大型铁路养路机械K4型转向架疲劳可靠性研究

摘要

提速和重载是我国铁路车辆的发展方向，通过线路实测编制出符合我国运用现状的纵向载荷谱，更新我国铁路车辆的强度设计规范和试验标准，已成为一项非常紧迫的工作。
　　 为实现铁道部铁路运输提速战略，顺利实现机车提速，需要考核120Km/h铁路机车K4转向架及各部件的可靠性。新型120Km/h机车K4型转向架是一种技术先进、运行品质良好的转向架。其动力学性能可以满足我国机车提速和新一代机车主型转向架的要求，可在不同车种上装车。但其结构可靠性和运用可靠性还需进一步进行验证。为此昆明中铁组织了120Km/h提速铁路养路机械可靠性试验。本文在此基础上针对转向架转K4型进行了系统可靠性研究。
　　 转向架是铁道车辆的核心关键部件。由原美国ABC-NACO公司研制成功的摆动式转向架，该转向架性能优良、耐久性好。在1990年以后，广泛应用在对运行速度和运行品质要求高的多种机车上，并先后出口到加拿大、英国、泰国、韩国等国家，目前累计已生产5万余辆份投入运用。为了更快地更好地将美国和其他多个国家应用为先进、成熟的摆动式转向架引入中国，株洲车辆厂以合资形式引进美国技术，并和美国原ABC-NACO公司联合，进行改进设计。改进设计是在保持原转向架先进的设计原理、结构和成功的经验基础上，按照中国的铁路标准及线路情况，即符合中国的界限、路况、轴重、制动距离及中国的制造、检修、运用的传统要求等，研制了中国铁路机车用摆动式转向架。
　　 首先通过实测得到K4型转向架各关键零部件上疲劳薄弱部位动应力-时间历程，再采用雨流计数法确定其应力谱。然后基于线性累积损伤理论及零件P-S-N曲线，运用名义应力法得到关于疲劳寿命的统计参数。再运用线性回归法找出其寿命的分布规律。
　　 在得到K4型转向架关键零部件的寿命分布规律后，建立了K4型转向架的系统可靠性模型。本论文中利用该模型，并运用Miner法则、借助科学运算语言MATLAB计算了给定寿命下K4型转向架的系统可靠度。为提高K4型转向架的结构可靠性和运用可靠性提供基础的分析数据。
　　 该转向架在运用以来没有对关键部件如摇枕、车架与轮对的服役疲劳应力状态做过较为准确的测定于分析，无法准确地预测这些关键部件的服役疲劳寿命与可靠性。因此在昆明中铁和合作配合下，本论文结合线路试验、利用车辆载荷谱与有限元模型拟开展有关问题的研究。
　　 确定结构危险部位及循环应力史是做好疲劳寿命与安全性分析的必要环节。在缺乏系统合理方法的现状条件下，本文针对这一问题，结合K4型转向架线路试验检测结果，开展基于有限元模拟的车辆关键部件循环应力/应变预测，对提高我国车辆结构的疲劳断裂可靠性与安全性分析评估技术，具有重要的借鉴与指导意义。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 机车车辆可靠性工程国外发展状况

1.3.2 机车车辆可靠性工程国内发展状况

1.4 研究工作

2 转K4型转向架

2.1 转K4型转向架的结构原理

2.2 转K4型转向架主要零部件数据库

2.3 转K4型转向架装配图

2.4 小结

3 疲劳载荷谱和疲劳寿命预测方法

3.1 疲劳载荷谱

3.1.1 雨流计数法

3.1.2 无效幅值的省略

3.2 疲劳累计损伤

3.2.1 线性累积损伤理论

3.2.2 双线性疲劳累积损伤理论

3.3 寿命预测方法

3.3.1 专家评估方法

3.3.2 试验研究方法

3.3.3 计算机数值模拟方法

3.3.4 数理统计方法

3.4 小结

4 转K4型转向架典型路线试验检测及载荷谱的编制

4.1 线路试验

4.1.1 试验主要仪器

4.1.2 测量原理

4.1.3 测点布置

4.1.4 工况表

4.2 侧架最大静载位置测点6测试部位的疲劳应力史

4.2.1 测点6的疲劳应变史

4.2.2 疲劳应变史到疲劳应力史的转变

4.3 载荷谱的编制

4.3.1 雨流计数法分析

4.4 小结

5 转K4型转向架的疲劳关键零部件疲劳寿命预算

5.1 疲劳累积损伤法则

5.2 转K4转向架侧架疲劳寿命预测

5.3 K4转向架关键零部件寿命分布拟合

5.3.1 威布尔分布参数估计

5.3.2 线性回归效果的显著性检验

5.3.3 转K4型转向架关键零部件寿命分布

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致 谢