轴箱是实现轮对滚动向构架平动转化的关键部件,是连接轮对与构架的活动关节,它传递牵引力、制动力、横向力和垂向力,在机车车辆的转向架构成中,起着承上启下的重要作用。伴随铁路高速、重载时代的来临,轴箱服役过程中承受的载荷条件变得更为复杂苛刻,由此导致的轴箱组成部件失效将严重影响行车安全,例如国产提速客车CW-2系列转向架投入运用后,先后发生吊杆裂折、轴箱转臂节点定位座裂损、构架强度不足等问题,尤其是轴箱体弹簧定位座在12个月内接连8次被检出平均长度超过83mm的裂纹,而轴箱转臂处裂纹也大量涌现,甚至发生转臂折断的质量事故,直接威胁铁路运输安全,并造成巨大损失。
可见,开展针对轴箱的静强度分析与疲劳强度校核分析对保障铁路客货运安全具有重要意义。轴箱体是包括机车、客车和部分货车在内的大部分车型轴箱的骨架,它以间隙配合的方式套在轴承外,通过螺栓连接安装内、外端盖,同时还设有一系簧座,根据需要还可设置轴箱拉杆安装座、垂向止挡凸台等。由于缺乏直接标准,目前国内针对轴箱体强度校核的常用做法是,借鉴转向架构架强度试验相关标准,将其推广应用于轴箱体,完成其强度计算与校核。然而,现有研究在标准推演过程中,往往做了较大的载荷类型和(或)工况组合简化,使得强度评价结果因涵盖外载种类和(或)模拟工况的不足,存在偏离标准要求较远和遗漏最危险条件的可能。本研究探讨BSEN13749:2005《铁路应用-转向架构架结构要求的规定方法》标准在轴箱体强度分析中的推演应用方法,并以出口某国机车轴箱体为例,介绍方法的使用过程。
现有针对轴箱的试验标准,如BSEN12802:1998《铁路应用-轴箱-性能试验》,UIC515-5:1994《机车车辆转向架走行部轴箱试验》等,均为针对轴箱整体(包括轴箱体、滚动轴承、密封件、油脂等)进行台架和运行试验的指导准则。标准中仅规定了垂向与横向载荷,且与试验模拟运行速度相关,未包含纵向载荷,考核重点在于轴箱温度、轴承缺陷和密封效果,未涉及轴箱体强度验证。轴箱体强度校核的常用做法是借鉴针对转向架构架的强度试验标准,如BSEN13749:2005《铁路应用-转向架构架结构要求的规定方法》(以下简称EN13749),UIC510-3:1994《二轴、三轴转向架试验台强度试验》、《TB/T1335-1996K铁路车辆强度设计及试验鉴定规范》等,将其对构架强度计算时的载荷工况确定方法,推广应用于轴箱体,从而实现针对轴箱体的强度计算与校核。EN13749是用来指导转向架构架强度设计、计算、试验和生产的标准,相对于其他标准,它具有如下3个较为明显的特点:①适用范围较广。根据用途和特点将转向架分为包括客车、动车、拖车、机车等在内的7类。②包含的试验载荷类型多样。涉及垂向、横向、纵向、扭转和由构架上安装部件产生的附加载荷。③载荷工况组合方式明确。按照运用中有可能产生的情况,对载荷进行组合、叠加。基于EN13749的上述特点,本研究选取该标准作为后续推演应用的基础。
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