UIC-615-4-2003.doc

精品文档UIC 国际铁路联盟规程 ORUIC 615-42003动力车转向架和走行装置转向架构架结构强度试验 Tractive units - Bogies and running gear Bogie frame structure strength tests（翻译稿）国际铁路联盟 发布 UIC铁路联盟规程UIC 615-42003 OR动力车转向架和走行装置转向架构架结构强度试验2006年2月UIC规程 615-4OR2003年2月第2版译本 动力车转向架和走行装置转向架构架结构强度试验 国际铁路联盟本规程列入以下各卷：V 车辆VI 牵引VIII 技术规范实施：本规程自1994年1月1日生效。本规程适用于国际铁路联盟所有成员路。更新记录：1994年1月第1版首次发布2003年2月第2版用FrameMaker软件重新打印本规程的负责人姓名列入UIC规程。目 录前言.11引言 .22总体条件.23超常工况时的静强度试验.43.1载荷定义.43.2试验过程和预期结果内容.44模拟运营载荷工况时的静强度试验.44.1载荷定义.44.2试验过程.54.3试验结果.55模拟特殊运营载荷工况时的静强度试验.65.1载荷定义.65.2试验过程.75.3试验结果.76疲劳试验.76.1试验条件.76.2载荷定义.76.3试验过程.86.3试验结果.87疲劳强度评定.9附录A-静强度试验载荷曲线图.10附录B-疲劳试验时载荷-时间曲线图.11附录C-疲劳试验步骤.12参考文献.135欢迎下载。精品文档前 言本规程是动力转向架技术批准相关的系列规程中的一部分。本规程描述了为验证转向架构架承受实际运用载荷的能力而进行的试验台试验。O1 引言本规程是动力转向架技术批准相关的系列规程中的一部分。，这些规程还包括UIC规程615-0、615-1、515-3、615-4和515-5（见参考文献）。本规程描述了为验证转向架构架承受实际运用载荷的能力而进行的试验台试验。试验分为4类： 超常工况载荷静强度试验验证转向架在运用过程中最大超常载荷作用下，构架不会发生永久变形。 模拟运营工况载荷静强度试验验证转向架在实际主要运营载荷作用下，构架不会出现疲劳裂纹（垂直和横向力、线路扭曲的影响）。 模拟特殊运营工况载荷的静强度试验验证由于转向架部件（电机、制动装置、减振器、抗侧滚扭杆）引起的局部交变载荷和小半径曲线通过引起的交变应力作用下，转向架局部不会产生疲劳裂纹。 疲劳试验确定转向架整体使用寿命和安全裕量，找到静强度试验中没有发现的薄弱点。因此应在静强度试验后进行这些试验。考虑到现有试验装备的能力，对该试验仅建议进行。本文中引用的试验载荷值不是基于大量试验得到的，因此应视为暂定值。O2 总体条件应确认被试转向架构架与设计图纸完全一致，而且是采用与批量生产相同的工艺过程制造的。 静强度试验时，建议装有悬挂装置及相应的牵引电机进行。 由于实际原因，上述布置通常不能用于疲劳试验，因此应仔细分析这些试验的试验装配。试验装配应尽可能重现运用中观察到的变形情况。应特别注意分布在几个连接件（心盘、弹簧、止挡等）上的力的传递情况。最高应力点的应力用应变片来测量： 在主要应力方向上使用单向应变片， 在已知2个主要方向上使用双向应变片， 其它情况下采用三向应变花（应变片丛）。应变片的工作部分不应超过6 mm。布片位置只能由有经验的人员利用有限元分析的结果来确定。如有要求，可用应变指示漆或任何其他合适的方法进行预备试验。符号和载荷定义：nb= 转向架数量ne= 每台转向架的轮对数量m+(kg)= 转向架重量mv(kg)= 空车整备重量（装载相应的燃料和水）客运车辆的试验载荷按照UIC规程566（见参考文献）对干线车辆的规定进行计算。15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载。C1： 每座1名重80kg的旅客a 走廊和门厅每m2 4名旅客b 行李间每m2 300 kg C2： 每座1名重80kg的旅客a 走廊和门厅每m2 2名旅客c 行李间每m2 300 kg a. 市郊车为70kg。b. 可以根据运营类型增加到10名。c. 可以根据运营类型增加到4名。O3 超常工况载荷静强度试验3.1载荷定义（见附件A中的图） 每台转向架上的垂直载荷（每侧梁一个）： 每台转向架上的横向载荷： 在其中一个车轮上模拟100无载荷时的转向架扭曲，以模拟脱轨转向架的情况。注：1超常载荷试验中不模拟纵向力。2对于3轮对转向架（ne3），假设中间轮对不参与横向力的传递。3在运营条件特别恶劣的例外情况下，公式中的因数1.4可以增加到2。3.2 试验过程及试验结果试验分两步进行： 预载荷试验，施加最大载荷值的一半，以确定全载试验时不会出现重大问题； 全载荷试验，任何点不得超出弹性极限，试验载荷撤去后，不得有任何永久变形。本试验中不模拟作用在转向架上的惯性力。因此，为平衡车轮上的力而在二系悬挂装置上方施加的横向力通常过大。如果位于二系横向悬挂装置上方的部件因此而超过了弹性极限，应重新对这些超过了弹性的部件进行试验，横向力减半。O4 模拟主要运营工况载荷的静强度试验4.1 载荷定义（见附件A中的图） 垂直载荷：作用在构架侧梁上的垂直力Fz1和Fz2按照4.2条中的表来确定： 每台转向架上的横向力： 在其中一个车轮上模拟转向架在5线路扭曲情况下的翘曲。4.2 试验过程试验装配应允许在实际运用中可能发生载荷的位置施加载荷，并能同时模拟悬挂装置以及转向架与车体之间连接件的运动和自由度。初始状态（应变片显示为0）定义为没有牵引电机的转向架构架。安装牵引电机后，转向架构架需要接受各种载荷组合，以便模拟： 车体垂直运动（浮沉振动）引起的垂直力的动态变化，用垂直力的百分比来表示：Fz， 车体侧滚引起的垂直力的动态变化，用垂直力的百分比表示：Fz。一般说来，在欧洲铁路的正常运营条件下：0.1， 0.2如果已知线路质量明显较低，或如果车辆在超高不足很大的条件下运营，则可以使用更大的值。注：牵引电机惯性引起的动载荷在第5条中说明。下表规定了相继施加的不同的载荷组合：（下表中“每根底杆的垂向力”应改为“转向架每侧侧梁的垂向力”，审校者注）上述试验结束后，重复第3、第5、第7和第9工况，同时增加线路扭曲工况。线路扭曲工况的引入不应改变垂直力的总和。注：第2、第4、第6和第8工况的目的仅为评估横向力的影响。4.3 试验结果对每个测点记录第4.2条规定的每种载荷工况下的应力。从这些值中，取最小值min和最大值max，以便确定应力均值和应力幅值： 和 据目前所知的情况，在诸如Goodman-Smith图等文件中给出了需要遵守的极限应力，见ERRI报告B12RP17的附件6。但是，如果计划进行疲劳试验且只在这种情况下在有限的几个测点上可以超过这些极限应力值20，需要在疲劳试验过程中特别注意监控这些点。O如果由于横向力的作用，位于二系横向悬挂装置上方的转向架部件的弹性极限被超出量大于20，应在这些部件上重新进行试验，横向力减半，见3.2条的说明。5 模拟特殊运营工况载荷的静强度试验5.1载荷定义该试验过程中大部分载荷与转向架的特殊设计特点及其运用（牵引、制动）有关。因此不可能在本规程中无遗漏地定义所有的试验。然而，可以简要说明欧洲主要铁路上目前在用类型的标准转向架的试验程序。5.1.1 牵引电机和传动装置电机和传动装置的惯性造成的动态载荷效应可通过以下方法模拟： 在中间横梁上的部件安装处施加：交替力电机重量0.2（ 该值可能太小，今后需更精确定义。）， 在传动装置安装处施加：交替力传动装置重量3。根据实际情况确定是否组合施加这些载荷。5.1.2 电力牵引制动装置模拟作用在构架上的驱动力的力施加在轴箱处。模拟电机反转扭矩的力施加在转向架上的支点处。5.1.3 空气制动装置模拟制动装置对结构的作用力施加在这些载荷通常发生的部位（如制动闸瓦力施加在车轮上，或制动垫的力施加在制动盘上）。所用的力值与实际运用中的最大制动力值相符。5.1.4 减振器一个1.5FA的力施加在转向架上每台减振器（抗侧摆、垂向、横向或纵向）的位置上。FA等于引起疲劳载荷的力值。它通常与减振器在其额定速度下产生的力相等。5.1.5 抗侧滚杆如果在第4条规定的试验中不能安装抗侧滚杆（例如在转向架上安装了气动二系悬挂装置的情况下），应进行特殊试验，将抗侧滚杆连接到试验台的横向构架上，使横向构架先向一侧倾斜，然后向另一侧倾斜，倾斜角与通常的实际运用倾斜角的值相等（约20毫弧度）。5.1.6 纵向力纵向力是摇头运动以及通过小半径曲线时轮对上的力引起的。对于装用无导向轮对的传统转向架，这个力的值通常是：注：在施加力Fx时可以用试验台、另一个轮对或转向架构架作为支承点。5.2 试验过程在所有情况下,垂直载荷Fz首先施加在构架的每侧纵向梁上。记录下4个车轮处的垂直反作用力的值（Q11，Q12，Q21和Q22）。然后施加上面几段提到的力，首先在一个方向上施加，然后在另一个方向上施加，同时检查反作用力的总和（Q11Q12Q21Q22）是否恒定。以这种方式在每个应变测点上获得3个值，取其中的最小值和最大值，以确定ave和。5.3 试验结果对于每个试验，都要考虑两种情况： 如果模拟主要运营工况载荷试验中有些部位的应力值非常低，则足可以说明该部位特殊工况载荷引起的应力也低于极限值。 对于那些在第4条规定的试验中出现了相当大的应力的点，应对获得的应力进行叠加，并应检验是否超过了极限值。O6 疲劳试验6.1 试验条件疲劳试验的条件： 如果无需拆除驱动装置（牵引电机和齿轮传动链）即可施加试验力，试验应在完整的转向架构架上进行； 仅当驱动装置对构架的刚度没有影响时，试验在拆除驱动装置后进行。6.2载荷定义 垂向载荷（每侧侧梁）：l 静态载荷：Fzs1Fzs2Fz（与第4.1条的值相同）l 准静态载荷（模拟曲线上的侧滚）：Fzq1Fzq2.Fz（见第4.1条）l 动态载荷（模拟车体的浮沉振动）：Fzd1Fzd2.Fz（见第4.1条） 横向力（每台转向架）：l 准静态载荷：Fyq0.25.（Fz0.5m+.g）l 动态载荷：Fyd0.25.（Fz0.5m+.g） 转向架加悬挂装置在5的线路扭曲情况下转向架构架翘曲。6.3 试验程序进行试验的试验装备应能够准确地在与实际运用中相同部位施加并分配力，同时能正确地模拟悬挂装置和转向架与车体之间的连接件的运动和自由度。6.3.1 准静态和动态载荷该试验按顺序模拟在右曲线和左曲线上出现的交替的准静态载荷与动态载荷。如果第4条规定的静强度试验显示线路扭曲只在转向架构架的有限区域内引起了应力，且垂向力和横向力引起的应力较小，则在第一阶段可以只用垂向力和横向力进行疲劳试验，而不需要考虑线路扭曲。在这种情况下，垂向和横向准静态和动态力随时间变化，见附件B的图。在对应右曲线或左曲线的每个试验程序中，垂向和横向动态试验循环次数通常为20。如果转向架将用在多曲线的线路上，这个循环次数可以减至10，如果线路上的曲线特别多，该循环次数还可以更小。垂向和横向力的动态变化应与图中所示频率相同并同相。试验应包括多个模拟右曲线和左曲线的程序。试验分三步进行，对应所施加载荷的增加水平，见附件C。 第一个加载阶段，动态循环总次数为6106。 第二个加载阶段，循环次数为2106，静态力不变，准静态力和动态力乘以1.2。 第三个加载阶段，循环次数为2106，程序与第二阶段相同，但系数由1.2改为1.4。6.3.2 线路扭曲载荷总共施加106次交替线路扭曲载荷：附件C图中的第一个加载阶段为6105，另外两个加载阶段每阶段为2105，线路扭曲幅度分别乘以1.2和1.4。为了定义这些试验，应考虑静态试验的结果和现有试验装备的能力： 如果静态试验显示，转向架构架不受线路扭曲的影响（如转向架的扭转刚度较低，或转向架采用铰接式构架），则不需要进行线路扭曲模拟试验。 如果第4条规定的静态试验显示，线路扭曲载荷的影响明显与垂向和横向力的影响不同（如因应力发生在不同区域），则线路扭曲模拟载荷可以与其他加载试验分开施加。 如果不属于上面两种情况，则应改造试验台，以便同时施加垂向力、横向力和线路扭曲载荷。6.4 试验结果 前两个加载阶段不应出现裂纹。应在4106次循环后，第一和第二个加载阶段全部结束后，通过无损检验（磁粉探伤或染色渗透试验）来确认。 在第三个加载阶段，可以接受非常小的裂纹，但条件是这些裂纹如果在实际运用中出现不需要立即修补。 在这种情况下，建议要求制造商改变转向架的局部设计，以提高其强度，但不需要进行新的试验。 在疲劳试验中，应在静强度试验中发现最高应力的部位，尤其是在按照第4.3条容许的超出极限应力的那些应力部位，用应变片监测应力变化情况。 对位于二系悬挂装置上方的部件，不需要考虑在静强度试验中发现的超载部位是否因横向力过大而出现任何裂纹。 在进行转向架自身的疲劳试验前，建议对连接件（如柔性铰接件）进行疲劳试验，以确定它们的使用寿命，避免在转向架构架整体试验中发生任何事故。R7 疲劳强度的评估如果不能进行疲劳试验，建议用以下评估程序代替疲劳试验：静强度试验后，在能代表实际运用状况的线路和速度条件下对转向架进行试运行。在静强度试验中发现的关键点上测量应力。应根据一个合适的国家或国际通用的方法评估转向架上出现裂纹的可能性。这些方法尚未形成标准。附件 A：图示静强度试验中所施加的力附件 B：图示疲劳试验中按时间顺序施加的力z方向上施加的力y方向上施加的力附件 C：疲劳试验阶段的定义a（静态）垂向b1（准静态动态），垂向和横向c1.2（准静态动态），垂向和横向d1.4（准静态动态），垂向和横向参考文献1UIC规程国际铁路联盟规程505-1：铁路运输车辆机车车辆构造限界，第9版，正在准备中规程510-2：拖车不同类型的走行部分使用不同直径车轮的规定，第4版，正在准备中规程512：机车车辆为了避免轨道电路和轨道接触器运用上的困难，机车车辆应遵循的条件，第8版，1979.1.1，2个修订件规程513：评定与铁道车辆中振动有关的旅客舒适性导则，第1版，1994.7.1规程515-3：机车车辆转向架走行装置车轴设计计算方法，第1版，1994.7.1规程515-5：动力车和拖车转向架走行装置轴箱试验，第1版，1994.7.1规程518：铁路车辆的动力性能安全性线路疲劳乘坐质量试验和认证方法，第2版，正在准备中规程541：制动机制动机零部件的制造规范司机制动阀规程543：制动机无动力车辆制动装置的规定，第11版，2001.12规程544-1：制动机制动功率，第3版，1966.1.1，1979.3.1再版，并入9个修订件规程546：制动机旅客列车大功率制动机，第5版，1967.1.1，1980.1.1再版，并入5个修订件规程552：列车供电列车总线的标准技术性能，第9版，1997.1.1规程566：客车车体及其构件的载荷，第3版，1990.1.1，附录和1个修订件规程569：能适应列车轮渡用的客车和行李车制造规范，第2版，1979.7.1，2个修订件规程615-0：动力车转向架和走行装置一般规定，第2版，2003.2规程615-1