兰州交通大学毕业设计（论文）
2. 国内外高速动车组转向架构架标准及规范
2.1 转向架构架概述
图2.1 转向架构架结构图
构架是转向架最关键的零部件之一，是转向架其他个零部件的安装基础，动车组动力转向架不但要支撑车体、电机及各种零部件，而且需要传递车体与轮对之间的牵引力、制动力等各种横向、垂向和纵向力，其可靠性直接影响动车的性能和安全性。随着运行速度的提高，构架除了要有良好的疲劳强度外，还需具有结构简单和重量轻等特点。
构架的构造取决于车轮直径、轴箱定位方法、车体支撑形式、弹簧悬挂装置形式、相邻的车架部件及车体部件的布置等。构架一般由左右侧梁，一根或者几根横梁以及前后端梁组焊而成。有的转向架构架没有端梁，称为开口式或H型构架；有端梁的构架称为封闭式构架。
侧梁一般采用箱形结构，其目的一方面可增加强度，另一方面可增加空气弹簧附加空气室的容积。欧洲国家横梁一般采用箱形结构模式，而日木则采用双无缝钢管的方式。采用双无缝钢管横梁的构架具有重量轻、易实现盘形制动等特点，近年来得到广泛应用。为降低轮重减载率和提高脱轨稳定性，高速客车转向架的构架应尽可能地采用柔性构架，如德国TALBOT的高速转向架采用构架侧梁上盖板开槽的方式，SIG和SGP的高速转向架采用合理的横梁结构来实现提高柔性的目的。从发展的观点来看，高速动车宜采用轻量化的焊接柔性构架。
2.2 TB/T 2368-2005的研究
本标准规定了在实验台上鉴定动力转向架构架承受各种运营载荷能力的试验方法。
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本标准主要研究了超常载荷的静强度试验、模拟主要运营载荷的静强度试验、模拟特殊运营载荷的静强度试验和疲劳试验。
2.2.1 超常载荷
1 垂向载荷 转向架上部载荷
Fzmax?1.3?(M1?2n?p)?g (2.1) j式中：Fzmax— 转向架构架一侧的超长垂向载荷，N;M1 — 整备状态车体质量，kg；
n — 定员数；p — 每一旅客计算质量，取p=80kg/人；g — 重力加速度(g=9.81m/s2)；j — 常数：对于一般四轴车辆取j=4。
2 横向载荷
Fymax?2?[104?(M?2n?p)?g] (2.2)
j式中:Fymax —转向架构架横向载荷，N；j —常数：对于一般四轴车辆取j=12；
其他变量参见公式2.1。
3 斜对称载荷
斜对称载荷按转向架通过轨道最大扭曲量10%考虑
C?C1L?z Fn??(z)?12 (2.3)
4L1C1?C2 式中：Fn— 斜对称载荷，kN；L1— 轮对两滚动圆间距离，cm；Lz— 车轴轴颈
中心线间距离，cm；z — 轨道最大扭曲量（=10%）时，某一车轮升高值，cm；C1— 一个轴箱上轴向弹簧总高度，kN/cm；C2— 转向架抵抗斜对称的刚度，kN/cm。
4 纵向载荷
在转向架牵引点处沿纵向作用的最大牵引力(根据转向架牵引功率确定)。
2.2.2 模拟运营载荷
模拟运营载荷是实际应用中经常发生的载荷。 1 垂向载荷
转向架一侧的基本垂向载荷按下式计算
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Fz?{M1?1.2?[(2?S?n)?p]}?g (2.4)
j式中：Fz—转向架一侧的基本垂向载荷，N；其他变量参见公式2.1。 2 横向载荷
每台转向架上的横向载荷按下式计算
Fy?0.5?(FZ?0.5M2?g) (2.5)
式中：Fy—横向载荷，N；FZ—转向架一侧的基本垂向载荷，N；M2—一台转向
架的质量，kg。
3 斜对称载荷
斜对称载荷Fn按转向架通过轨道最大扭曲量5‰考虑。 4 强度和刚度评定 1）超长状态静强度评定
在规定的个载荷单独及组合作用下，转向架构架任何点的应力均不能超过第14章规定的超常载荷许用应力并不得产生残余变形。 2）模拟运用状态的（疲劳）强度评定
按各载荷工况得到应力σ1,…,σ13， 从中确定其最大值σmax 和最小值σmin。 按下式计算平均应力σm 和应力幅值Δσ：
?m??max??min (2.6)
2 ?σ??max??min (2.7)
22.2.3 试验方法
1 超常载荷静强度试验
试验目的是检验转向架构架在最大可能载荷组合下不发生破坏和永久变形。试验应在试验台上进行，试验台应能最大限度的模拟运用中所发生载荷的性质。
所有大应力区（特别是应力集中区）都应布置应变片或应变花。各载荷工况以不小于3/4最大载荷进行预加载；然后分2～3级加载到最大载荷。不发生永久变形时，至少进行3次试验，按3次平均进行评价。 2 模拟运营载荷静态试验
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试验目的是检验转向架构架在运营载荷作用下是否会产生疲劳裂纹。试验应在试验台上进行。试验台应能正确模拟运营中各项载荷的作用。 应使用组装好的转向架进行此项试验；并能正确模拟与车体连接件的间隙和自由度。 3 刚度试验
建议进行此项试验。试验目的是测定转向架构架的刚度，为分析转向架的性能提供必要的数据。 (1)垂直弯曲刚度试验
垂直弯曲刚度定义为垂直载荷作用下作用点的挠度与垂直载荷的比值。按下式计算：
KZ?2FZ?Z (2.8)
式中：KZ—垂直弯曲刚度，kN/mm； 2FZ—转向架垂直载荷，kN； ?Z—载荷作
用点垂直挠度，mm。
垂直弯曲刚度试验一般与模拟运营载荷试验同时进行，测量作用点的垂直挠度。 (2)横向弯曲刚度试验
横向弯曲刚度定义为轴箱横向载荷作用下作用点的挠度与横向载荷的比值。按下式计算：
Ky?2Fy?y (2.9)
式中：Ky—横向弯曲刚度，kN/mm； Fy—转向架轴箱处横向载荷，kN；?y—作
用点横向挠度，mm。
试验时在两轴箱之间施加1/2超常横向载荷，分别记录两作用点的横向位移，取其平均值作为横向挠度δy。 4 疲劳试验
(1)疲劳试验目的是验证转向架构架的疲劳强度，对疲劳寿命进行评估。 a）垂向载荷 —静态载荷
Fz1＝Fz2＝Fz (2.11)
—准静态载荷（模拟曲线上的滚摆）
Fzz1＝Fzz2＝±α?Fz (2.12)
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—动态载荷（模拟浮沉振动）
Fzd1＝Fzd2＝±β?Fz (2.13)
对于在构架上有重大悬吊质量的原则上也应按2.2.2款考虑。 b）横向载荷
— 准静态载荷
Fyz＝±0.25(Fz+0.5M2×g) (2.14) — 动态载荷
Fyd＝±0.25(Fz+0.5M2×g) (2.15)
(2)试验方法
试验台应能正确的模拟实际运营中各载荷的作用方式。转向架构架在试验台上的安装应能正确模拟悬挂支承方式及与车体连接件的间隙和自由度。
疲劳试验由交替反映左向和右向曲线的准静态载荷及动态载荷的重复作用构成。 横向载荷与垂向载荷加载频率2～7Hz。
在每个相应于左向或右向曲线的准静态载荷范围内，动态载荷的频数一般取为20次。 疲劳试验循环次数和评定列于表2.1：
表2.1 疲劳试验循环次数和评定表 试验阶段 1 2 3 准静态载荷系数 1 1.2 1.4 动态载荷系数 1 1.2 1.4 动态载荷循环次数 6×106 2×106 2×106 评 定 不得出现裂纹。 不得出现裂纹。 只允许出现运营中可能出现、但不需要立即修理的微小裂
转向架构架疲劳试验按第一阶段600万次不出现裂纹评定，并通过无损探伤来检验（磁力探伤、渗透探伤）。此后两个阶段的两个200万次对于新设计的构架仍应按要求完成，作为设计参考和技术储备。
2.3 UIC 615-4-2003的研究
作用在构架上的载荷分为超常载荷和模拟运营载荷两类，超常载荷是指运营中可一能发生的最大载荷，超常载荷试验是检验构架在最大可能载荷组合下是否发生破坏和永久变形，目的是评价构架的静强度。模拟运营载荷试验是检验转向架构架在运营载荷作用下是否会产生疲劳裂纹，目的是评价构架的疲劳强度。具体来说，标准UIC615-4-2003
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