6K机车牵引座载荷分布特征及其结构延寿的研究

摘要

6K机车由于长期重载、疲劳的影响，导致其牵引座出现不同程度的裂纹；鉴于目前疲劳裂损情况越来越严重，随时可能造成机车行车事故，因此急需一种安全、可靠的牵引座结构延寿方案，以确保6K机车能安全的继续服务于我国铁路运输事业。 本论文结合洛阳机务段的意见与要求，以工程研究项目6K机车牵引座载荷分布特征及其结构延寿为研究内容，首先进行了机车实际运营工况下牵引座载荷信号的实测，然后通过平均应力修正以及载荷识别等编制了六个牵引座对应的载荷谱；为了全面了解载荷谱母体的分布形态，本文借助MATLAB软件，对载荷谱进行了统计推断和适应性检验，然后将各级载荷的实测与理论频数进行了比较，并给出了相对误差，最后利用概率计算的方法推断了其最大载荷。 基于理论分析，给出了裂纹产生的原因，明确了牵引座结构延寿改进的目标与依据，借助ANSYS有限元建模与计算，得到了各延寿方案在推断最大载荷下的响应特点，通过比选，确定了牵引座的最佳延寿方案；为了确保延寿改进后牵引座的安全、可靠，对首台延寿改进机车进行了跟车动应力测试，研究中采用S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤准则计算了关键部位在不同延长寿命下的损伤等效应力幅，进行了延寿改进牵引座的疲劳强度评估。 最后，论述了焊接质量对牵引座疲劳强度的影响；并在全路资金紧张的大背景下，对6K机车牵引座延寿的经济效益做了评估。

目录

文摘

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致谢

1. 绪论

1.1 研究背景

1.2 工程意义

1.3 6K机车牵引装置简介及裂纹情况

1.4 本论文的主要内容

2. 牵引座载荷谱的测试与编制

2.1 试验车辆、线路和工况

2.2 牵引拉杆信号的采集与处理

2.3 实测数据的整理与归纳

2.3.1 应力谱的编制理论

2.3.2 非零平均应力的等效转换

2.4 牵引拉杆的载荷识别

2.4.1 载荷识别的基本理论

2.4.2 牵引拉杆的载荷识别

2.5 载荷谱的编制

2.6 本章小结

3. 载荷分布特征的统计推断

3.1 三参数威布尔函数的基本理论

3.2.黄金分割一维搜索法

3.3 载荷分布函数的确定

3.4 函数分布适应性检验的基本理论

3.4.1 Chi-square检验法

3.4.2 R检验法

3.5 载荷分布的拟合检验

3.6 理论频数和实测频数的比较

3.7 最大载荷的概率推断

3.7.1 推断最大载荷的方法

3.7.2 算例与放大系数

3.8 本章小结

4. 牵引座结构延寿方案的研究与确定

4.1 力学基本原理

4.2 有限元理论及ANSYS软件简介

4.3 裂纹产生的原因

4.4 结构延寿改进的目标与依据

4.5 有限元仿真模型的建立

4.5.1 载荷及边界条件

4.5.2 许用应力的确定

4.6 延寿结构板厚度的确定

4.6.1 有限元分析计算

4.6.2 计算结果分析

4.7 延寿结构盖板形状的确定

4.7.1 有限元分析计算

4.7.2 计算结果分析

4.8 本章小结

5. 延寿改进牵引座的疲劳强度评估

5.1 疲劳强度评估方法

5.1.1 金属材料的S-N曲线

5.1.2 Miner线性疲劳累积损伤准则

5.1.3 等效应力幅的推导

5.2 延寿改进牵引座的动态应力测试

5.2.1 测点布置方案的确定

5.2.2 试验车辆、工况及线路信息

5.3 疲劳强度评估

5.4 焊接质量对疲劳强度的影响

5.5 经济效益分析

5.6 本章小结

6. 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的缺陷及展望

参考文献

附录

作者简历