由于我国人口基数庞大, 经济也正处于上升发展期, 因此人们的生活水平与发达国家相比还有一定的差距。而铁路客运的载客能力大、价格相对低廉,故而成为我国大陆地区最主要的旅客运输方式之一。其中, 动车组转向架部件的性能在很大程度上决定了动车组运行的安稳性, 所以关于动车组转向架的性能分析尤为重要。
1 动车组及其转向架部件性能分析
1 . 1 动车组的转向架部件发展分析
20世纪50年代中期,我国针对火车的转向架开始进行设计。其主要型号设计到了101、102以及103型等。其大部分构架速度设计为1 00KM/H。其主要运用于21型火车客车中。但是,由于当时的技术条件落后,转向架也呈现出了结构复杂、运行能力较差和笨重的缺点。2 0 世纪50年代末期,四方厂设计出了120KM/H速度的202型号转向架。这种转向架区别于之前的结构,采取铸钢H型的构架设计。这种转向架同时也采用了闸瓦制动、两系螺旋弹簧悬挂、二系油压减震器以导柱式轴箱定位装置等。随着我国高速列车理念的提出以及多次的火车提速,一大批高速客车转向架应运而生。我国引入了动车组技术,开发除了C RH系列的动车组的非动力转向架和动力转向架等。其中,CRH1A动车组采取了真空期弹簧转向架, 悬挂采用的是单组钢簧加单侧拉板定位,基础自动采用了直通式电空自动。最为重要的是,CRH1型的中央悬挂采用了橡胶堆和空气弹簧。随着时代的发展,CRH1、CRH2、CRH3等动车组的转向部架愈发先进, 为我国动车组的技术发展奠定了坚实的基础。
1 . 2 C R H 2 动车组的简介及其转向架部件性能分析
同样,CRH2动车组的高速转向架亦是四方股份公司进行研发和生产的。总的来说,CRH2的高速转向架运用的是无摇枕式的转向架,呈现出H型的构架。其中,二系采取了现阶段最具高度自动调节装置的空气弹簧悬挂系统。而且, C RH 2的转向架部件中横梁承担了辅助风缸。究其本质而言,CHR2动车组的转向架部件传递纵向力主要由单拉杆式中央牵引装置辅助, 其运用的抗蛇行减震器不仅可以满足高速稳定性, 亦能满足其曲线通过性能。
另一方面,CRH2一系采取的是转臂式定位,双圈钢圆簧是轴箱弹簧采用的。而车轮采用的是小轮径,规格为8 60mm,内孔设置为6 0mm,其对于簧下重量的减少具有重要作用。而就CRH2型转向架的设计来说,全部车轮都有相应的制动轮盘, 拖车转向架车轴上方还设置了专门的制动轴盘。就基础制动装置而言, 其采用的是特殊液压油缸卡钳式盘制动,且体积较小。相较之其他车系而言,CRH2型转向架还设置了专门的踏面清扫装置, 以确保能够将粘踏面上异物清除和运行噪声改善。
2 动车组转向架结构疲劳性能分析
2.1 ASME 标准
A SME标准指的是《网络不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》,由于这种方法主要采用网络的结构应力计算方法以及其S -N曲线模型,故而能够比较准确地计算出空间任意走向的焊缝的疲劳寿命。从焊缝的应力来看,可以将其分解成两个部分,一是由焊接工艺过程造成的非线性自平衡应力,这种应力与外力没有关系;二是由外力引起且同外力平衡的应力, 也就是结构应力。
关于对疲劳寿命的计算, 则需要用到断裂力学的理论进行。由于焊接结构的疲劳裂纹是客观存在的, 而从力学的观点来看, 其裂纹的扩展过程仅仅是一个纯力学的行为,故而,可以运用断裂力学理论进行焊接结构疲劳寿命的求解。
2.2 JIS 标准
J IS标准是日本标准协会颁布的有关车辆转向架焊接构架设计的准则。这种准则建立在名义应力的基础上, 由于其主要针对焊接构架, 故而只提供了两种母材的性能措施。此外,这种准则明确了重要焊接接头的疲劳强度极限, 并对辅助焊接接头给出了分级的S -N曲线用于其有限寿命的设计。
J IS标准是一个基于大量疲劳试验数据而得到的专用的抗疲劳设计标准。虽然这种标准只涉及了两种材料的焊接结构, 但该标准中的抗疲劳设计原则具有普遍性,能够清楚地看出,在焊缝被打磨以后,其疲劳寿命将得到显著提高。
2 . 3 二者分析比较
就ASME标准来看,其揭示了焊缝的焊根以及焊址上的应力集中, 并据此来定义抗疲劳能力,进而给出对所有焊缝的焊根、焊址全都成立的广义数学公式, 因此其计算结果具有唯一性。
J I S标准当前被广泛应用于疲劳估标中, 虽然其在预测焊缝的疲劳寿命中得到了普遍的认可, 但是这个的标准选取的是靠近焊缝某一位置的名义应力来评估疲劳使用寿命。而这就造成J I S标准存在一定的局限性。
3 动车组的构架疲劳荷载解析
动车组疲劳强度试验的载荷与静强度载荷是一致的, 且载荷信号通常考虑的是模拟运行于S弯道上向前、向后的加减速过程。
通常来说, 载荷序列是以块谱的形式表现出来的,而其他诸如均值、幅值以及相位转换与平常相同。在幅值前的符号- 、表示的是 或1 8 0的相位转换,其中每一个块谱的载荷循环数以及振动时间也都定义了每一个块谱的长度。
假如作动器在所有的载荷循环中都未起到作用, 那么其振动的时间就是由每个块谱的载荷循环给出的。故而当振动从第一个幅值位置开始时, 其信号中的载荷循环应当从此通道的基级, 并在这个位置进行施加循环数。
4 结语
该文就动车组转向架的构架作为研究对象, 在深刻阐述动车组转向架性能和研发历史的基础上, 论述了动车组的转向架疲劳性能等。同时也提出了一些可供参考的疲劳强度和性能分析方法。随着时代的发展和铁路提速, 只有确保了动车组转向架关键部件性能得到优化和提升才能为动车组的安稳运行保驾护航。
