【摘 要】
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地铁运营是缓解我国中大型城市交通压力的有效手段之一,随着我国地铁车辆不断朝着快速化、大运量以及轻量化的目标发展,其转向架的运营环境也越来越恶劣,车辆结构与线路间相互作用所导致的转向架疲劳开裂现象也越来越频繁。针对国内某地铁运营公司地铁车辆转向架构架及其部件在运营过程中频繁出现疲劳开裂的现象,考虑到出现疲劳裂纹的部件均为构架上的悬挂部件,主要承受惯性载荷的影响,故本文主要基于有限元仿真分析和现场实测
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地铁运营是缓解我国中大型城市交通压力的有效手段之一,随着我国地铁车辆不断朝着快速化、大运量以及轻量化的目标发展,其转向架的运营环境也越来越恶劣,车辆结构与线路间相互作用所导致的转向架疲劳开裂现象也越来越频繁。针对国内某地铁运营公司地铁车辆转向架构架及其部件在运营过程中频繁出现疲劳开裂的现象,考虑到出现疲劳裂纹的部件均为构架上的悬挂部件,主要承受惯性载荷的影响,故本文主要基于有限元仿真分析和现场实测数据,研究转向架结构设计和线路钢轨波磨区段对转向架局部区域（主要为构架端部区域、ATP天线梁区域和列车接近传感器区域）疲劳寿命的影响。为了使得转向架构架及其部件的疲劳强度分析更为准确,需要先对转向架构架、ATP天线梁和列车接近传感器进行有限元模态分析,验证有限元模型的准确性与网格划分的合理性;再将上述部件连接成转向架耦合模型,对其进行约束模态分析,同时与基于力锤敲击的模态现场试验数据进行对比并证明了转向架耦合模型的可靠性,也为后续研究其疲劳裂纹原因奠定了基础。依据UIC 615-4 OR《动力转向架构架强度试验方法》标准对转向架设计初期结构进行疲劳强度评估,针对不同焊缝选取相应的焊接接头等级,并依此选取S-N曲线,通过其疲劳极限所对应的修正Goodman-Smith疲劳极限图对结构局部焊缝进行了疲劳强度评估;依据IEC 61373-2010《铁路应用—机车车辆设备—冲击和振动试验》标准对ATP天线梁和列车接近传感器进行随机振动疲劳强度评估。从评估的结果来看,转向架构架及其悬挂部件的初期设计结构是符合标准疲劳强度规范的。依据现场试验数据对相关测点进行了随机振动时域疲劳寿命预测,发现不论是构架端部区域、ATP天线梁区域,还是列车接近传感器区域,都有相当一部分测点的疲劳寿命小于其设计寿命,主要原因是线路环境恶劣,与转向架局部结构发生了共振现象,大幅度放大了该区域的振动幅值。在重点研究线路条件上的钢轨波磨情况后,发现不同波长钢轨波磨是影响相关疲劳区域动应力以及振动传递特性的主要原因,线路上频繁出现的80 mm波长钢轨波磨是导致构架端部出现疲劳裂纹的主要原因;200 mm波长钢轨波磨是导致ATP天线梁出现疲劳裂纹的主要原因,同时也对构架端部疲劳裂纹有一定影响;31.5 mm波长钢轨波磨是导致列车接近传感器出现疲劳裂纹的主要原因,同时又对ATP天线梁的疲劳裂纹有一定的影响。
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