多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車體疲勞強(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]本實(shí)用新型涉及交通設(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)用于軌道車輛的制造中，這主要是因?yàn)殇X合金車體不僅質(zhì)量輕，易于回收，而且可以滿足車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I: I車體疲勞強(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)車體頂部載荷和設(shè)備激振載荷的考慮。
[0003]我國(guó)《鐵道車輛強(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)《鐵道客車車體靜強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法》TB1806-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:客車車體強(qiáng)度評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)式——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。頂車載荷即車體承載結(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)鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》規(guī)定了車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，必要考慮的車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，S卩垂向動(dòng)荷系數(shù)取為
0.3;縱向載荷包括車鉤中心線高度上沿縱向作用力和動(dòng)車牽引在處沿縱向作用的持在牽引力。
[0006]我國(guó)《機(jī)車車體靜強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)范》TB/T 2541-2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了評(píng)價(jià)鐵道車輛車體結(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)車上的布置情況而以分布載荷或集中載荷設(shè)置，其中車體自重應(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)鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》和《機(jī)車車體靜強(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Od為動(dòng)應(yīng)力，σ。為靜應(yīng)力，Kd為動(dòng)載荷系數(shù)。
[0010]日本JISE 7105標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了評(píng)價(jià)鐵道車輛車體結(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。通常引起車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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013]本實(shí)用新型旨在提供一種多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車體疲勞強(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體的疲勞強(qiáng)度，從而研究車體的疲勞破壞問(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，本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0015]本實(shí)用新型公開(kāi)一種多點(diǎn)激勵(lì)荷載下比例車體疲勞強(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、比例車體;所述比例車體通過(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)器位于比例車體底部中間位置，比例車體頂部設(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)空氣彈簧傳遞至車體，以模擬真實(shí)車體所受的來(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牽引、制動(dòng)過(guò)程對(duì)車體疲勞強(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、廢排裝置等車下吊掛設(shè)備對(duì)車體疲勞強(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，分別位于比例車體的兩端，所述側(cè)面立柱有4根，位于比例車體的兩側(cè)面，每一側(cè)面兩根，所述頂部縱梁位于比例車體的正上方，頂部縱梁的軸線方向與比例車體的軸線方向相同，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)置在比例車體的一端，所述縱向減震器設(shè)置在比例車體的另一端，縱向作動(dòng)器和縱向減震器正對(duì)，以免引起不平衡力矩;縱向作動(dòng)器和縱向減震器分別通過(guò)螺栓與位于比例車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)置在比例車體的一側(cè)，所述橫向減震器設(shè)置在比例車體的另一側(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)際車體空調(diào)和受電弓的安裝位置的對(duì)應(yīng)部位，模擬列車運(yùn)行過(guò)程中，空調(diào)、受電弓對(duì)車體疲勞強(qiáng)度的影響。
[0027]優(yōu)選的，所述縱向減震器、橫向減震器均為