实施国家标准《轨道交通 机车车辆设备冲击和振动试验》的探讨

GB/T 21563—2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》修改采用IEC 61373:2010《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》,同时引用了IEC 61373:1999 《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》中的加速度比例系数,即GB/T 21563—2018中有2种模拟长寿命振动试验量级,执行标准时需要根据实际情况裁剪使用加速度比例系数。通过梳理动车组、机车、客车、货车及地铁车辆等相关标准中引用冲击和振动试验标准的情况,分析试验频率、加速度有效值等易引起争议的参数,为用户、制造商及试验机构编制冲击和振动试验大纲提供参考。     

关于IEC61373《轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验》修订的介绍

2010年,IEC61373《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》的修订版发布。修订版与1999年版的主要不同点是,增加了降低振动疲劳试验等级和3轴方向同时加振的试验内容。结合标准审查过程中反映出的意见,概括介绍修订的内容,同时对修订中变化较大的振动疲劳试验等级计算方法进行解释。     

转向架非主体结构件模态频率规划与设计验证

针对转向架非主体结构件进行模态频率规划及试验、仿真的方法以解决共振疲劳问题。首先梳理了车轮多边形、钢轨波磨、轨枕通过、P2共振等轮轨激振频率作为频率优化的边界条件并与IEC 61373中的试验频率范围进行了差异对比，给出了构架上设备大于100 Hz和轮对上设备大于250 Hz的模态频率一般建议，并建议基于线路主激振频率按1.414或1.19作为频率间隔参考系数进行模态频率优化。另外对比了某转向架天线梁实测振动量级高于IEC 61373的功能振动试验，说明了车轮多边形对振动量级的影响很大，建议优先采用实测振动量级进行试验并给出了试验方法，并针对缺少实测数据的情况给出了一种基于IEC 61373标准放大的试验量级。最后给出了采用Workbench进行仿真计算的方法，结合转向架管夹座优化示例，通过模态频率计算、随机振动仿真对比分析了结构优化方案的选择，从而实现提高结构寿命的目标。     

某城轨车辆充电机疲劳耐久性及冲击强度分析

文章以某城轨车辆充电机为研究对象,介绍其内部的结构布局,并按照IEC 61373-1999标准规定的模拟长寿命试验和冲击试验载荷条件,对建立的充电机虚拟样机进行随机振动疲劳耐久性和动态冲击强度仿真分析,最后利用实物样机的模拟长寿命试验和冲击振动试验对仿真结果进行验证.研究结果表明,该充电机的结构满足强度设计要求.     

机车车辆设备冲击试验波形优化补偿研究

针对标准IEC 61373中没有规定冲击补偿参数的现状,结合机车车辆设备3种冲击试验的要求,通过理论计算对波形补偿原理进行了分析,并对不同波形的补偿效果进行了试验测试。结果表明机车车辆设备冲击试验适合于采用前后半正弦波补偿方式,且前后补偿脉冲持续时间应相等,其冲击补偿系数k≤0.2。     

基于IEC 61373:2010的轨道交通列车车轮踏面清扫器振动冲击试验

介绍了轨道交通列车车轮踏面清扫器的结构与功能。参照IEC 61373:2010的要求,对实车采集的振动载荷进行了等效计算。设计了试验方案,对踏面清扫器进行了横向、纵向和垂向等3个方向的模拟长寿命振动试验、冲击试验和功能性随机振动试验。结果表明,在目前的试验条件下,踏面清扫器各零部件未出现明显裂痕,性能未受到影响。     

机车车辆车体用部件机械结构耐久性试验研究

机车车辆车体上安装的部件在工作过程中主要承受振动载荷,作为部件的载体机械结构的可靠性至关重要。对目前被广泛采用的对车体部件可靠性做出相关规定的标准IEC 61373和EN 12663进行分析,在累计损伤等效的前提下推导了随机振动与正弦振动的等效关系,为部件结构设计、可靠性试验提供了多种验证的手段,通过等效关系公式对两个标准中耐久性试验的振动量级进行比较,针对部件结构设计校核、耐久性试验中存在的问题提出了改进建议。     

一种地铁车辆排障器随机振动频域疲劳分析及优化

地铁车辆排障器安装于转向架前端,主要用于清除轨道障碍物,保证车辆正常运行。安装位置及轨道不平顺带来的轨道激扰容易导致排障器的结构疲劳断裂。采用随机振动频域疲劳分析方法,能够有效地找出结构疲劳薄弱位置。根据计算结果优化结构,优化后的计算结果满足GB/T 21563—2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》和IEC 61373:2010《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》标准要求。     

基于实际线路工况的地铁车辆牵引电机振动数值分析研究

通过对某型地铁车辆牵引电机开展振动线路测试,获取了车辆运行过程牵引电机的振动数据。并与IEC 61373标准进行对比分析。分析结果表明:牵引电机实际振动数值低于IEC 61373标准的规定数值,但是冲击量级在横向略高于标准值。分析结果可为电机优化设计提供指导,为IEC 61373标准的修订提供参考。     

基于频域法的高速列车转向架附属设备随机振动疲劳寿命评估方法研究

近年来，基于频域法的随机振动疲劳寿命评估方法因具有简洁性和计算高效性的优点而被广泛运用到实际工程中。但是频域法模型的种类繁多，在相同的应力功率谱下使用不同频域法模型得到的疲劳结果有很大差异，因此，对某一结构在特定载荷和响应谱条件下的频域法模型进行研究是极具意义的。文章以高速列车转向架的附属设备作为研究载体，基于IEC 61373:2010标准，运用雨流循环计数法和傅里叶逆变化时域模拟方法，提出了一种适用于转向架附属设备的随机振动疲劳寿命频域法计算模型。设置了3组加速度功率谱载荷下的随机振动疲劳试验，将各种频域法模型计算得到的疲劳寿命和试验寿命进行了对比。结果表明，文章所提出的模型计算疲劳寿命与随机振动疲劳寿命试验值的误差最小，验证了常用频域法模型和文章提出的频域法模型的准确性和有效性。     

IEC 60077-1“轨道交通机车车辆电气设备一般使用条件和通用规则”修订分析

为便于在轨道交通机车车辆电气设备领域贯彻新标准,从标准的范围、文本结构、技术内容等方面分析了国际标准IEC 60077-1:2017版与IEC 60077-1:1999版的主要差异,其中重点分析了设备标称电压、温度限值、介电特性等技术差异,同时提出了国家标准GB/T 21413.1—2008修订的建议,为更好理解和使用该标准提供参考。     

对IEC轨道交通牵引系统组合试验标准的研究(上)

我国国家标准GB/T 25117(所有部分)—2010《轨道交通机车车辆组合试验》分别等同采用或修改采用标准IEC 61377(所有部分)《轨道交通机车车辆组合试验》。目前IEC新标准IEC61377:2016《轨道交通机车车辆牵引系统组合试验方法》已发布实施。在我国国家标准修订前,存在IEC新标准和我国国家标准共存的情况。通过研究IEC新标准与旧标准的异同点及存在的问题,为实施IEC新标准,修订我国国家标准提供指导。     

对IEC轨道交通牵引系统组合试验标准的研究(下)

我国国家标准GB/T 25117(所有部分)—2010《轨道交通机车车辆组合试验》分别等同采用或修改采用国际电工委员会(IEC)标准IEC 61377(所有部分)《轨道交通机车车辆组合试验》。目前IEC新标准IEC 61377:2016《轨道交通机车车辆牵引系统组合试验方法》已发布实施。在我国国家标准修订前,存在IEC新标准和我国国家标准共存的情况。通过研究IEC新标准与旧标准的异同点及存在的问题,为实施IEC新标准,修订我国国家标准提供指导。     

碳纤维复合材料在高速列车头罩上的应用研究

根据高速列车头罩的外部形状、内部连接要求和受载条件,对碳纤维复合材料车头罩的结构进行设计。并且根据IEC 61373-1999《铁道车辆设备冲击和振动试验标准》和GB/T 3317—2006《电力机车通用技术条件》的相关规定,确定了冲击工况、气动静载荷工况以及端部排障压缩工况,进行静力学计算分析。分析结果表明,高速列车碳纤维复合材料车头罩满足以上标准的要求。采用真空导入工艺试制车头罩样件,并对其进行137 k N端部排障压缩试验,试验结果表明,该结构的力学性能符合要求。     

解读GB/T 21563—2018《轨道交通 机车车辆设备 冲击和振动试验》

介绍GB/T 21563—2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》修订的背景、修订基本原则和主要修订内容。修订内容主要包括:范围、试验顺序、被试设备的安装和取向、模拟长寿命振动试验条件、冲击试验条件等5个部分。重点阐述标准修订的核心内容——提出2种模拟长寿命振动试验严酷等级,以便制造商和用户根据实际情况裁剪使用;同时将"采用实测振动环境数据制定试验剖面替代标准试验剖面""采用冲击响应谱替代经典冲击""采用多轴振动替代单轴振动"等新的冲击振动试验技术和思想引入标准之中,以顺应技术发展趋势。     

铁路货车储风缸振动试验研究

针对铁路货车储风缸风缸吊损坏,对储风缸进行正常量级、加大量级模拟长寿命随机振动试验,试验表明储风缸在具有强烈振动的运用条件下会产生裂纹。结合储风缸固有频率测试,分析得出货车运用过程中储风缸在安装位置发生共振,是风缸吊损坏的根本原因。提出改进建议。     

某轨道货运罐式集装箱结构随机振动疲劳分析

罐式集装箱结构主要采用钢结构焊接而成,而焊缝是整个结构中疲劳相对薄弱的位置,如何在设计阶段评估该罐式集装箱焊接结构的疲劳可靠性是个难题。文中首先建立带焊缝细节的罐式集装箱结构有限元模型,基于IEC 61373-2010标准中的模拟长寿命随机振动载荷谱,引入网格不敏感频域结构应力法,分析随机载荷下罐式集装箱结构关键焊缝抗疲劳性能,结果显示该集装箱结构的关键焊缝结构满足纵向、横向、垂向3个方向各5 h随机载荷谱作用下总损伤小于1的要求。频域结构应力法,可以考虑结构的随机振动能量频域分布对焊缝疲劳寿命的影响,同时方便找出与焊缝疲劳寿命密切相关的关键模态,能够为轨道车辆焊接结构的设计与优化提供技术支持。     

基于模态应力的转向架关键悬挂件振动疲劳研究

通过建立构架关键悬挂件振动疲劳分析模型,采用模态叠加法,获得基于模态应力的构架关键悬挂件应力功率谱,并推导出结构应力的概率分布函数,并以IEC 61373标准谱和实测加速度谱为激励,利用线性疲劳损伤准则获得结构振动疲劳寿命。研究结果表明:关键悬挂件结构在IEC 61373三向加速度各激励5 h后,疲劳累积损伤值最大为1.58;在实测武广线加速度激励下,疲劳寿命为297万km;基于模态应力的分析方法能够有效地考虑激励频率与结构自身频率的振动关系,进而获得更准确的疲劳寿命。     

我国主持的2项铁路IEC国际标准正式颁布

正由我国主持的2项铁路IEC国际标准IEC 61991:2019《轨道交通机车车辆电气隐患防护的规定》和IEC63076:2019 《轨道交通机车车辆无轨电车电气设备安全性要求与受流系统》已通过投票正式颁布。IEC 61991:2019是机车车辆电气安全防护的基础标准,规定了机车车辆上用于保护人员免受电击的电气装置和设备的设计、制造要求,涵盖电压等级分类、防护     

基于频域结构应力法的牵引电机结构振动疲劳分析

牵引电机是动车组动力输出的核心部件。近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,激励载荷频率也随之提高。为保证产品设计的可靠性,牵引电机焊接结构在高频载荷激励条件下的疲劳性能亟待研究。为研究某转向架的侧悬挂式牵引电机结构焊缝疲劳,引入频域结构应力法,设计相关焊接小试件,采用直耦式电动振动试验系统,基于IEC 61373标准2010版本中的随机加速度载荷谱进行随机振动疲劳试验。考虑焊接结构局部细节对其疲劳寿命的影响,建立带焊缝细节的电机壳体有限元模型,采用频域结构应力法对电机壳体结构的疲劳寿命进行预测与评估。研究结果表明：在频域结构应力法采用中值主S-N曲线,结构阻尼系数取0.02计算的疲劳寿命与试验结果比较接近,且疲劳开裂的起始位置也与试验一致。该电机壳体结构的关键焊缝均满足IEC 61373标准中规定的抗疲劳性能要求。该电机结构在实际随机振动疲劳试验过程中未出现焊缝疲劳失效现象,试验结果与分析评估结果一致,验证了电机常用材料Q345E钢结构阻尼选值的合理性及频域结构应力法的有效性,说明频域结构应力法可为我国电机焊接结构的抗疲劳设计提供有效的技术支持。