（车辆工程专业论文）20000吨编组c80b敞车关键部位疲劳分析.pdf

学位论文版权使用授权书 i i l i i i l l l l l ll l l l l t l l l l li i l lll 1 l ql lll u l y 17 8 0 2 9 4 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者虢怠设砂 签字日期：b j o 年g 月f o 日届 月 冬6 ； 年乃帅 铱 期 签 垌 蜊 浮 刷 签 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 2 0 0 0 0 吨编组c 8 0 b 敝车关键部位疲劳分析 f a t i g u ea n a l y s i sa b o u tt h ek e yp o s i t i o n so ft 2 0 ，0 0 0m a r s h a l l i n g c 8 0 bg o n d o l ac a r 作者姓名：党文秒 导师姓名：李强 学位类别：工学 学科专业：车辆工程 北京交通大学 2 0 10 年6 月 学号：0 8 1 2 18 4 4 职称：教授 学位级别：硕士 研究方向：疲劳可靠性 下完成的。 作方法，都 及研究深度 上都给予学生严格的要求和细心的帮助。导师在学术研究工作中给予的鼓励和帮 助，使学生能够以踏实和严谨的科研态度从事今后的研究工作；在学习和生活上 也给予了我很大的关心和帮助，这都让学生终生难忘。在此论文完成之际，谨向 导师李强教授及谢基龙教授表示最诚挚的谢意和祝愿。 缪龙秀教授、孙守光教授、刘志明教授以及任尊松副教授、王文静老师、金 新灿老师对本论文的完成给予了关注和指导，在此衷心感谢各位老师。同时，在 实验室工作及论文撰写期间，白燕、黄倩和其他实验室同学也给予了热心帮助和 大力支持，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 党文秒 二0 0 年六月 l 中文摘要 摘要：铁路货车密度、载重、速度是提高铁路运输能力的三大要素。目前， 大同、秦皇岛运煤专线在已开行2 万吨重载列车的基础上即将开行3 万吨重载列 车。提速、重载以来，c 8 0 b 等主要货车车体结构先后出现了疲劳裂损，如端墙、 心盘梁、侧柱部位的裂纹等，对运输安全有较大的影响，因此在设计阶段考虑疲 劳问题能够提高我国货车装备设计技术。 我国货车现行结构强度设计规范和试验标准尚不完善，特别是缺少符合我国 实际运用条件的疲劳强度设计规范和试验标准。因此更新我国货车结构的强度设 计规范和试验标准，已成为一项非常紧迫的工作，对提升我国货车车体结构的设 计水平有重大意义。 本论文以c 8 0 b 型敞车车体的端墙为研究对象，在2 0 0 0 0 吨重载列车动应力测 试的基础上，对端墙上测点的载荷时间历程数据进行处理、雨流法计数，分别按 照矩形分布和三角形分布，编制了端墙载荷谱；运用s o l i d w o r k s 三维软件建立了 c 8 0 b 车体的实体模型，并运用a n s y s 有限元分析软件进行了心盘载荷、纵向载 荷和端墙冲击三种载荷工况的应力计算，找到端墙上大应力发生部位；然后分别 依据a a r 标准和b se n l 9 9 3 1 9 标准中疲劳损伤的计算方法，采用大秦线2 万吨 重载列车动应力测试实测的心盘载荷谱、纵向载荷谱和本文编制的端墙载荷谱， 进行上述部位的疲劳损伤计算，进而得到它们的累积损伤；最后进行端墙各部位 的损伤统计，分别按照a a r 标准和b se n l 9 9 3 一l 一9 标准估算端墙各部位的疲劳寿 命。通过计算分析后发现，端墙支撑梁与中梁的横向和纵向焊缝交汇点的合成损 伤最大，约为1 5 8 c 0 2 ，其重车寿命为4 万公里。其次是端墙支撑梁与中梁横向焊 缝，合成损伤约为2 1 3 e 0 3 ，疲劳寿命为2 9 万公里。 关键词：c 8 0 b 端墙；重载列车：a a r 标准；b se n l 9 9 3 1 9 标准；载荷谱；疲劳 损伤；疲劳寿命 分类号：u 2 7 0 1 a bs t r a c t a b s i r a c t ： d e n s i t y , c a r r y i n gc a p a b i l i t ya n ds p e e do fr a i l w a yf r e i g h t c a r sa r et h et h r e e e s s e n t i a lf a c t o r st oi m p r o v et h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o na b i l i t y a tp r e s e n t ，d a t o n ga n d q i n h u a n g d a os p e c i a lr a i l w a yl i n e sf o rc a r r y i n gc o a lw i l lt r a v e lt 3 0 ，0 0 0h e a v yh a u l t r a i n so nt h eb a s i so ft r a v e l i n gt 2 0 ，0 0 0h e a v yh a u lt r a i n s s i n c ew ec a r r i e do u th i g h s p e e da n dh e a v yl o a d ，t h ec 8 0 ba n do t h e rm a i nv e h i c l ec a r b o d ys t r u c t u r e sa p p e a r e d f a t i g u ec r a c kd a m a g es u c c e s s i v e l y , s u c ha sc r a c k so fe n d w a l l ，h e a r tp l a t eb e a ma n d j a m b sa n ds oo n c o n s e q u e n t l y , t h ef a t i g u ep r o b l e m so fv e h i c l es t r u c t u r e sb e c o m eo n e o ft h ek e yf a c t o r sf o rr e s t r i c t i n gf r e i g h tv e h i c l ee q u i p m e n tt e c h n o l o g yp r o m o t i o n c u r r e n ts t r u c t u r a ls t r e n g t hd e s i g ns p e c i f i c a t i o n sa n de x p e r i m e n t a ls t a n d a r d so f f r e i g h tv e h i c l ei no u rc o u n t r y i ss t i l li m p e r f e c t ，e s p e c i a l l yl a c k i n gt h e s ef a t i g u es t r e n g t h d e s i g ns p e c i f i c a t i o n sa n de x p e r i m e n t a ls t a n d a r d sc o n f o r m i n gt oo u ra c t u a lu t i l i z a t i o n c o n d i t i o n s s o ，i t sv e r yu r g e n tt ou p d a t et h ef a t i g u es t r e n g t hd e s i g ns p e c i f i c a t i o n so ft h e f r e i g h tv e h i c l es t r u c t u r e a n di tw i l lh a v eg r e a ts i g n i f i c a n c ef o ru p g r a d i n go u rc o u n t r y s d e s i g nl e v e lo f v e h i c l ec a r b o d ys t r u c t u r e s t h i sp a p e rt a k e st h ec b o bg o n d o l ac a re n d w a l lo fc a rb o d ya st h es t u d yo b j e c t ， h a v i n gp r o c e s s e dt h el o a d t i m eh i s t o r yd a t ao fm e a s u r i n gp o i n t so fe n d w a l la n dc a r r i e d o u tt h er a i n f l o wc o u n t i n go nt h eb a s i so ft h ed y n a m i cs t r e s st e s to ft h et 2 0 ，0 0 0h e a v y h a u lt r a i n s ，t h e nc o m p i l e dl o a ds p e c t r u mo fe n d w a l la c c o r d i n gt or e c t a n g u l a r d i s t r i b u t i o na n dt r i a n g l ed i s t r i b u t i o nr e s p e c t i v e l y o nt h eb a s i so fs o l i d w o r k s3 - ds o f t w a r e ，as o l i dm o d e lo fc 8 0 bc a r b o d yw a ss e t u p a f t e r w a r d s ，o nt h ec o n d i t i o no fc e n t e rp l a t el o a d i n g , l o n g i t u d i n a ll o a d i n ga n d e n d w a l li m p a c t i n g , t h ec a r b o d yw a sc a l c u l a t e da n dg o ts o m ep o s i t i o n sw i t hh i g hs t r e s s b a s e do nc a l c u l a t i o nm e t h o d sa b o u tf a t i g u ed a m a g eo fa a rs t a n d a r da n db s e n19 9 3 - l 一9s t a n d a r dr e s p e c t i v e l y , f a t i g u ed a m a g ea n dc u m u l a t i v ed a m a g eo fa b o v e m e n t i o n e dp o s i t i o n sw e r ec a l c u l a t e dr e f e r r i n gt oa c t u a lm e a s u r e dc e n t e rp l a t el o a d s p e c t r u m 、l o n g i t u d i n a ll o a ds p e c t r u mi nd a t o n ga n dq i n h u a n g d a os p e c i a lr a i l w a yl i n e s a sw e l la se n d w a l ll o a ds p e c t r u mc o m p i l e d f i n a l l y , c a r r i e do ne v e r yp o s i t i o nd a m a g e s t a t i c sa n dc a r r i e do u tf a t i g u el i f ep r e d i c t i o no fe n d w a l li na c c o r d a n c ew i t ha a r s t a n d a r da n db se n l 9 9 3 - 1 3s t a n d a r ds e p a r a t e l y d a m a g e sa b o u t t r a n s p o s i t i o no f t r a n s v e r s ea n dl o n g i t u d i n a lw e l d i n gs e a mb e t w e e nb e a r i n gb e a mo fe n d w a l la n dc e n t e r v 目录 中文摘要i i i a 1 3 s t r a c t i v l 绪论l 1 1 选题背景及意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 本论文的主要研究内容3 2 端墙压力的测试5 2 1 端墙压力的测试5 2 1 1 试验概况5 2 1 2 端墙压力测试方法6 2 2 数据处理8 2 2 1 端墙静压力的确定一8 2 2 2 端墙静压力的修正l l 2 2 3 数据处理的方法1 3 2 3 小结14 32 0 0 0 0 吨重载列车端墙载荷谱的编制l5 3 1 载荷谱的编制方法1 5 3 1 1 雨流计数法1 5 3 1 2 波动中心法1 8 3 2a a r 载荷谱简介【6 1 1 9 3 3 端墙载荷谱的编制2 2 3 3 1 按矩形分布编谱2 2 3 3 2 按三角形分布编谱2 4 3 3 3 端墙载荷谱的验证2 7 3 3 小结2 8 4c 8 0 b 车体的有限元计算2 9 4 1 车体受力分析2 9 4 2c 8 0 b 敝车车体的结构参数【1 2 1 2 9 4 3 车体有限元模型的建立3 0 4 4 车体有限元计算3 2 4 4 1 心盘载荷计算3 2 4 4 2 纵向载荷计算3 3 4 4 3 端墙冲击计算3 4 4 5 小结3 4 5c 8 0 b 端墙部位的疲劳寿命计算及疲劳成因分析3 5 5 1 疲劳寿命评估方法3 5 5 1 1s n 曲线3 6 5 1 2m i n e r 线性累积损伤理论3 7 5 1 3a a r 标准下的疲劳寿命计算方法3 8 5 1 4b se n 标准下的疲劳寿命计算方法4 l 5 1 5 本文采用的疲劳寿命计算方法4 1 5 2 端墙的损伤计算4 4 5 2 1 心盘载荷谱损伤计算一4 7 5 2 2 纵向载荷谱损伤计算。5 0 5 2 3 端墙载荷谱损伤计算一5 3 5 2 4 端墙损伤统计5 6 5 2 5 端墙部位疲劳寿命5 7 5 3 端墙的疲劳成因分析5 9 5 4 小结6 1 6 结论与展望6 2 6 1 结论6 2 6 2 展望6 3 参考文献6 4 作者简历一6 6 独创性声明6 7 学位论文数据集6 8 1 1 选题背景及意义 1 绪论 铁路是国家的重要基础设施、国民经济的大动脉，承担着繁重的客货运输任 务，尤其在煤炭、原油、钢铁等关系国计民生的大宗物资运输方面的作用是无可 替代的【1 1 。中国铁路实施跨越式发展战略以来，特别是在经历了第五次大面积提速 后，我国铁路货运能力有了较大提高。目前，我国铁路货车正在向大型、重载方 向发展，发展铁路重载运输是解决我国当前铁路货运量大幅度增长与运能不相适 应的一项根本措施。 铁路货车密度、载重、速度是提高铁路运输能力的三大要素。就我国目前的 实际而言，密度上，所有铁路干线运输密度已基本达到极限；速度上，货车的时 速约在8 0 公里；载重上，铁路货车单车载重量为8 0 吨级。在中国铁路跨越式发 展中，结合我国的国情和铁路实际，货车产品的提速和重载现代化，必然要并行 开发，注定要同步发展。大同、秦皇岛运煤专线在已开行2 万吨重载列车的基础 上即将开行3 万吨重载列车。提速、重载以来，c 8 0 b 等主要货车车体结构先后出 现了疲劳裂损，如端墙、心盘梁、侧柱部位的裂纹，这些部位的裂纹对运输安全 有较大的影响，因此在设计阶段考虑疲劳问题能够提高我国货车装备设计技术。 8 0 吨级新型货车的诞生，意义深远。单车载重比c 7 0 敞车增加1 0 吨，载重量 提高了1 6 7 。按每天1 0 万辆车计算，可增加运能1 0 0 万吨，年增加运能3 6 亿 吨。其次，在既有站线长度8 5 0 米条件下开行2 0 0 0 0 吨重载列车，适应我国既有 铁路条件和编组场作业条件，既可实现单列运载重量达到2 0 0 0 0 吨的要求，又为 国家节省了大量的线桥、站线建设改造资金。 货车的提速和重载化已经是铁路运输的既定发展方向。要实现这一根本转变， 无疑将对机车车辆的结构强度提出新的要求。铁路货车速度提高后，构件的疲劳 失效成为突出的问题。究其原因，主要是由于速度提高后构件的动载荷的急剧增 加而引起的疲劳失效问题。而且c 8 0 敞车与c 7 0 敝车相比，为了要求车体轻量化， 其自重要小于等于2 3 8 吨，这样需要对车体结构进行精心设计，否则有可能因车 体的结构强度不足导致出现裂纹。其次，我国铁路货运单列运载重量由以往一般 3 0 0 0 吨，达到现在的2 0 0 0 0 吨，这样车体承受的载荷尤其是纵向载荷就更加恶劣。 从我国货车装备技术近十余年来的发展情况看，货车结构的疲劳可靠性问题是制 约货车装备技术提升的关键因素。如果货车结构在显著低于设计寿命时过早地发 我国货车现行结构强度设计规范和试验标准尚不完善，特别是缺少符合我国 实际运用条件的疲劳强度设计规范和试验标准。因此更新我国货车结构的强度设 计规范和试验标准，已成为一项非常紧迫的工作。为货车车体疲劳设计规范的建 立提供依据，并修正实验所测得的载荷谱，与实际的运用情况对比，最终建立一 套完整的疲劳可靠性的评价方法，这就是我的论文题目的意义所在。 1 2 国内外研究现状 在2 0 世纪5 0 年代，世界上较发达的一些国家开始采用铝合金材料来制造铁 路车辆，包括美国、加拿大、日本、俄罗斯、德国、法国等，在铁路货车方面， 美国、加拿大、南非等国家经过几十年的发展逐步形成了独具特色的重载列车技 术，其中，美国是重载列车和铝合金运煤敝车技术应用最早、最成熟的国家。 目前，美国的铝合金煤车共有两种型式，即双浴盆式和底开门式，双浴盆式 铝合金车主要应用于具有翻车机的线路上，多用于发电厂。两种型式车辆的占有 比例相当。美国在列车编组方面基本都为长大编组，每列编组辆数在1 0 0 1 5 0 辆 之间，其中运煤专列多数为编组1 2 0 - 1 3 5 辆、牵引吨位按1 5 5 0 0t 1 7 5 0 0t ，也有 达2 0 0 0 0t 的运煤专列。美国的a a r 机务标准第章新造货车的疲劳设计已 经从线路实测中获得了载荷谱。 为了实现大秦铁路2 0 0 5 年运量达到2 亿t ，2 0 1 0 年运量达到4 亿t 的目标， 满足大秦线开行2 万t 重载列车的运输要求，2 0 0 4 年铁道部科技司立项开发研制 2 5 t 轴重专用运煤敞车。从2 0 0 3 年开始，齐齐哈尔铁路车辆( 集团) 有限责任公 司相继推出了c 7 6 b 型、c 7 6 c 型、c 8 0 型敞车，并批量生产，初步缓解了运量增 加与车辆供给不足的矛盾。 我国研制的c 8 0 型铝合金运煤敞车吸收引进了美国t r i n i t y 公司铝合金煤车 的专有技术，采纳了二七、株洲车辆厂及内蒙一机集团在样车试制中积累的经验， 改进了原设计方案存在的问题；试验及分析的结果表明：该车强度、动力学性能 满足有关标准要求，外型尺寸与秦皇岛三、四期翻车机相匹配，可以满足2 万吨 重载列车的运用要求。 铁道科学研究院对我国现有敞车腐蚀情况的调查结果表明，运煤车辆的腐蚀 情况较为严重。为了保证车辆在寿命期内具有可靠的运用性能，齐车公司设计研 制出了c 8 0 b 型不锈钢运煤敞车，并相继完成了工作图设计、样车试制、车体静强 度与刚度试验、冲击与车辆动力学性能试验。而后由研制了局部改良型的c 8 0 b 运 煤敞车，其在车体疲劳强度方面有了较大幅度的提高，从而全面提升了新造货车 2 的整体实力。 通过新技术的掌握和应用及先进工艺装备的配备，使货车制造的系统功能得 到了进一步完善，运输能力进一步提高。目前，对于c 8 0 系列货车的载荷谱研究， 北京交通大学机辆所已经完成了前三个阶段的测试工作，包括纵向载荷谱的测试、 心盘载荷谱的测试等，收集到了大量较为真实可靠的数据。然而对于货车车体的 疲劳设计，我国尚无相关的规范、标准及设计方法，也没有形成完整的车体结构 疲劳的可靠性的分析方法和评价体系。 1 3 本论文的主要研究内容 本论文通过实测c 8 0 b 货车端墙部位的应变，将其转换成应力来编制端墙载荷 谱；采用有限元分析确定车体疲劳薄弱部位；根据名义应力法分别用a a r 标准中 9 0 7 t 漏斗车重车的心盘、车钩、车体扭矩和旁承载荷谱以及e n 标准对c 8 0 b 货 车车体的端墙部位进行疲劳寿命计算；最后分析端墙部位裂纹的疲劳成因。 主要研究内容有： ( 1 )大秦线2 0 0 0 0 吨重载列车端墙压力测试 通过线路实测试验采集了c 8 0 b 车体在大秦线上的端墙应变- 时间历程数据。 ( 2 ) 端墙的数据处理。 通过端墙的静压力值，证明实测得到的数据是可以应用的；利用已编制的软 件对实验数据进行预处理、雨流法计数等。 ( 3 )端墙载荷谱的编制 按照矩形分布和三角形分布两种方式，利用数据处理软件j p l a s 编制二维载 荷谱和应力谱，并参照美国a a r 标准的方法对载荷谱进行进一步地处理。 ( 4 )车体有限元计算 运用s o l i d w o r k s 建立c 8 0 b 车体的三维模型，用h y p e r m e s h 网格划分并导入 c a e 分析软件a n s y s ；分别依据a a r 标准、b se n 标准对车体进行有限元计算， 根据加载计算结果，确定端墙的疲劳薄弱部位。 ( 5 )端墙部位疲劳寿命估算 根据有限元计算结果，分别参照美国a a r 标准、大秦线试验线路实测的载荷 谱和e n 标准中疲劳寿命的计算方法，对c 8 0 b 车体的端墙薄弱部位进行疲劳损伤 计算和疲劳寿命估算，进而分析其疲劳成因。 4 2 1 1 试验概况 根据铁道部科技司大秦线重载列车载荷谱测试工作通知的要求，在前三 个阶段的试验完成之后，进行端墙的压力测试。试验区间为湖东北同蒲环线装 车点湖东柳村南。车钩、摇枕心盘和旁承试验完成后，湖东车务段将一组安 装测力测试设备的空车( 车号含4 3 6 1 4 7 0 ) 于8 日前送湖东车辆段。车辆段配合在 车体端墙侧墙布置传感器。 上述测试工作包括正线运行工况、装煤点线路运行工况和上翻车机工况，全 部采用超小型、长时间、大容量无人值守测试系统进行全程往返测试。线各种工 况的测试要求，使测试能够覆盖空车、重车正线运行工况、翻车机工况、装煤点 装煤及其装煤后的运用工况，该超小型测试设备如图2 1 所示，该设备的存储容量 为2 g ，4 通道，配上电池后可以连续使用5 天左右。 矿戢埔啦4 碍紫粘蕈婶一。謦k q 。 蠢 图2 - l 超小型动态信号测试系统 f i g 2 ls u b m i n i a t u r ed y n a m i cs i g n a lt e s ts y s t e m 样频率为5 0 0 h z 。应变片的排列位置如图2 2 所示： 图2 2 端墙压力传感器的排列位置 f i g 2 2p r e s s u r es e l l s o r sa r r a n g e m e n t sp o s i t i o no fe n d w a l l 本次试验采用五台e d s 采集数据，其连接顺序为9 1 0 1 1 2 _ 4 ，通道的编号从 1 2 0 依次顺序排序，其中e d s 0 9 的9 2 通道( s e p a r a t e2 ) 连接心盘传感器( 如图 2 3 所示) 的8 a 接1 3 ，9 3 通道( s e p a r a t e3 ) 连接心盘传感器的8 b 接1 2 1 。应变片 贴在非黄端( 即车钩连接的端墙) ，如图2 - 4 所示。五台e d s 中，e d s 0 9 的2 、3 通道测的是车钩力，4 通道测的是端墙微应变，其余四台e d s 的四个通道( s e p a r a t e 5 - s e p a r a t e2 0 ) 收集到的数据均为端墙的微应变。 6 图2 3 心盘传感器部件 f i g 2 - 3p a r t so fc e n t e rp l a t es e n s o r s 1 2 l 口口 i n 4 9 6 r - 昔 2 位口口i n 4 9 3 9 1 0 图2 4e d s 位置图 f i g 2 - 4l o c a t i o nm a po fe d s 东 本文采用“工程结构数据处理与疲劳强度评估系统( j p l a s ) 数据处理工 具软件，来处理实验测得的的数据。对于端墙的压力测试实验，有两趟数据，分 别对其载荷一时间历程进行处理。根据工况的不同，分为三种：拉煤、重车、空车。 由于空车工况时对端墙几乎没有什么冲击损伤，所以仅需要处理端墙在前两种工 况下的测试数据即可。两种工况对应的时间如下： 拉煤：2 0 0 9 7 31 7 ：4 5 - 2 0 0 9 7 41 6 ：0 5 重车：2 0 0 9 7 41 6 ：0 5 2 0 0 9 7 50 9 ：5 8 7 2 2 数据处理 2 2 1 端墙静压力的确定 本次试验测得的端墙部位的数据，均为微应变，在乘上各个传感器的标定系 数( 单位是m p a 微应变) 之后，则为此位置的压力。由于端墙部位的数据都比较 小，因此将标定系数的单位转换为k p a 微应变，相应的压力的单位变为k p a 。对 于车钩力，乘上标定系数0 4 ，单位变为k n 。1 7 个传感器的标定系数见表2 1 。 表2 1 端墙各个传感器的标定系数 t a b 2 1c a l i b r a t i o nt o e 伍c i e n to f e a c hs e n s o r so f e n d w a l l 测点编号对应的传感器传感器的标定系数对应的e d s 通道 1 1 3 ld 1 74 0 0 e 0 4 s e p a r a t e1 9 l 1 0 6d 1 6 3 3 0 e 4 s e p a r a t e1 1 1 1 2 9d 1 54 1 0 e 一0 4 s e p a r a t e1 6 l1 4 4d 1 44 2 0 e 一0 4 s e p a r a t e1 5 1 1 3 8d 1 34 5 0 e 0 6 s e p a r a t e1 4 l1 4 5d 1 23 7 0 e 0 4 s e p a r a t e1 8 1 1 3 9d l l4 0 0 e - 0 4 s e p a r a t e1 2 1 1 2 8d 1 03 8 0 e 0 4 s e p a r a t e1 3 1 2 1 2d 2 04 0 0 e 一0 4 s e p a r a t e8 1 2 2 0 d 8 4 0 0 e 一0 4 s e p a r a t e7 11 2 5 d 7 4 0 0 e 0 4 s e p a r a t e2 0 1 1 4 9d 64 0 0 e 0 4 s e p a r a t e6 1 1 0 5d 5 3 8 0 e 一0 4 s e p a r a t e9 1 1 6 2d 4 3 8 0 e 一0 4 s e p a r a t e5 l l1 9d 3 4 2 0 e 0 4 s e p a r a t e1 7 11 6 8d 23 9 0 e 0 4 s e p a r a t e1 0 1 2 1 6d l4 0 0 e 0 4 s e p a r a t e4 由于有两个通道均测的是8 号车钩的力，为了更好的分析，本文选取数据较 大的一个通道作为分析的基准，两通道测得的最大压力的波形图如图2 5 所示： 8 i 一 _ 一：z 芦8 一豁躲形= 一圮6 4 “厂“。 苎苎一j f 嘲 最1 7 大1 7 压力为1 0 i “ 太一一tt - 盈牛时一tr o u 1 i p 、 一，- z 二、- ，。一量- 叶- t 鲥甜 一一 图2 5 两个通道测得的车钩力( 最大压力) f i g 2 - 5c o u p l e rf o r c e sm e a s u r e db yt w oc h a n n e l s 通过查看同一时刻车钩力和微应变的波形图，可以知道车钩力与端墙的数据 没有直接的联系，即车钩力的变化不一定会对端墙产生影响。现以e d s 0 9 的车钩 力( s e p a r a t e6 ) 和e d s l 0 的端墙压力( s e p a r a t e9 、s e p a r a t e1 2 ) 在同一时刻的波 形图为例，来证明上述观点。如图2 - 6 、2 - 7 所示： _ l 疆p l 鲁一= 瞳一( 量毫) 懂事t d 8 啦 氍m j 一 t l - 一 i l l 一 一 t 太一t 1 i r 、一一 1 圣1 2 - 6e d s 0 9 s e p a r a t e6 在某一时刻的波形图 f i g 2 - 6o s c i l l o g r a mi nac e r t a i nt i m eo fe d s 0 9 一s e p a r a t e6 9 翻一 栩 l 堰e 曩露一二瘩t 鼍f 誓世曩) 、车_ i e 0 s 1 怛 2 怔恫 t e t 柚l l s 膏曩量一一董t 薯( 量毫) l 事、e d s - 哪声 2 1 s e 瑚r t e 1 2 赫l i i -i-li ii i 1 1 1i i 一 嗣_ 6 、。“。、一- 7 、 _ h 、， ， 7 、n ，| g ! ! 。，。、，。、。、，。，、，。、，、，。、，、。，。、，。，、。、，。，、，。，。，。、，、，、，、，、，。，。、。、。、 一 一 太对一 嫩盯4 d l 时l l t ：5 i 一 j 一l 甜髯7 图2 - 7e d s1 0 s e p a r a t e 9 、s e p a r a t e l 2 在同一时刻的波形图 f i g 2 7o s c i l l o g r a mi nas a m et i m eo fe d s 10 - s e p a r a t e9a n ds e p a r a t e12 我们知道，要找到端墙的静压力，就应该找到这样一个时刻，即货车到装煤 点装满煤之后还没有运行的这个时间点，也就是说，我们要在拉煤的这一时问段 内来找到这个时间。我用单机版地面分析软件查看这一时间段内的机车行驶记录， 找到了这个时刻：2 0 0 9 7 4 ，0 4 ：4 3 ：2 3 ，然后通过这一时刻来找到各个传感器的 测得的应力。各点测得的应力数值如图2 8 所示，图中标注的数值单位为k p a 。 图2 8 端墙各个传感器的静压力 f i g 2 - 8s t a t i cp r e s s u r eo f e a c hs e n s o r so fe n d w a l l 1 0 2 2 2 端墙静压力的修正 通过图2 8 我们可以看到，测点的静应力值有j 下有负，一般来说，端墙受到煤 的挤压，测得的应力值应该都是负值。出现这种现象有两种原因：一是传感器的 线接反了；二是测试的的数据中途从负值变为了正值，这就是发生了零漂。通过 查看d 1 、d 7 、d 8 、d 1 0 、d 1 l 、d 1 2 、d 1 5 、d 1 7 这8 个传感器的波形图，如图 2 - 9 所示： i 霸u 露勇曩凳一二瘩量曩c 簟始理) 啦售l e o s ，1 1 2 4 i s e p a r a t e 7 l 1 露霸时景象一= 蕾i k a ( 簟廿曩) 、拄博怔d s i 吼i7 i s e 哪t e 1 1 翻l - d l o m b m - z 1 i m mt i l l ) 啦航e 嘴 1 1 弗e 州骶 u i 6 瞎段冕一一鱼数量( 蛙曩) 也堪怔o s l 烈i2 t l , , s e p a o & f e i 7 鞠 _ l 纂矗蕾曩聋一二茸t 曩r 誓世毫) 也t l p t e d $ 1 2 1 1 - 2 , 1 p , s e p _ q l i t e 2 1 ，“ l 惯日曹曩筹一二茸( 簟世曩) 1 1 2 i e d s l - 2 s 雕r 爪2 4 曩一 泞甓魏：；j 靠臀# ：裟；譬曩艽旃：箸众= = = = 摹。鼬o o 嬲掣等嗡 o # 文冀赋二f = = 0 0 等x # 苌奠= g 乞q 图2 9 上述八个压力传感器在开车时刻的虑力值 f i g 2 9s t r e s sv a l u e si ns t a r t i n gt i m eo fa b o v ee i g h ts e n s o r s 如上图所示，发现这些点从测试一开始就是正值，通过查看机车形式记录， 确定开车时间为2 0 0 9 7 3 ，2 2 ：4 2 ：3 2 ，说明是线接反了，于是原来所有的正值都 变成负值；又通过查看传感器d 1 3 的波形图，发现其数值从一开始就很小，随着 时间的推移，也基本没有波动，故判断传感器已损坏，无法测得我们所需的数据， 因此将d 1 3 的数据排除掉，不再进行处理。修改后的各个传感器的静压力值如表 2 2 所示： 表2 2 端墙各个传感器的静应力值( 单位：k p a ) t a b 2 2s t a t i cs t r e s sv a l u e so fe a c hs e n s o r so fe n d w a l l ( u n i t ：k p 幻 传感器编号静应力值 传感器编号静应力值传感器编号静应力值 d 1 77 5 d 82 5 4 8 d 1 61 8 7 d 73 9 6 d 1 5 7 6d 66 9 5 d 1 49 9 2 d 2 01 1 0 2d 52 3 4 2 d 1 3 |d 42 8 3 9 d 1 2 1 4 2 9d 33 2 1 d 1 12 7 8 d 25 1 8 d 1 0 6 7 3d 16 8 7 为了证明我们测得的端墙数据是可以应用的，就需要看它的静压力是否是在 正常范围内的。端墙的静压力在5 1o t 的范围内，最大不能超过2 0 t 。下面来计算 端墙的静压力。本文将每一行的两个传感器的静应力取平均值，如表2 - 3 所示。 表2 3 端墙上每一行传感器的平均静压力值( 单位：k p a ) t a b 2 3a v e r a g es t a t i cs t r e s sv a l u e so f e a c hr o ws e n s o r so fe n d w a l l ( u n i t ：k p a ) 传感器所在的行( n ) 两测点的平均值( ) 1 1 6 4 9 2一1 1 3 3 3 7 2 8 41 4 7 9 51 4 2 68 7 5 73 9 8 86 8 又查到c 8 0 b 的结构尺寸，车体内的宽、高分别为2 9 7 6 、2 7 0 0 ，单位m m ，算 得端墙的面积a = 8 0 3 5 2m 2 ，为方便计算，近似为a = 8m 2 。由表2 3 得到整个端 墙上的平均静应力仃= x ，n = 1 0 4 5 2 5 k p a ，则整个端墙上的平均静压力为 f = 盯a = 8 3 9 8 7 9 k n ，近似为8 4 t ，在j 下常范围之内，所以本文通过试验测得的端 墙数据是可以用于编谱的。 1 2 2 2 3 数据处理的方法 在运营线路上实测机车车辆关键部位上的动应力并编制载荷谱和应力谱，是 进行结构疲劳寿命及可靠性分析的必要条件。本文对在大秦线路上实测得到的动 应力数据进行了处理，包括零漂处理、滤波处理、小波处理及各级应力幅值的频 次统计，采用雨流计数法，这些工作通过数据处理软件( j p l a s ) 得到实现【2 1 。数 据处理的流程大致如图2 1 0 所示。 图2 1 0j p l a s 软什的数据处理流程图 f i g 2 1 0f l o wc h a r ta b o u td a t ap r o c e s s i n gi nt h es o f t w a r ej p l a s 将传感器d 1 3 ( e d s l 2 ，s e p a r a t e1 8 ) 测得的数据排除掉之后，余下的十七个 测点的数据值乘上它们相对应的标定系数，馊得各个测点的应变时间历程转变为 应力时间历程。另外，2 2 2 小节中提到的8 个线接反的传感器的数据，也利用 j p l a s 软件中实测信号通道计算的功能，将错误的数据进行了修正。因为我只是 针对重车运行工况下的端墙数据进行编谱，所以仅对重车时间段内的上述数据进 行了修正，修正后的各个测点对应的通道数如表2 4 所示，再次查看它们的波形图 发现，数据基本恢复正常，d 1 、d 7 、d 8 、d 1 0 、d 1 l 、d 1 2 、d 1 5 、d 1 7 这8 个传 感器测得数据的波形图如图2 1 1 所示。至此，单个通道的数据处理完毕，为下面 的编谱工作奠定了基础。 1 3 囤回囤一t 圄 表2 _ 4 修正后的各测点对应的通道 t a b 2 - 4m o d i f i e dc h a n n e l so f e a c hm e a s u r i n gp