辆UIC标准566（见参考书目第16页）计算。c1 每座1个80kg重的旅客a c2 每座1个80kg重的旅客a 走廊和过道上每m2 4个旅客b 走廊和过道上每m2 2个旅客c行李舱内每m2 300kg 行李舱内每m2 300kga. 对于市郊车为70kgb. 根据使用类型，可以增加到10c. 根据使用类型，可以增加到43 超常载荷的静态试验31 加载的定义（见第13页附录A中的图）每个转向架上的垂直试验载荷（每个侧梁上各一 ） Fz1max(N)=Fz2max(N)=(mv+c1-nbm+)每个转向架上的横向试验载荷： Fymax=2对应于转向架变形至一个车轮100%减载时的构架扭曲载荷，用以模拟转向架脱轨的情况。注意：1 在超常载荷的试验过程中，没有进行纵向负载的模拟试验。2 对于三轴转向架（ne=3）, 假设中间轮对没有参与横向力的传递。3 当加载试验时，在当地运行条件恶劣的情况下，系数1.4可以增加到2。32 试验过程和结果的获得试验分两个阶段进行预备试验，在负载数值等于最大负载一半的情况下进行，用以确认在进行满负载试验时不会出现严重问题。满负载试验，在任何一点上都不能导致超过其弹性变形极限，或者在卸载后，不应有任何永久形变。在本实验中，没有模拟施加在转向架上的惯性力，因此为平衡作用在车轮上的力，作用在二系悬挂上的横向力一般偏大。如果导致的结果是位于二系横向悬挂装置上的元件超出了弹性极限，应该仅就这些元件进行重复试验，此时横向力的大小减小到原来的一半。4. 模拟主要运营载荷的静态试验4.1 加载的定义（见第13页附录A中的图）垂向力：垂直力Fz1和Fz2作用在纵向侧梁上，与4.2项下的数值表相一致，并按下述公式计算：Fz（N）=（mv+1.2c2-nbm+）每个转向架上的横向力：Fy（N）=0.5（Fz+0.5m+g）对应于转向架在5扭曲线路上的构架载荷。4.2 试验过程试验的工装应该使试验负载施加在实际负载的作用部位。同时模拟悬挂装置和转向架/车体相联接元件的作用方式与自由度。初始状态（测试装置的零位）定义为没有悬挂牵引电机的转向架构架状态。牵引电机安装后，转向架构架将承受各种负载状态，用以模拟：由于车体垂向运动（浮沉）所导致的垂向力的动态变化，用垂向力的百分数表示：FZ由于车体的侧滚动运动所导致的垂向力的动态变化，用垂向力的百分数表示：FZ通常，在欧洲铁路系统的正常运行情况下， = 0.1 = 0.2如果已知轨道的质量明显很差的情况下，或者车辆运行在严重超高不足的情况下，可以采用较高的数值。注意：由于牵引电机的惯性所导致的动态负载在第5项中说明。逐步施加的不同负载按下表中的方法计算：负载工况每侧梁上的垂向力在转向架上施加的横向力FZ1FZ20123456789安装牵引电机000+Fy0+Fy0-Fy0-FyFZ（1+-）FZ （1+-）FZ（1+）FZ（1+）FZ（1-）FZ（1-）FZ（1-+）FZ（1-+）FZFZ（1-）FZ（1-）FZ（1-+）FZ（1-+）FZ（1+-）FZ（1+-）FZ（1+）FZ（1+）FZ在这些试验之后，负载工况3、5、7 和9将在加入导轨扭曲载荷的情况下重新进行。导轨扭曲的引入不应该改变垂直力的总值。注意：负载工况2、4、6、和8的试验目的仅用于评估横向力的影响。4.3 结果的获得在每个测试点上，4.2项（第5页）中所规定的各个负载工况所产生的应力值都要记录。从这些数值中找出最小值smin和最大值smax用于计算 save= 和 Ds=所应遵守的应力极限值从代表目前最新知识的文献中获得，如Goodman-Smith图，见ERRI Report B12 RP17中的附录6。然而，在计划作疲劳试验的情况下仅在这种情况下在有限数量的测量点上，可以超过应力极限的最高20%，在进行疲劳试验时，应该特别仔细地进行监控。如果在转向架二系横向悬挂装置上的元件由于横向力的作用使其弹性极限超过20%，专门针对这些部件重新进行试验，试验时横向载荷减小到原来的一半，如3.2项（第4页）所述。5模拟特殊运营载荷的静态试验5.1 加载的定义在此试验中所模拟的力主要与转向架的特殊设计和使用状态（牵引、制动）相关。所以不可能在此标准中详尽地确定所有试验。然而，仍然能够就目前运行于欧洲铁路系统的标准型转向架确定一套实验程序。5.1.1 牵引电机和传动装置通过施加下面的力来模拟电机和传动装置的惯性所导致的动态影响：在中间横梁上的安装部位：等于电机重量0.2（1）倍的交变力，在悬挂架上的安装部位：等于所安装组件重量3倍的交变力。这些力是否需要合并应该根据具体情况审定。5.1.2 电动牵引/制动装置作用在构架上驱动力的模拟力施加于轴箱的水平面上。电机反作用力矩的模拟力施加于转向架支撑装置的水平面上。5.1.3 空气制动装置构架上制动装置制动影响的模拟力施加于其通常产生的部位（也就是说由闸瓦所产生的力作用在车轮上，或闸片产生的制动力作用在制动盘上）。所使用的力对应于最大的实际制动力。5.1.4 减震器5FA的力施加于转向架每个减震器的安装位置上（抗摇头、垂直、横向或纵向）。FA等于导致疲劳的载荷。一般情况下与减震器在卸荷速度下产生的力相等。5.15抗侧滚扭杆如果在第5页第4项里所规定的试验里不能安装抗侧滚扭杆(例如在有气动二系悬挂装置的转向架的情况下),需要把抗侧滚扭杆连接到实验台的一个横向结构上,并将后者先向一侧倾斜,扭转一个与通常使用值一致的角度（大约20毫弧度）,再向另一侧倾斜。5.1.6 纵向力纵向力的产生是由于摇头运动，也可以是通过小半径曲线时轮对上的力导致的。对无转向轮对的一般转向架，力的大小通常是Fx=0.1（Fz + m+ g /2）注意：力Fx 可以是试验台、其它轮对或转向架构架上的力引起的纵向力。5.2 试验过程在所有情况下，垂直负载 Fz 首先施加于纵向梁上，将四个车轮平面内的垂直反作用力（Q11 、Q12 、Q21 与Q22 ）的大小记录下来。然后，先在一个方向上施加上述段落中提到的力，再在另一个方向上施加，同时确保反作用力（Q11 +Q12 +Q21 +Q22 ）的合力保持不变。这样，就可以在应变测量点上得到三个值，取其中的最小值和最大值来决定ave 与 。5.3 获得的结果对于这些试验的任何一个结果都需要考虑两种情况：模拟主要正常工作负载试验的测量点只能有很低的压力存在，这完全是为了确保特定负载产生的压力在限定值之下。第5页第4点中规定试验的测试点存在很大的压力，所得压力将被叠加上去，并且确保不得超过限定值。1. 其数值可能太小，有待于以后更精确地定义。6. 疲劳试验6.1 试验条件疲劳试验在如下条件下进行：当不需拆卸驱动系统（牵引电机与传动机构）就可以施加试验力时，在完整的转向架构架上进行试验，或者在拆卸完传动系统之后进行试验，但只有当后者对构架的刚性不起作用时才适用。6.2 加载的定义垂直力（每个侧梁）l 静态力：Fzs1=F zs2 =F z （与第5页中第4.1项有相同值）l 准静态力（模拟在弧线上行驶）Fzq1= -F zq2 =F z （见第4.1项）l 动态力（模拟车体振动）Fzd1= F zd2 =F z （见第4.1项）横向力（每个转向架）：l 准静态力：Fyp= 0.25（F z +0.5m+ .g）l 动态力：Fyd= 0.25（F z +0.5m+.g）对于转向架运行于5扭曲线路时的构架扭曲载荷。6.3 试验过程试验在一个试验装置里进行，该装置允许力的施加及分配与正常工作的地点相同，同时准确模拟运行情况以及与悬挂装置和转向架/车体连接部件联系的自由度。6.3.1 准静态与动态负载该试验由交互的准静态与动态负载的顺序组成，描述了通过左右曲线的运行。如果第5页第4项说明的静态试验已表明轨道挠曲只能在转向架限定区域内产生压力，在该区域内纵向与横向力产生的压力很小。疲劳试验第一阶段只在纵向与横向力作用下进行。在此情况下，纵向与横向准静态与动态力随时间变化如附件B-第14页图所示。与向右或向左曲线对应的每一个顺序，动态循环的数量，纵向与横向通常是20。当转向架在有许多曲线的铁轨上运行时，这个数量可以减小到10，或如果铁轨有另外的弧度，数量还可以更少。纵向与横向力的动态变化频率相同并且是同相的，如图所示。该试验将由许多模拟曲线的顺序组成，向左曲线序列的数量与向右的曲线相同。如附件C第15页所示，与施加负载的增长水平相同，该试验分三步进行：第一步加载由6106 的动态循环总数构成。第二步加载由2106 的循环构成，其中静态力不变，准静态与动态力变为原来的1.2倍。第三步加载由2106 的循环构成，其中静态力不变，按照第二步进行试验，只是系数1.2替换为1.4。6.3.2 铁轨挠曲负载 施加线路扭曲载荷的总次数为106 。附件C中图表的第一步加载的6105 与另外两个中每一个的2105 全部施加106 交替铁轨挠曲负载，其中铁轨挠曲幅度对应乘以1.2与1.4。为说明这些试验，需考虑静态试验的结构与现有试验设备的性能：如果静态试验表明，铁轨挠曲不会影响转向架构架（例如在低扭转韧度的转向架或有链接构架的转向架时）铁轨挠曲的模拟试验不是必须进行。如果第5页第 4点静态试验表明铁轨挠曲加载的影响明显不同于由纵向与横向力导致的效果（例如由于压力产生在不同区域），可以与其他负载分离单独应用铁轨挠曲模拟的循环。如果如上条件全没有满足，试验台应改装以便可以同时施加纵向力与横向力以及铁轨挠曲负载。6.4 试验结果的获得在前两步加载后，没有发现裂痕。这将通过一个无破坏性检查来确定（磁粉探伤或着色渗透探伤），该探伤试验将在第一步与第三步加载的最后4106 的循环之后进行。在第三步加载期间，如果在试验中出现小裂纹，只要不要求立即修理，出现微小的裂痕是可以接受的。在此种情况下，建议厂家局部修改转向架的设计，以增加其强度，但不需要做新试验了。静态试验期间，用应变仪器监视疲劳试验期间发生的在最高压力处压力的演变，特别是在按照第6页第4.3点允许的超过限定压力值的地方。关于定位在二系悬挂装置之上的部件，在静态试验期间，没有必要考虑由于横向力过大出现在过载地方的裂痕。在转向架本身进行疲劳试验以前，建议对连接部件进行疲劳测试以确定其使用寿命，同时也可以避免在整个转向架构架试验期间发生事故。7.疲劳强度的评定如果不能进行疲劳试验，建议用如下评定步骤替换：在进行完动态试验后，在代表正常工作的轨道与速度条件下运转测试转向架。在静态试验期间发现的关键点上测量压力。依据合适的国家或国际方法评定转向架内裂痕出现的可能性。这些方式还没有标准化。附件A静态试验中所施加力的图示侧梁1轴2（3）侧梁2轴1附件B疲劳试验中所施加力与时间关系图示在Y方向所施加的力在Z方向所施加的力 附件C疲劳试验步骤说明第二步加载循环次数第三步加载第一步加载a=（静态）纵向b=1（准静态+动态），纵向与横向c=1.2（准静态+动态）纵向与横向d=1.4（准静态+动态）纵向与横向参考文献1. UIC标准 国际铁路联盟标准505-1：铁路车辆运输-铁路车辆结构仪器，第9版,正在准备标准510-2：牵引车辆-关于有不同类型传动齿轮的不同直径车轮的使用条件，第4版，正在准备标准512：铁路车辆-为避免牵引回路与脚踏板操作中出现故障需要满足的条件1.1.79第8版与修正2标准513：评定顾客舒适度与铁路车辆振动的关系的指南1.7.94第1 版标准515-3：铁路车辆-转向架-传动齿轮-轴设计计划方法1.7.94第1 版标准515-5：动车与牵引车辆-转向架-传动齿轮-轴箱试验，1.7.94第1 版标准518：从动态行为-安全-牵引疲劳-乘座质量的角度试验与批准铁路车辆，第2版，准备中标准541：刹车-关于不同制动部件制造的规则标准543：刹车-管理牵引车辆设备的规则2001年12月第11版标准544-1：刹车-制动功率，1.1.66第3版-于1.3.79重新印刷,编入修正9标准546：刹车-客车大功率制动器，1.1.67第5版-于1.1.80重新印刷,编入5修正标准552：机车电源-机车总线的标准技术特性，1.1.97第9版标准566：客车车体与其部件的加载，1.1.90第3版与附录与1修正标准569：在适用于列车运输的客车与货车的结构上应该遵守的规则1.7.79的第2版与修正2 标准615-0：牵引机组-转向架与传动齿轮-通用条款，第2版，2003年2月标准615-1：牵引机组-转向架与传动齿轮-应用于零部件的通用条件，1.1.94第1版标准651：机车、有轨车、多重组合列车与驱动拖车里司机室的设计，第4版，2002年7月标准811-1：牵引车辆与拖车用轴的供货技术规范，1.1.87的第4版含硫印刷版标准811-2：牵引车辆与拖车用轴的供货技术规范-公差，1.1.88的第1版标准812-2：牵引车辆与拖车实心车轮-公差，1.1.86第1版标准813：牵引车辆与拖车轮对供货技术规范-公差与装配，1.1.89第1版标准814：用于润滑铁路-车辆-车辆轴承轴箱的油脂的官方测试与供货技术规范，1.7.88第2版2.会议记录国际铁路联盟机车车辆委员会（问题5/A/7-2.2项-动力转向架规格），1993年5月警告未经国际铁路联盟（UIC）的明确允许，除了私人或个人使用外，此出版物的任何部分不得以任何方式复印、复制或散布，包括电子。此规定也适用于以任何方式或步骤翻译、调整或转换、安排或复制。唯一例外的是-标注作者姓名和来源-“由所编入印刷物的批评的、争论的、教育的、科学的或信息的性质证明的分析与简短的引用”。（法国知识产权编码 文章L 122-4 与L 122-5）国际铁路联盟（UIC）-巴黎，2003年16，rue jean Rey75015法国巴黎，2003年2月ISBN 2-7461-0478-4（法语版）ISBN 2-7461-0479-2（德语版）ISBN 2-7461-0480-6（英语版）- 20 - 615-4