車體靜強(qiáng)度試驗轉(zhuǎn)向架配重加載裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

李春超，馬麗英

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

車體靜強(qiáng)度試驗要求依據(jù)EN 12663-1：2010+A1：2014《鐵路應(yīng)用 鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)要求 第 1 部分：機(jī)車和客運(yùn)車輛(和貨車的替代方法)》標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定開展車輛的起吊性能試驗，完成上述試驗需要首先對所提供車輛進(jìn)行實際載荷配重，使試驗車體配重狀態(tài)達(dá)到實車使用狀態(tài)后再開展起吊性能試驗[2-7]。試驗車體配重包括車上配重和轉(zhuǎn)向架配重。前期設(shè)計了一種全新的車體強(qiáng)度試驗轉(zhuǎn)向架配重加載裝置，以滿足地鐵試驗車體、普通客車試驗車體和動車組車體試驗加載需求。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，設(shè)計的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置在試驗過程中存在操作不便、需要組裝不同部件、試驗周期長等問題，因此本文對前期設(shè)計的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。經(jīng)過試驗驗證，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于實施，更接近車輛實際運(yùn)營工況。

1 轉(zhuǎn)向架配重加載裝置

原車體強(qiáng)度試驗中的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置組成如圖1所示。試驗車體通過下連接板、上連接板、梯形螺紋連接栓與試驗專用轉(zhuǎn)向架連接。在試驗車體底架空氣彈簧位置下方與轉(zhuǎn)向架之間，放置車體支承座。力傳感器置于試驗專用轉(zhuǎn)向架上，垂向止擋與力傳感器接觸，力值為零；再用地腳螺栓、螺母將垂向止擋固定于地面滑槽上。試驗過程中，在試驗車體的頂車部位將試驗車體向上頂起，監(jiān)控力傳感器的力值，試驗直至接近目標(biāo)載荷。

圖1 原轉(zhuǎn)向架配重加載裝置

2 轉(zhuǎn)向架配重加載裝置存在的問題

轉(zhuǎn)向架配重加載裝置存在以下問題：

(1) 不能完成三點(diǎn)支撐工況。轉(zhuǎn)向架配重加載裝置可實現(xiàn)整車起吊和單端車體起吊，但由于力傳感器的安裝方式限制，在三點(diǎn)支撐工況下，無法實現(xiàn)第4個支撐點(diǎn)位置力傳感器讀數(shù)為零；

(2) 實施場所受限。轉(zhuǎn)向架配重加載裝置必須在有地面滑槽的場地實施；

(3) 配重精度不高。傳感器的力值無法精確控制載荷至目標(biāo)值；

(4) 試驗周期長。結(jié)構(gòu)組件多，連接接口多，安裝復(fù)雜，工作量大，試驗前準(zhǔn)備時間長，安全性低。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對轉(zhuǎn)向架配重加載裝置存在的問題，本文對原設(shè)計方案進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置如圖2所示。優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置中試驗專用轉(zhuǎn)向架下連接板通過螺母2、螺栓1提前預(yù)組。試驗車體與上連接板通過螺栓2連接。試驗車體與專用轉(zhuǎn)向架通過螺紋連接桿連接。其中，上連接板與枕梁的連接接口設(shè)置多種定位孔，可適應(yīng)不同車型使用。試驗專用轉(zhuǎn)向架與實際運(yùn)營車輛質(zhì)量差值通過在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上方配置砝碼實現(xiàn)配重。優(yōu)化后的方案設(shè)計有不同的安裝接口，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，縮短了試驗周期，提高了轉(zhuǎn)向架配重精度，通用性強(qiáng)。

圖2 優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置

4 方案校核

轉(zhuǎn)向架配重加載裝置中的上連接板是主要承載部件，需對上連接板的垂向加載進(jìn)行強(qiáng)度計算。根據(jù)上連接板實際尺寸建立幾何模型并進(jìn)行離散。在上連接板與枕梁連接圓孔處施加全約束，同時在上連接板沿螺紋連接桿方向共施加90 000 N的最大試驗載荷。模型中最大計算應(yīng)力為79.7 MPa，位于立柱與橫梁的連接處(圖3)，小于材料許用應(yīng)力(345 MPa)，因此，上連接板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足試驗要求。

圖3 計算應(yīng)力云圖

5 試驗驗證

在試驗前的準(zhǔn)備工作中，使用緊固螺栓連接上連接板與車體、下連接板與試驗專用轉(zhuǎn)向架。連接板上的螺紋連接桿穿入試驗專用轉(zhuǎn)向架，插入下連接板，在下連接板的下部安裝螺母完成緊固，最后在轉(zhuǎn)向架上方增加砝碼至實車轉(zhuǎn)向架質(zhì)量。在組裝過程中，僅需要對準(zhǔn)眼孔完成緊固件的緊固即可，工作量小。優(yōu)化后的試驗準(zhǔn)備時間由原來的8 h縮短為2 h。在車體起吊性能試驗中，沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架配重加載裝置存在異?，F(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)和功能滿足試驗要求。試驗中的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置如圖4所示。

圖4 試驗中的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置

6 結(jié)論

本文對車體靜強(qiáng)度試驗中的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)過強(qiáng)度校核和試驗驗證表明，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架配重加載裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理可行的，結(jié)構(gòu)和功能滿足試驗要求，試驗準(zhǔn)備安裝工作量減小，試驗周期明顯縮短。