城軌車輛轉(zhuǎn)向架的維護(hù)與檢修-轉(zhuǎn)向架組裝及臺(tái)架試驗(yàn)

6.7.2轉(zhuǎn)向架臺(tái)架實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解轉(zhuǎn)向架構(gòu)架胡疲勞強(qiáng)度及可靠性的設(shè)計(jì)原則，了解轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、分析了解多通道載荷相位差對(duì)疲勞試驗(yàn)的影響，并討論了虛擬試驗(yàn)的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)1、虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ图澳M方法；2、載荷相位差對(duì)應(yīng)力影響仿真計(jì)算結(jié)果及討論目錄ConsistencyLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscing.CoherenceLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscing.TextClarityLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscing.ColorLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscing.InformationLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscing.010203040501轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述近幾年鐵道車輛向高速重在方向發(fā)展，動(dòng)態(tài)服役條件惡化導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架（以下簡(jiǎn)稱構(gòu)架）等關(guān)鍵部件疲勞破壞問(wèn)題不斷發(fā)生，嚴(yán)重制約了鐵路運(yùn)輸現(xiàn)代化進(jìn)程。對(duì)構(gòu)架而言，疲勞強(qiáng)度及可靠性是主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，臺(tái)試驗(yàn)室驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、改進(jìn)局部設(shè)計(jì)和最終驗(yàn)收的最主要要手段。常見(jiàn)的試驗(yàn)臺(tái)布局如下圖所示01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述

臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)UIC、TB、等規(guī)定了施加載荷計(jì)算方法及加載波形。但實(shí)際試驗(yàn)中，多通道液壓加載協(xié)調(diào)控制、試驗(yàn)工裝運(yùn)動(dòng)解耦設(shè)計(jì)及構(gòu)架支撐懸掛方式等問(wèn)題國(guó)內(nèi)還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，這些因素對(duì)實(shí)際加載波形相位有較大影響。由于物理試驗(yàn)規(guī)模較大，難以定量分析，本文通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)建立了構(gòu)架虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分析了多通道載荷相位差對(duì)疲勞試驗(yàn)的影響，并討論了虛擬試驗(yàn)的應(yīng)用。01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1、虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ图澳M方法

對(duì)圖1構(gòu)架進(jìn)行可知，試驗(yàn)臺(tái)架可視為一個(gè)由作動(dòng)器單元、工裝機(jī)械機(jī)構(gòu)、剛性龍門架、構(gòu)架支撐裝置以及構(gòu)架組成的多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。為了研究各試驗(yàn)因素對(duì)構(gòu)架應(yīng)力響應(yīng)的影響，必須考慮構(gòu)架柔性。因此，可建立一個(gè)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型作為虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M物理試驗(yàn)過(guò)程。01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.1剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)方程

剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)計(jì)算包括以下兩個(gè)方面內(nèi)容：1、柔體參考系及運(yùn)動(dòng)學(xué)描述2、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程建立及計(jì)算。

由于試驗(yàn)條件下構(gòu)架處于彈性變形狀態(tài)，本文采用浮動(dòng)坐標(biāo)系描述構(gòu)架剛體運(yùn)動(dòng)伴隨的小彈性變形運(yùn)動(dòng)。這種方法將部件剛體運(yùn)動(dòng)和變形運(yùn)動(dòng)解耦，有以下優(yōu)點(diǎn)：小應(yīng)變張量，線性有限元方法適用；可使用模態(tài)減縮綜合方法降低計(jì)算量。

圖3所示為系統(tǒng)的一個(gè)柔體。I為慣性坐標(biāo)系，R為浮動(dòng)坐標(biāo)系。

01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.1剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)方程01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.1剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)方程彈性部件上任意一點(diǎn)的位移r、速度v和加速度a為：01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.1剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)方程01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.1剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)方程01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合使用截?cái)嗄B(tài)的線性疊加描述柔體的柔變形時(shí)，除去彈性體的主模態(tài)外還必須補(bǔ)充靜力或位移作用下的靜態(tài)響應(yīng)模態(tài)，組成一個(gè)完備的模態(tài)集。使用靜力（位移）相關(guān)模態(tài)代替截?cái)嗟母唠A主模態(tài)，一方面可以改善收斂性和提高精度。另一方面更好的放映了局部加載約束位置的變形情況。Craig-bampton方法將柔體自由度分為界面自由度和內(nèi)部自由度兩個(gè)集合。通過(guò)模態(tài)分析得到柔體主模態(tài)：逐個(gè)對(duì)界面自由度施加單位位移，約束其他界面自由度得到約束模態(tài)。I表示內(nèi)部，B表示界面。Ui為內(nèi)部自由度，Ub為外部自由度，F(xiàn)b為界面力。對(duì)自結(jié)構(gòu)有01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合

根據(jù)上述流程，分別創(chuàng)建拖車構(gòu)架和和動(dòng)車構(gòu)架模型，圖5-圖8.兩種模型不同之處是動(dòng)車構(gòu)架（動(dòng)力分散，EMU）包括有電機(jī)、齒輪箱等驅(qū)動(dòng)部件。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范要求，為模擬電機(jī)振動(dòng)對(duì)構(gòu)架產(chǎn)生的載荷，動(dòng)車構(gòu)架疲勞試驗(yàn)一般要求懸掛電機(jī)等驅(qū)動(dòng)部件。01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合

動(dòng)車構(gòu)架虛擬試驗(yàn)臺(tái)包含彈性構(gòu)架、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件作動(dòng)器單元和支撐約束單元。其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元為架懸方式，與構(gòu)架有鉸接連接。垂向、橫向和縱向作動(dòng)器布置方式與上述拖車虛擬試驗(yàn)臺(tái)相同，增加了橫向減振器作動(dòng)器和二系懸掛垂向減振器作動(dòng)器。整個(gè)模型共有10通道作動(dòng)器為構(gòu)架加載，波形均為正弦波。01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合載荷相位差對(duì)應(yīng)力影響仿真計(jì)算結(jié)果及討論通過(guò)改變作動(dòng)器布置方式或加載波形及相位指導(dǎo)實(shí)際物理樣機(jī)疲勞試驗(yàn)：被試構(gòu)架彈性放置在臺(tái)架的承座上。根據(jù)拖車試驗(yàn)規(guī)范，如圖5所示，龍門架上布置兩個(gè)垂向作動(dòng)器，施加垂向靜、動(dòng)載荷；臺(tái)架基座布置兩個(gè)橫向作動(dòng)器施加橫向動(dòng)載荷。牽引拉桿座對(duì)應(yīng)布置兩個(gè)縱向作動(dòng)器施加牽引靜、動(dòng)載荷。整個(gè)模型共有6個(gè)通道作動(dòng)器為構(gòu)架加載，波形均為正玄波。本文以拖車構(gòu)架虛擬疲勞試驗(yàn)臺(tái)為例，分析了上述功能的可行性。疲勞強(qiáng)度評(píng)定的基礎(chǔ)是應(yīng)力時(shí)間歷程，根據(jù)公式（4），可求解應(yīng)變時(shí)間歷程：

01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合選取構(gòu)架前50階主模態(tài)作為截?cái)嗄B(tài)，與靜態(tài)約束組成Craig-Bampton集。下圖顯示為第7階應(yīng)力模態(tài)：01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合

對(duì)于第二個(gè)目的，本文比較了作動(dòng)器兩種加載形式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，通過(guò)作動(dòng)器載荷波形相位差，比較橫梁最危險(xiǎn)位置的動(dòng)應(yīng)變歷程。兩種計(jì)算工況下作動(dòng)器波形如圖11和圖12所示，垂向與縱向作動(dòng)器載荷波形的相位分別為0°和90°，波形如圖11和圖12所示：01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合虛擬試驗(yàn)的應(yīng)用

建立虛擬試驗(yàn)臺(tái)主要有三個(gè)目的，一是在進(jìn)行實(shí)際物理樣機(jī)疲勞試驗(yàn)前通過(guò)模擬實(shí)際載荷條件預(yù)先確定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱位置加以改進(jìn)。

應(yīng)力時(shí)間歷程確定后，根據(jù)材料的疲勞極限性能數(shù)據(jù)，根據(jù)DangVan多軸高周疲勞準(zhǔn)則，可以確定構(gòu)架安全系數(shù)和危險(xiǎn)部位，如下圖所示（為方便顯示，取安全系數(shù)的倒數(shù)）：01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合虛擬試驗(yàn)的應(yīng)用01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合虛擬試驗(yàn)的應(yīng)用

根據(jù)圖10計(jì)算結(jié)果，可以確認(rèn)橫梁拐角處安全系數(shù)最低。應(yīng)加強(qiáng)焊接質(zhì)量和工藝管理。三是通過(guò)剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)模型求解計(jì)算，全面掌握構(gòu)架各部件應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，知道物理樣機(jī)試驗(yàn)應(yīng)變片放置位置，以獲取關(guān)鍵部位的受力狀態(tài)。

使用剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)模型求解結(jié)果，可以很方便的對(duì)彈性構(gòu)架動(dòng)應(yīng)力歷程可視化處理，這極大的方便了物理試驗(yàn)臺(tái)架試驗(yàn)的貼片位置確定工作。下圖即顯示構(gòu)架某一時(shí)刻動(dòng)應(yīng)力云圖。

01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)概述1.2模態(tài)綜合虛擬試驗(yàn)的應(yīng)用01轉(zhuǎn)向架臺(tái)試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)構(gòu)架虛擬疲勞試驗(yàn)臺(tái)剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，分析了虛擬試驗(yàn)方法在車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在以后的研究工作中重點(diǎn)探討虛擬試驗(yàn)對(duì)物理試驗(yàn)的指導(dǎo)作用，因各試驗(yàn)規(guī)范只規(guī)定了試驗(yàn)加載的方法和載荷大小，臺(tái)架試驗(yàn)是否能全面驗(yàn)證服役環(huán)境下構(gòu)架損傷則沒(méi)有表述，通過(guò)虛擬試驗(yàn)分析臺(tái)架試驗(yàn)加載方式、作動(dòng)器布置方式、構(gòu)架放置方式等因素對(duì)疲勞試驗(yàn)的影響，對(duì)掌握物理試驗(yàn)的驗(yàn)證性和代表性有重要意義。6.7.1轉(zhuǎn)向架組裝教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)掌握轉(zhuǎn)向架的基本拆裝過(guò)程，重點(diǎn)了解轉(zhuǎn)向架與車體的分離以及中央牽引裝置的拆卸與安裝等內(nèi)容。教學(xué)重點(diǎn)1、了解轉(zhuǎn)向架與車體的分離；2、中央牽引裝置的拆卸與安裝。016.7.1轉(zhuǎn)向架組裝（一）轉(zhuǎn)向架與車體分離

（1）拆卸安裝在牽引銷下端的緊固螺栓；（2）拆卸設(shè)置在高度調(diào)整閥和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間的調(diào)整桿；（3）拆卸安裝在軸箱上的各種傳感器電纜；（4）拆卸制動(dòng)單元連接的空氣軟管；（5）拆卸集電靴受流電纜；（6）拆卸安全鋼索；（7）動(dòng)車轉(zhuǎn)向架拆卸牽引電機(jī)電纜；（8）第1、2架拆卸輪緣潤(rùn)滑管路（針對(duì)裝有輪緣潤(rùn)滑車輛）；（9）拆卸接地回流裝置線纜；（10）在確認(rèn)車體與轉(zhuǎn)向架之間的連接完全拆卸之后，使用架車機(jī)分離車體和轉(zhuǎn)向架。

01（二）中央牽引裝置的拆卸與安裝

1、中央牽引裝置的拆卸（1）將轉(zhuǎn)向架與車體分離；（2）用專用工裝頂住牽引梁，拆除牽引梁與構(gòu)架連接螺栓，將牽引梁從構(gòu)架上拆除；（3）拆除牽引拉桿與牽引梁連接螺栓，從牽引梁上拆除牽引拉桿；（4）拆除中心銷座與車體連接螺栓，將中心銷座從車體上分離，用壓力機(jī)將中心銷座與中心銷分離。012、中央牽引裝置的安裝（1）牽引梁與牽引拉桿安裝；