多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車(chē)體疲勞強(qiáng)度及載荷譜研究試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交通設(shè)備領(lǐng)域,尤其涉及一種多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車(chē)體疲勞強(qiáng)度及載荷譜研究試驗(yàn)臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,鋁合金等輕金屬大量應(yīng)用于軌道車(chē)輛的制造中,這主要是因?yàn)殇X合金車(chē)體不僅質(zhì)量輕,易于回收,而且可以滿足車(chē)體輕量化的迫切需求。但輕量化的鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也存在著一些嚴(yán)重的缺點(diǎn),比如抗疲勞特性差,在外界隨機(jī)載荷的激勵(lì)下容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞失效。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)車(chē)體的強(qiáng)度評(píng)估大多通過(guò)靜載荷試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估,同時(shí),現(xiàn)有1:1車(chē)體疲勞強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)成本過(guò)高,而且根據(jù)文獻(xiàn),可以發(fā)現(xiàn)車(chē)體強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)除了需要考慮垂向、橫向和縱向載荷外,鮮有對(duì)車(chē)體頂部載荷和設(shè)備激振載荷的考慮。
[0003]我國(guó)《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》TB/T1335-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車(chē)輛強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范提到,試驗(yàn)載荷應(yīng)不小于基本作用載荷值但鑒定標(biāo)準(zhǔn)仍須按基本作用載荷換算,在鑒定強(qiáng)度時(shí)將換算應(yīng)力值按照最大可能組合的原則予以合成。
[0004]我國(guó)《鐵道客車(chē)車(chē)體靜強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法》TB1806-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:客車(chē)車(chē)體強(qiáng)度評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)式一一第四強(qiáng)度理論;垂向載荷(包括靜載荷和動(dòng)載荷)、縱向載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、側(cè)向力同時(shí)作用下,各測(cè)點(diǎn)的合成應(yīng)力應(yīng)不大于材料的需用應(yīng)力。頂車(chē)載荷即車(chē)體承載結(jié)構(gòu)的底架上施加相當(dāng)于設(shè)備重量及整備重量的垂向載荷作用下,各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)不大于材料的屈服極限,頂車(chē)位及其附近結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生永久變形;事故載荷下,各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)不大于材料的屈服極限。
[0005]我國(guó)《200km/h以上速度級(jí)鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》規(guī)定了車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)中,必要考慮的車(chē)輛基本作用載荷有垂向靜載荷包括自重、載重和整備重量。其中車(chē)體結(jié)構(gòu)自重和旅客(包括自帶行李)重量按均布載荷作用在車(chē)體底架上;垂向動(dòng)載荷由垂向靜載荷乘以垂向動(dòng)荷系數(shù)而定。垂向動(dòng)載荷取為垂向靜載荷的0.3倍,即垂向動(dòng)荷系數(shù)取為0.3 ;縱向載荷包括車(chē)鉤中心線高度上沿縱向作用力和動(dòng)車(chē)牽引在處沿縱向作用的持在牽引力。
[0006]我國(guó)《機(jī)車(chē)車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)范》TB/T 2541-2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了評(píng)價(jià)鐵道車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的靜載荷試驗(yàn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)中給出了多種載荷試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法:垂直載荷試驗(yàn)、縱向壓縮載荷試驗(yàn)、縱向拉伸載荷實(shí)驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)載荷試驗(yàn)等。在這些試驗(yàn)方法中,垂向載荷試驗(yàn)與疲勞強(qiáng)度直接相關(guān),標(biāo)準(zhǔn)TB/T2541-2010中對(duì)于垂直載荷實(shí)驗(yàn)提到,垂直載荷試驗(yàn)的載荷為垂直試驗(yàn)載荷,垂直試驗(yàn)載荷的分布應(yīng)按設(shè)備在機(jī)車(chē)上的布置情況而以分布載荷或集中載荷設(shè)置,其中車(chē)體自重應(yīng)按均布載荷設(shè)置。垂直試驗(yàn)載荷可用油壓裝置加載,也可用砝碼或重物加載。
[0007]《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》TB/T1335-1996標(biāo)準(zhǔn)、((200km/h以上速度級(jí)鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》和《機(jī)車(chē)車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)范》TB/T 2541-2010標(biāo)準(zhǔn),均給出了靜載荷實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),并沒(méi)有給出疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),TB/T1335-1996標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定鑒定強(qiáng)度時(shí),須進(jìn)行應(yīng)力換算,垂向靜載荷下的應(yīng)力要考慮動(dòng)載荷的影響,具體換算公式如下:
[0008]od=oc(l+Kd)
[0009]其中σ d為動(dòng)應(yīng)力,σ。為靜應(yīng)力,K 動(dòng)載荷系數(shù)。
[0010]日本JISE 7105標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了評(píng)價(jià)鐵道車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的靜載荷試驗(yàn)方法。垂向靜載荷試驗(yàn)中,除了對(duì)應(yīng)于乘客和設(shè)備質(zhì)量的基本載荷,在車(chē)體地板上還要施加等效動(dòng)載荷(兩部分載荷用鐵塊均勻加載在車(chē)體底板),然后測(cè)量其應(yīng)力和變形。從測(cè)得的應(yīng)力中分離出靜態(tài)應(yīng)力部分和動(dòng)態(tài)應(yīng)力部分,根據(jù)部件疲勞試驗(yàn)結(jié)果繪出Goodman曲線圖。再用Goodman曲線圖來(lái)評(píng)價(jià)每個(gè)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)發(fā)生疲勞破壞的可能性。
[0011]《Railway applicat1ns-Structural requirements of railway vehiclebodies))歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12663:2000規(guī)定了鐵路車(chē)輛設(shè)計(jì)中需考慮的載荷工況包括垂向靜載、垂向動(dòng)載、氣動(dòng)牽引、整體起吊、縱向拉伸、縱向壓縮、救援等。通常弓I起車(chē)體疲勞載荷包括加載、卸載循環(huán),軌道不平順激勵(lì),氣動(dòng)載荷和牽引制動(dòng)載荷等。
[0012]上述幾種規(guī)范中,都是通過(guò)靜載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估車(chē)體強(qiáng)度,雖然用靜載荷試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)疲勞強(qiáng)度簡(jiǎn)單實(shí)用,但是靜載荷試驗(yàn)可能發(fā)現(xiàn)不了一些潛在的裂紋。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明旨在提供一種多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車(chē)體疲勞強(qiáng)度及載荷譜研究試驗(yàn)臺(tái),公開(kāi)了一種大型的試驗(yàn)裝置來(lái)模擬真實(shí)的動(dòng)態(tài)載荷,能夠評(píng)估城市交通鋁合金車(chē)體的疲勞強(qiáng)度,從而研究車(chē)體的疲勞破壞問(wèn)題;利用三個(gè)方向的作動(dòng)器提供激振力,可很好地模擬各方向的動(dòng)載荷作用;通過(guò)高循環(huán)次數(shù)的激振力作用,致使比例車(chē)體產(chǎn)生裂紋,可以此找出疲勞裂紋位置,研究裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展規(guī)律,并由數(shù)據(jù)采集儀器記錄應(yīng)力、加速度、位移時(shí)程。
[0014]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0015]本發(fā)明公開(kāi)一種多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車(chē)體疲勞強(qiáng)度及載荷譜研究試驗(yàn)臺(tái),包括機(jī)械部分和電氣部分,其特征在于:所述機(jī)械部分包括T型槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)、支撐裝置、比例車(chē)體;所述比例車(chē)體通過(guò)支撐裝置連接在T型槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,所述支撐裝置包括支撐柱和橡膠空氣彈簧,所述支撐柱包括空腔,支撐柱下端與T型槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)連接,支撐柱頂部連接橡膠空氣彈簧,橡膠空氣彈簧頂部連接比例車(chē)體的底板,二系簧垂向作動(dòng)器置于支撐柱的空腔內(nèi),支撐柱上端面設(shè)有與空腔連通的激振孔;比例車(chē)體的兩端分別設(shè)置設(shè)有縱向作動(dòng)器、縱向減震器,比例車(chē)體的兩側(cè)分別設(shè)有橫向作動(dòng)器及橫向減震器,所述T型槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)上布置四個(gè)作用于比例車(chē)體底板的下部垂向作動(dòng)器,所述下部垂向作動(dòng)器位于比例車(chē)體底部中間位置,比例車(chē)體頂部設(shè)置有頂部垂向作動(dòng)器;所述電氣部分包括安裝在比例車(chē)體上的傳感器,所述電氣部分包括傳感器,所述傳感器連接數(shù)據(jù)采集儀器,所述數(shù)據(jù)采集儀器連接計(jì)算機(jī),傳感器包括加速度傳感器、位移傳感器和載荷傳感器。
[0016]垂向作動(dòng)器通過(guò)支撐柱上端的激振孔對(duì)橡膠空氣彈簧施加激振力,激振力通過(guò)空氣彈簧傳遞至車(chē)體,以模擬真實(shí)車(chē)體所受的來(lái)自二系簧的振動(dòng)載荷。
[0017]縱向作動(dòng)器和縱向減震器用于模擬列車(chē)牽引、制動(dòng)過(guò)程對(duì)車(chē)體疲勞強(qiáng)度的影響,橫向作動(dòng)器和橫向減震器用于模擬車(chē)體所受到的橫向振動(dòng)。
[0018]下部垂向作動(dòng)器用于模擬列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中,通風(fēng)機(jī)、主變壓器、牽引變流器、廢排裝置等車(chē)下吊掛設(shè)備對(duì)車(chē)體疲勞強(qiáng)度的影響。
[0019]頂部垂向作動(dòng)器用于模擬空調(diào)、受電弓對(duì)車(chē)體疲勞強(qiáng)度的影響。
[0020]傳感器采集的信號(hào)可以用于載荷識(shí)別、裂紋識(shí)別等試驗(yàn)研究。
[0021]優(yōu)選的,所述機(jī)械部分還包括端部立柱、側(cè)面立柱和頂部縱梁,所述端部立柱有兩根,分別位于比例車(chē)體的兩端,所述側(cè)面立柱有4根,位于比例車(chē)體的兩側(cè)面,每一側(cè)面兩根,所述頂部縱梁位于比例車(chē)體的正上方,頂部縱梁的軸線方向與比例車(chē)體的軸線方向相同,頂部縱梁的側(cè)面通過(guò)連接板與側(cè)向立柱連接,所述連接板與頂部縱梁、側(cè)向立柱均螺釘連接,以保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的穩(wěn)定性,連接板采用薄板,方便側(cè)向立柱位移后更換。
[0022]優(yōu)選的,所述支撐柱通過(guò)螺栓固定在T型槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,所述T型槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)有與支撐柱底部相適配的橫向T型槽和縱向T型槽A激振支撐柱有4個(gè),分別位于高速列車(chē)二系簧對(duì)應(yīng)位置;4個(gè)支撐柱對(duì)應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)空簧位置處,橡膠空氣彈簧彈簧起著與實(shí)際轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)二系懸掛同樣的作用。
[0023]四個(gè)下部垂向作動(dòng)器縱向排布,下部垂向作動(dòng)器底部通過(guò)螺栓與T型槽試驗(yàn)臺(tái)相連,所述T型槽試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面設(shè)置有與下部垂向作動(dòng)器的底部相適配的縱向T型槽B ;下部垂向作動(dòng)器的安裝位置可在T型槽B中縱向調(diào)整。
[0024]優(yōu)選的,所述縱向作動(dòng)器設(shè)置在比例車(chē)體的一端,所述縱向減震器設(shè)置在比例車(chē)體的另一端,縱向作動(dòng)器和縱向減振器正對(duì),以免引起不平衡力矩;縱向作動(dòng)器和縱向減振器分別通過(guò)螺栓與位于比例車(chē)體兩端的端部立柱連接。
[0025]優(yōu)選的,所述橫向作動(dòng)器設(shè)置在比例車(chē)體的一側(cè),所述橫向減震器設(shè)置在比例車(chē)體的另一側(cè),橫向作動(dòng)器與橫向減震器正對(duì),橫向作動(dòng)器、橫向減震器分別通過(guò)螺栓連接位于比例車(chē)體兩側(cè)的立柱,所述立柱下端通過(guò)螺栓連接在T型實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面上,所述T型實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面上設(shè)有與立柱下端相適配的縱向T型槽C,立柱設(shè)有豎向排布的螺紋孔,可實(shí)現(xiàn)作動(dòng)和減震位置的上下微調(diào)。
[0026]優(yōu)選的,所述頂部垂向作動(dòng)器通過(guò)螺栓連接頂部縱梁,所述頂部垂向作動(dòng)器有兩個(gè),分別置于實(shí)際車(chē)體空調(diào)和受電弓的安裝位置的對(duì)應(yīng)部位,模擬列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中,空調(diào)、受電弓對(duì)車(chē)體疲勞強(qiáng)度的影響。
[0027]優(yōu)選的,所述縱向減震器、橫向減震器均為液壓減震器,