CDW32Ⅱ道岔捣固稳定车主车架静强度试验过程及经验总结

吴新丰

【摘 要】介绍了引进车型车架的静强度试验过程，总结了通过车架试验的相关经验，为以后其它车架的设计提供参考。

【关键词】车架；强度；静强度试验

CDW32II道岔捣固稳定车是我厂引进Plasser&Theurer公司先进技术，消化吸收后试制生产的目前最先进的道岔捣固稳定车。因铁路总公司相关要求，获得行政许可的必要条件之一是所有车架需通过满足标准[1]的静强度试验。本文介绍了CDW32II道岔捣固稳定车主车架（以下简称车架）静强度试验过程，总结通过车架试验的相关经验，为以后其它车辆车架的设计提供参考。

1 车架简介及试验引用标准

车架定距为17500mm，车架长21950mm，车架中部高拱的中纵梁下部约12m长的范围用于容纳安装工作小车。靠近车架后部的中纵梁下部吊挂安装后司机室，前芯盘梁向后延伸出的平台用以吊挂支承工作小车前部，车架前部支承司机室，安装车钩。车架后部则安装活动的牵引梁。因Plasser&Theurer公司车架设计参照EN12663标准[2]，而国内对大型养路机械车架的静强度试验没有适用的标准，因此试验中各参数的取值参考TB/T 1335标准[1]，2个标准在相同材料下许用应力的取值上差异较大，所以在消化吸收时在不变动车架结构的前提下对部分结构的材料使用上做了调整，车架下部平面框架结构的材料为Q345D，对承载后可能出现的应力较大区域如平面框架以上，包括箱型梁、柱等主要结构的材料提升为Q420D。由于篇幅问题，将车架结构简图与静强度试验主要的应力测点分布图合二为一，如图1所示。

2 静强度试验过程

对本车架来说，拉压试验应力对总应力的贡献能占到70%以上，所以在试验准备完成后，首先对车架进行了拉伸和压缩试验，应力较大的部分测点结果如下表1所示。结果显示在拉压工况下，主截面的应力（Z1）能满足标准[1]的要求，说明主梁的弯曲截面系数是足够的，但车架前后变截面部分的测试应力已经超过材料许用应力，超过了标准[1]的要求，所以需要对车架进行补强。

由于工作装置、司机室装配等因素的影响，需要在改动尽可能小的情况下通过试验，所以补强方案借助了有限元分析软件ANSYS[3]。考虑到车架本身结构特点、建模工作量和模型的計算量，本文选用8节点壳单元SHELL99。首先对原车架进行了建模计算，并和试验数据对比，有限元计算结果和试验数据基本吻合，如图2节选了拉伸工况下车架上弦梁计算结果和表1 各个位置对应，因此这种计算方法是可信的。通过提出各种方案，反复计算认证，选出最优方案。对Z3截面和Z2、Z4、Z5截面区域补强完成后，再次进行了拉伸和压缩试验，拉压试验结果如下表2所示。结果显示，车架经补强后，原危险区域的应力整体下降明显，但还是存在超过了标准[1]要求的应力点，所以还需对车架进行补强。

表2 车架局部点测试应力（MPa）

经过研究发现，应力较大的不合格点都发生在补强后导致的板厚差的台阶处（Z2、Z3截面），而且从Z2截面数值对比后发现，在同一截面，不同位置的应力相差较大，其对应的实际焊缝截面形状差异也较大，说明焊接工艺包括焊缝的截面形状，对应力大小有较大影响，所以还需对结构进行改进，以减小应力集中的影响，另外完善焊接工艺，改进同一截面应力不均的现象。在改进后再次试验时拉伸或压缩工况再合成扭转工况，垂向载荷工况下所有测点的总应力都满足标准[1]要求，后续修车工况、起吊工况和刚度试验也都满足标准[1]要求，顺利通过。

3 结论

通过本次车架的静强度试验过程，可以总结出如下几点经验：

1）车架除了承受自重载荷、机构载荷等垂向载荷外，在连挂牵引时还要承受拉伸或压缩的牵引力，所以在车架设计时主应力流走向截面的弯曲截面系数需要足够大，特别是捣固类等上拱式梁的截面。

2）车架在设计时应尽量减少变截面的出现，无法避免时尽可能采用圆滑缓过渡，减小应力集中的影响。

3）车架设计应充分借助ANSYS等有限元分析软件，分析结果可以指导车架设计，优化设计结构，减轻车架重量，提高车架使用寿命，提高静强度试验的一次通过率。

4）因为计算比较复杂，计算量大等原因目前还未将车架与焊缝结合计算，所以在车架设计时要充分考虑焊缝截面和焊接工艺对车架的影响。

另外，目前国内外并没有适用于大型养路机械车架强度方面的相关标准，欧洲公司车架设计参照EN12663标准[2]，国内公司设计参照TB/T 1335标准[1]，2个标准在相同材料下许用应力的取值上差异较（下转第155页）（上接第164页）大。CDW32II道岔捣固稳定车是Plasser&Theurer公司于1991年设计制造的铁路工程机械，多年使用下来车架并未出过问题，且由于大型养路机械连挂时须挂于列尾，连挂牵引工况要比货车和客车好很多，所以希望相关专家学者早日制定出适合于我国大型养路机械的一套试验标准。

【参考文献】

[1]中华人民共和国铁道部.铁道车辆强度设计及鉴定规范[S].TB/T 1335-1996.

[2]BRITISH STANDARD.Railway applications-Structural requirements of railway vehicle bodies[S].BS EN 12663-2010.

[3]王晓东，苟国庆.轨道除雪车车架静强度分析及试验[J].铁道机车与动力，2014，2：28-30.

[责任编辑：田吉捷]