高速动车组转向架构架动应力特征研究

doi:10.3901/JME.2024.08.212

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (8): 212-223.doi: 10.3901/JME.2024.08.212

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高速动车组转向架构架动应力特征研究

邹晓龙¹, 杨广雪², 张波³, 李国顺³, 张义超³, 陈璨³, 张书郡²

1. 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛 266111;
2. 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京 100044;
3. 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京 100081

收稿日期:2023-04-15 修回日期:2023-10-25 出版日期:2024-04-20 发布日期:2024-06-17
作者简介:邹晓龙,男,1986年出生,高级工程师。主要研究方向为轨道车辆结构疲劳强度。E-mail:zouxiaolong@cqsf.com;杨广雪(通信作者),男,1982年出生,博士,教授,硕士研究生导师。主要研究方向为轨道车辆结构疲劳强度。E-mail:gxyang@bjtu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFB3402905)、中央高校基本科研业务费专项资金(2022JBQY007)、国家自然科学基金(12072020)、中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(K2021J042,P2023J001)和中国铁道科学研究院集团有限公司科研(2022QT001)资助项目。

Study on Dynamic Stress Characteristics of Bogie Frame of High-speed EMU

ZOU Xiaolong¹, YANG Guangxue², ZHANG Bo³, LI Guoshun³, ZHANG Yichao³, CHEN Can³, ZHANG Shujun²

1. CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266111;
2. School of Mechanical, Electronic and Control Engieering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044;
3. Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081

Received:2023-04-15 Revised:2023-10-25 Online:2024-04-20 Published:2024-06-17

摘要/Abstract

摘要： 针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题，开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估；在此基础上，分析不同工况下构架的动应力特征，进而研究构架动应力主频来源以及不同速度级和线路条件等因素对构架动应力的影响。结果表明：进出站工况下，构架在道岔区段产生较大的应力，且存在频率范围较宽的高能量振动，匀速工况下构架应力主频分别对应周期性激扰频率；构架各测点等效应力幅值随速度等级提高而增大，其中横侧梁连接区域测点增大程度在37%以上；构架在京广线上的动应力水平高于京沪线，且部分路段损伤值存在明显较大的现象；随着曲线半径增大，各测点等效应力整体呈减小趋势。研究结果可为构架的优化设计及疲劳强度分析提供一定理论参考。

关键词: 转向架构架, 线路测试, 动应力, 疲劳强度, 时频分析

Abstract: Aiming at the structural reliability of an EMU bogie frame under different service conditions, a study on the dynamic stress characteristics of the bogie frame based on the measured data of line tracking was carried out. The fatigue strength of the bogie frame is evaluated based on the actual line tracking test data. On this basis, the dynamic stress characteristics of the bogie frame under different working conditions are analyzed, and then the main frequency source of dynamic stress and the effects of different speed levels and line conditions on dynamic stress are studied. The results show that under the condition of entering and leaving the station, the bogie frame produces large stress in the switch section, and there is high-energy vibration with a wide frequency range. Under the condition of uniform speed, the main frequency of the dynamic stress corresponds to the periodic excitation frequency respectively. The equivalent stress amplitude at each measuring point increases with the increase of speed level, and the increase of measuring points in the connection area of transverse and side beams is more than 37%. The dynamic stress level of the bogie frame on the Beijing -Guangzhou line is higher than that on the Beijing-Shanghai line, and the damage value of some sections is obvious. With the increase of curve radius, the equivalent stress amplitude at each measuring point decreases as a whole. The research results can provide a certain theoretical reference for the optimization design and fatigue strength analysis of the bogie frame.

Key words: bogie frame, line test, dynamic stress, fatigue strength, time frequency analysis

中图分类号:

U270

邹晓龙, 杨广雪, 张波, 李国顺, 张义超, 陈璨, 张书郡. 高速动车组转向架构架动应力特征研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(8): 212-223.

ZOU Xiaolong, YANG Guangxue, ZHANG Bo, LI Guoshun, ZHANG Yichao, CHEN Can, ZHANG Shujun. Study on Dynamic Stress Characteristics of Bogie Frame of High-speed EMU[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(8): 212-223.

参考文献

[1] 姬程翔，孙守光，杨广雪，等. 高速列车转向架构架扭转载荷特征研究[J]. 机械工程学报，2021，57(2)：147-157. JI Chengxiang，SUN Shouguang，YANG Guangxue，et al. Study on torsional load characteristics of high-speed train bogie frame[J]. Journal of Mechanical Engineering，2021，57(2)：147-157.
[2] FU D，WANG W，DONG L. Analysis on the fatigue cracks in the bogie frame[J]. Engineering Failure Analysis， 2015，58：307-319.
[3] WANG B，XIE S，JIANG C，et al. An investigation into the fatigue failure of metro vehicle bogie frame[J]. Engineering Failure Analysis，2020，118(3)：104922.
[4] 杨子森. 209系列转向架结构补强及结构疲劳评估研究[D]. 北京：北京交通大学，2010. YANG Zishen. A study on 209 series of bogie frame structure reinforcement and structure fatigue assessment[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2010.
[5] 薛源. 基于209P转向架构架裂纹疲劳研究[D]. 成都：西南交通大学，2015. XUE Yuan. Study the fatigue base on the crack of 209P bogie frame[D]. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2015.
[6] 杜唐云. 结构及稳定性对209P转向架构架结构强度影响研究[D]. 北京：北京交通大学，2016. DU Tangyun. Research on the influence of structure and stability on the structural strength of 209P bogie frame[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2016.
[7] 唐琦. 时速120公里客车209P转向架焊接构架可靠性提升技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2016. TANG Qi. Research on reliability improvement of 209P bogie welded frame of passenger car with 120 kilometers per hour[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2016.
[8] 谢树强. 地铁构架疲劳损伤分析与服役载荷应用研究[D]. 北京：北京交通大学，2021. XIE Shuqiang. Research on fatigue damage analysis and service loads application of metro bogie frame[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2021.
[9] 孙晶晶. 提速客车转向架构架载荷谱建立方法研究[D]. 北京：北京交通大学，2021. SUN Jingjing. Study on the method of establishing the load spectrum of speed-up passenger car bogie frame[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2021.
[10] LU Y，ZHENG H，ZENG J，et al. Fatigue life reliability evaluation in a high-speed train bogie frame using accelerated life and numerical test[J]. Reliability Engineering and System Safety，2019，188：221-232.
[11] 卢耀辉，向鹏霖，曾京，等. 高速列车转向架构架动应力计算与疲劳全寿命预测[J]. 交通运输工程学报，2017，17(1)：62-70. LU Yaohui，XIANG Penglin，ZENG Jing，et al. Dynamic stress calculation and fatigue whole life prediction of bogie frame for high-speed train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering，2017，17(1)：62-70.
[12] 安理. 新一代高速列车转向架构架强度分析与试验验证[D]. 北京：北京交通大学，2013. AN Li. Strength analysis and test verification on bogie frame of a new generation high speed train[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2013.
[13] 吴霜. 高频激励下构架动应力响应与损伤研究[D]. 北京：北京交通大学，2019. WU Shuang. Research on vibration and stress response of frame under high frequency excitation[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2019.
[14] 杨广雪，李爽，张子璠，等. 高速动车组转向架端部悬挂件对构架应力的影响[J]. 交通运输工程学报，2021，21(3)：300-310. YANG Guangxue，LI Shuang，ZHANG Zifan，et al. Effects of suspension parts at end of high-speed EMUs bogies on frame stress[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering，2021，21(3)：300-310.
[15] 陈道云，王斌杰，肖乾，等. 高速列车转向架构架损伤，等效应力及寿命分布特性研究[J]. 机械工程学报，2020，56(22)：237-246. CHEN Daoyun，WANG Binjie，XIAO Qian，et al. Study on damage，equivalent stress and life distribution characteristics of bogie frame of high-speed train[J]. Journal of Mechanical Engineering，2020，56(22)：237-246.
[16] 吕昊. 高速列车转向架构架的渐变可靠性及灵敏度研究[D]. 沈阳：东北大学，2014. LÜ Hao. Gradual reliability and reliability sensitivity research in framework of high speed train[D]. Shenyang：Northeastern University，2014.
[17] 程先科. CRH380A转向架构架动应力特性分析及可靠性研究[D]. 北京：北京交通大学，2015. CHENG Xianke. Reliability research and dynamic stress characteristics analysis for CRH380A bogie frame[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2015.
[18] JUNE W S，阎锋. 用全尺寸疲劳试验进行铁路转向架疲劳设计评估[J]. 国外铁道车辆，2021(1)：22-30. JUNE W S，YAN Feng. Evaluation of fatigue design of railway bogie with full-scale fatigue test[J]. Foreign Rolling Stock，2021(1)：22-30.
[19] 高云霄，王曦，邹骅，等. 基于动应力的转向架构架载荷识别[J]. 机械工程学报，2018，54(12)：58-63. GAO Yunxiao，WANG Xi，ZOU Hua，et al. Load identification of bogie frame based on dynamic stress[J]. Journal of Mechanical Engineering，2018，54(12)：58-63.
[20] 王秋实，周劲松，宫岛，等. 基于动应力时域外推的构架疲劳寿命评估方法[J]. 振动. 测试与诊断，2021，41(4)：762-771，834. WANG Qiushi，ZHOU Jinsong，GONG Dao，et al. Fatigue life evaluation method of framework based on temporal extrapolation of dynamic stress[J]. Vibration. Testing and Diagnostics，2021，41(4)：762-771，834.
[21] 王文静，董子钰，杨广雪，等. 动车组撒砂装置振动规律及影响因素线路试验研究[J]. 中国铁道科学，2023，44(1)：13-24. WANG Wenjing，DONG Ziyu，YANG Guangxue，et al. Experimental study on vibration law and influencing factors of sand spreading device of EMU[J]. China Railway Science，2023，44(1)：13-24.
[22] DR J H，DIETER R. Design and analysis of fatigue resistant welded structures[M]. Abington：Abington Publishing，1990.
[23] 徐宁，张波，任尊松，等. 基于运用条件和频域特征的动车组转向架构架疲劳损伤规律研究[J]. 机械工程学报，2022，58(8)：215-226. XU Ning，ZHANG Bo，REN Zunsong，et al. Study on fatigue damage law of EMU bogie frame based on operating conditions and frequency domain characteristics[J]. Journal of Mechanical Engineering，2022，58(8)：215-226.
[24] 中华人民共和国国家铁路局. 高速铁路设计规范：TB 10621—2014[S]. 北京：中国铁道出版社，2014. National Railway Administration of the People’s Republic of China. Code for design of high speed railway：TB 10621—2014[S]. Beijing：China Railway Press，2014.
[25] 韩博. 地铁车辆转向架天线梁疲劳强度研究[D]. 北京：北京交通大学，2020. HAN Bo. Study on fatigue strength of antenna beam of bogie of metro vehicle[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2020.

高速动车组转向架构架动应力特征研究

Study on Dynamic Stress Characteristics of Bogie Frame of High-speed EMU

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[1]	赵峻林, 乔百杰, 罗现强, 符顺国, 程昊, 王亚南, 陈雪峰. 基于单传感器测量的多模态叶片动应力场预测[J]. 机械工程学报, 2024, 60(16): 19-33.
[2]	高闯, 孙守光, 任尊松, 任君临. 车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度影响研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(6): 185-193.
[3]	陶桂东, 王文静, 冯永华, 李广全. 基于线路实测载荷的转向架构架台架试验方法研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(14): 213-221.
[4]	郑近德, 应万明, 潘海洋, 童靳于, 刘庆运, JI Jinchen. 基于改进全息希尔伯特谱分析的旋转机械故障诊断方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(1): 162-174.
[5]	徐宁, 张波, 任尊松, 李强, 杨超, 杨广雪, 陈璨. 基于运用条件和频域特征的动车组转向架构架疲劳损伤规律研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(8): 215-226.
[6]	贺雅, 胡明辉, 卢子元, 明煊, 贾彦飞. 基于改进群延迟估计的同步压缩变换及其在冲击类振动信号提取中的应用[J]. 机械工程学报, 2022, 58(4): 22-33.
[7]	谢树强, 王斌杰, 王文静, 张浩楠, 李强, 姜朝勇. 基于动应力的地铁构架疲劳损伤与疲劳寿命计算[J]. 机械工程学报, 2022, 58(4): 183-190.
[8]	史红梅, 张钪, 李建钹. 基于残差深度网络的高速列车车轮踏面擦伤智能检测[J]. 机械工程学报, 2022, 58(16): 134-144.
[9]	李赛超, 郑侃, 薛枫, 束静. 旋转超声铣削C/SiC界面结合强度研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(13): 290-297.
[10]	王腾飞, 周劲松, 季元进, 王秋实. 基于虚拟激励算法与频域主S-N曲线法的转向架随机振动疲劳分析[J]. 机械工程学报, 2022, 58(12): 140-150.
[11]	杨广雪, 安钱钱, 李爽, 张子璠, 李广全, 李国顺, 陈璨. 高速列车齿轮箱动应力分布特性研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(10): 152-159.
[12]	茅健, 赵嫚, 张立强. 晶粒取向对微细加工磨削力作用机理及试验研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(5): 262-272.
[13]	陈道云, 肖乾, 孙守光, 牟明慧. 强耦合结构动载荷识别方法[J]. 机械工程学报, 2021, 57(4): 174-181.
[14]	张卓磊, 原佳阳, 葛声宏, 訚耀保. 振动环境下射流偏转板伺服阀弹簧管疲劳强度分析[J]. 机械工程学报, 2021, 57(24): 233-240.
[15]	吴圣川, 胡雅楠, 杨冰, 张海鸥, 郭广平, 康国政. 增材制造材料缺陷表征及结构完整性评定方法研究综述[J]. 机械工程学报, 2021, 57(22): 3-34.