车辆工程相关论文，（机械车辆工程专业论文）大秦线20000吨重载列车纵向载荷谱的编制.pdf

北京交通大学硕士学位论文大秦线20000吨重载列车纵向载荷谱的编制姓名：****学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：**明中文摘要摘要：随着我国铁路技术装备的发展，目前我国铁路货车正在向高速重载方向发展，特别是高强度车钩、大容量缓冲器等适应提速运行的关键部件的研制成功，为货车提速至１２０ｋｍ／ｈ提供了强有力的技术支持，我国大秦线已实现开行组合２００００吨级重载列车，但同时也面临新的问题。货车现行结构强度设计规范和试验标准尚不完善，特别是缺少符合我国实际运用条件的疲劳强度设计规范和试验标准。本文根据铁道部科技研究开发计划课题车辆工程相关论文，结合目前情况，以大秦线２００００吨重载列车纵向载荷沿车长的分布规律以及各车钩载荷循环规律为研究内容，首先提出了大秦线重载列车纵向载荷的线路实测的合理方案以及车钩布置，组建高精度、超小型，无人值守，长时连续的数据采集系统，对车钩实际运营中所受载荷进行全程测试，然后将车钩受到的纵向载荷通过转换，处理，计数等，编制了３个位置车钩的载荷谱。最后，通过理论分析，建立符合大秦线２００００吨重载列车运用和设计标准的纵向载荷谱，为形成重载车辆的疲劳设计规范和试验评定标准奠定基础。

关键词：重载列车，纵向力，载荷谱，编制分类号：Ｕ２７０；６２９ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｈａｓｂｅｅｎａｔｒｅｎｄｔｏｗａｒｄｓｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｈｅａｖｙ－ｌｏａｄｉｎＣｈｉｎａｒａｉｌｗａｙｔｒｕｃｋｓｒｅｃｅｎｔｌｙＩｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｌｌ—ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃｏｕｐｌｅｒｓｌａｒｇｅ－ｃａｐａｃｉｔｙｂｕｆｆｅｒｓｐｌａｙｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔ１２０ｋｍ／ｈ．Ｅｖｅｎｔｈｏｕｇｈａｌｌｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ２０，０００一ｔｏｎｈｅａｖｙ－ｌｏａｄｔｒａｉｎｈａｓａｌｒｅａｄｙｂｅｅｎｏｐｅｒａｔｅｄｏｎＣｈｉｎａ’ＳＤａｔｏｎｇ－ＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏｒａｉｌｌｉｎｅｔｈｅｒｅａｒｅｓｔｉｌｌｃｈａｌｌｅｎｇｅｓａｈｅａｄｉｎｔｅｒｍｓｏｆｌａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｅｃｔｄｅｓｉｇｎｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔｅｓｔｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｅｓｔｈａｔａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙＴｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｂａｓｅｄＯｉｌｔｈｅｌｏｎｇＪｉｔｕｄｉｎａｌｌｏａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗＤａｔｏｎｇ－Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏｒａｉｌｌｉｎｅ２０，０００一ｔｏｎｈｅａｖｙ－ｌｏａｄｅｄｔｒａｉｎａｌｏｎｇｔｈｅｔｒａｉｎｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｃｙｃｌｉｎｇｌａｗｏｆｌｏａｄｓｏｎｃｏｕｐｌｅｒｓ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙＲａｉｌｗａｙｓｉｎｔｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅａｌｒｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｌａｎｔｏｐｉｃ．ＡｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｃｈｅｍｅａｎｄＣｏｕｐｌｅｒｌａｙｏｕｔｔｅｓｔｉｎｇｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｏａｄｓｗａｓｆｉｒｓｔｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｅｓｔｉｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌｌｏａｄｓｏｆｃｏｕｐｌｅｒｂｕｉｌｔＨｉｇ｝ｌ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｕｌｔｒａ—ｓｍａｌｌ，ｕｎｍａｎｎｅｄ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｏａｄｓｉｍｐｏｓｅｄｏｎ３ｃｏｕｐｌｅｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐｉｌｅｄｉｎｔｏｌｏａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｓｖｉａＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｕｎｔｉｎｇｏｆｔｈｅｌｏｎｇｉ｝ｔｕｄｉｎａｌｌｏａｄｓｏｎｃｏｕｐｌｅｒｓ．ＥｖｅｎｔｕａｌｌｙｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈＵｓｅａｎｄｄｅｓｉｇｎＳｔａｎｄａｒｄｏｆｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｏａｄｏｆｔｈｅ２０，０００一ｔｏｎｈｅａｖｙ－ｌｏａｄｔｒａｉｎｏｎＤａ－ＱｉｎｌｉｎｅｗｅｒｅｃｏｍｐｉｌｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｔｌＬａｙｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｆｕｔｕｒｅｃｏｕｐｌｅｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｈｅａｖｙｔｒａｉｎ，Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｆｏｒｃｅ，ｌｏａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｓ，ｃｏｍｐｉｌｅＣＬＡＳＳＮＯ：Ｕ２７０；６２９独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签字日期：矽甲年‘月，／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：。川劾１签字日期：矿７年口石月ｔ致谢本论文的工作是在我的导师刘志明教授的悉心指导下完成的，从论文的选题，实验设备的采购，实验数据的分析转化，论文的编排整个过程，刘志明教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来刘志明教授对我的关心和指导。刘志明教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向刘志明教授表示衷心的谢意。在论文的研究过程中，笔者还得到了缪龙秀教授、李强教授、谢基隆教授、金新灿教授、邹骅老师的关心与指导，他们以其广博的学识，严谨的态度，高尚的师德，在学术和生活上给予了我极大的帮助，使本人的论文得以顺利完成，在此表示衷心的感谢！在实验室工作及撰写论文期间，王斌杰博士、王朝凤师姐对我论文中的载荷谱编制以及数据格式分析等研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。

另外也感谢我的家人以及各位同学，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。１绪论当前的机械结构强度设计正处在变革时代，将由传统的以安全系数保障强度 裕度的定值方法向以可靠性设计的概率方法演进【ｌ】。此转化趋势源于传统的静强度 设计方法不能保证产品安全可靠的工作，致使一些动力机械、机电装备、压力容 器等重大事故频繁出现。据美国统计【２】，因交变载荷引起疲劳断裂的事故占机械结 构失效破坏总数的９５％。疲劳破坏的危险性表现在到达疲劳寿命时无明显先兆（显 著变形）结构就会突然断裂解体。 早期我国铁路车辆发生的车体分离事故，究其原因，除操作失误外，主要是 结构没有明确的使用寿命，往往凭借经验，盲目使用造成灾难性事故。而随着我 国旅客列车的不断提速，货物列车载重的不断提高，高速重载成为我国铁路行业 发展的主要方向，防止货物列车分离事故的发生是铁路货运向高速重载发展的同 时必须急待解决的一个重要问题。而车钩的疲劳断裂正是导致货物列车分离事故 发生的主要原因之一，它直接关系到货物列车能否安全、可靠地运行。 列车在运行时，车钩承受着随机的、连续的交变载荷作用，而纵向载荷则是 车钩受到的主要载荷，车钩疲劳断裂研究的一个重要内容就是编制能反映车钩实 际使用状况的车钩载荷谱，用以进行车钩疲劳寿命试验及疲劳强度分析。

这是近 代研究结构疲劳寿命的最新方法，编制载荷谱研究构件或结构的疲劳强度，在航 空、农机和化工等部门已有多年的历史，在国内外已取得不少成功的经验，但在 我国铁路上，这方面的研究工作还只是刚刚开始。 １．１ 研究背景和选题依据 目前，我国铁路货车正在向高速、重载方向发展，发展铁路重载运输是解决 我国当前铁路货运量大幅度增长与运能不相适应的一项根本措施。目前我国已实 现了２００ｋｍ／ｈ动车组在全国范围运行，京津城际列车已经达到最高时速３５０ｋｍ／ｈ 的运营时速，同时大秦线丌行了２００００吨级重载列车。 随着我国煤炭需求同益提升，大秦线铁路运煤工作日益紧张，列车载重达到 组合２００００吨，对车钩在实际使用过程中所受到到的纵向随机载荷分析可以发现， 影响它的因素非常复杂，这些因素包括以下几个方面：车辆构造（包括车辆型号、 车钩型号、缓冲器型号、制动机型号等）：车辆使用（包括周转期、运行时间、调 车作业次数、货物作业次数等）；列车运行（包括牵引方式、运行速度、载货重量、 线路状况、司机操纵技术、运行调度、意外因素等）：调车作业（包括编挂组数、 冲击速度等）【３】。由于旧型制动机和钩缓装置在货车中还占较大比例，客观上阻碍 了重载列车的提速。

随着我国铁路技术装备的发展，特别是高强度车钩、大容量缓 冲器、提高摩擦因数的合成闸瓦、空重车无级自动调整装置等适应提速运行的关 键部件的研制成功，为货车提速至１２０ｋｍ／ｈ提供了强有力的技术支持。但同时也 面临新的问题。货车现行结构强度设计规范和试验标准尚不完善，特别是缺少符 合我国实际运用条件的疲劳强度设计规范和试验标准。上世纪九十年代也曾经立 项，测试过１３号车钩的载荷谱，积累了不少经验，但当时的牵引吨位和运行速度 与目前８０ｔ级组合２００００吨货车的运行条件相差甚远。因此更新我国货车结构的强 度设计规范和试验标准，已成为一项非常紧迫的工作。 为保证列车安全运行，编制出实际线路的车钩纵向载荷谱，为我国货车提供 结构强度设计规范和试验标准，是一个十分迫切的课题。 通过在车钩钩体上粘贴电阻应变片，形成测力车钩，可以记录列车在各种典 型工况下车钩载荷一时间历程，将测得的车钩这些有限次数，简化成能反映车钩 在整个使用期限内具有代表性的典型载荷谱。 １．２ 国内外研究现状 重载运输带来的一系列问题，一直受到世界铁路专家的关注。美国曾于８０年 代采用线路实测的方法对万吨（９０００吨）重载列车的车钩载荷谱进行深入细致的 研究，并将研究结果纳入ＡＡＲ机务规程，为重载列车的设计提供依据。

我国上海 铁道学院分别于１９８８年６月和１２月在机械保温车上装置车钩载荷谱数据采集系 统，编组货物列车，组织了上海＿深圳和上海一齐齐哈尔两条线路货物列车１３号 车钩载荷谱的现车测试，编制１３号车钩程序载荷谱，并在此基础上分析１３号车 钩的疲劳可靠性。对于大秦线２００００吨重载列车，国内组织过１＋１＋１＋１以及１＋２＋１ 编组的纵向力测试试验，同时对５０００吨编组以及力．吨编组做过１＋１编组试验，试 验目的主要是寻找最大车钩力出现的位置，并与仿真结果进行对比，验证仿真的 正确性，并未完成载荷谱的编制。１．３试验条件介绍 对车钩在实际使用过程中所受到到的纵向随机载荷分析可以发现，影响它的 因素非常复杂，断钩分离事故与列车的总重、机车的牵引方式（单机或多机牵引）、 列车的运行速度、线路的状态、车钩的纵向刚度、制动机和缓冲器的特性以及调 车作业时车辆联挂速度等因素有关，司机的驾驶操纵技术也是构成断钩的因素之 １．３．１Ｃ８０及Ｃ８０Ｂ通用敞车简介 为提高大秦铁路的运煤能力车辆工程相关论文，开发适合中国国情的重载货车，齐车公司新研制 ｃ８０型铝合金运煤敞车及ＣＳＯＢ型不锈钢运煤敞车．该车是为开行２００００吨重载煤 炭运输专列而开发研制的专用车辆。该设计吸收了引进美国ＴＲＩＮＩＴＹ公司的铝合 金煤车的专有技术，采纳Ｔ－－七、株洲车辆厂及内蒙一机集团在样车试制中积累