张笑林，牛江佩
中车唐山机车车辆有限公司，河北省唐山市 063035
摘要：随着社会经济水平的不断提高，我国的交通构造方面日益壮大。现如今不乏汽车、地铁、公交、有轨电车等出行交通工具，但是随着我国综合实力的提升原有的交通方式与现出行的环保节能政策存在矛盾，在出行方面人们的要求日益上涨。在如此的背景下有轨电车脱颖而出，原因在于其在造价、节能环保、速度等方面都有着很大的优势，其不仅承载量大在环保方面也有十分完善的性能。现如今在各大城市中正在慢慢建设有轨电车，以至于来解决交通拥挤及环境污染等的问题。但对于长时间运转的电车来说也会有着相应的问题出现，本文针对现代有轨点电车线路工程车转向构架疲劳的问题进行探讨。
关键词：现代有轨电车；线路工程车；转向构架疲劳；
引 言：随着科技水平的提高，我国的工业化进程朝着自动化的方向发展促成一个经济及科技结合的局面。在如今的设备对生产产品的质量、生产效率、安全环保等起着决定性的作用，且如今社会对环境的污染方面有着很大的争议，因此现代有轨电车在城市的交通运作中有着很重要的作用。现有的有轨电车线路工程车主要实施于牵引无动力客车实现人们出现、牵引维修车进行线路的维修养护、牵引无动力冲洗作业车进行对线路及隧道的维护清洗等，在电客车和电网出现故障时候能够很及时的进行救援维修。在有轨电车中最重要的部分就是转向构架，转向架构架的性能能够直接的影响到动车的牵引动力系统、运行安全及轨道磨损等。在有着曲线的线路中转向构架的作用就凸显出来了，对转向构架匹配合理的悬挂参数能够确保有轨电车在行驶时候的平稳安全性。
一、转向架构架的概述
在有轨电车工程车上转向构架担当着一个很重要的作用，其在有轨电车行驶时候承载着电车的机身重量将这些重量传递到轮对中，在行驶时候还在不断产生和传递着牵引力在快行驶到目的地时则会产生制动力，在规定的距离内进行制动停车，有轨电车工程车在行经曲线线路时候转向架构架能确保安全顺利通过，当线路路面出现不平整的现象时候转向构架能够很好地稳住车身，使得电车能够缓和冲击致使平稳通过。转向架构架主要是由6个部分组成：构架、弹簧装置、车体支撑装置、轮对轴箱、驱动装置、制动装置；其中构架是转向架构架中的一个骨架将垂向力以及水平力很好的进行承受和传递；弹簧装置则是增加缓和电车在不平整的道路上行驶产生的冲击力，确保电车垂向运转时候的平稳性；车体支撑装置在架构架中的作用相较于前两个来说更为重要，它不仅需要对车体和转向架构架的垂向力及水平力进行传递，还得保证转向构架在通过曲线线路时候相对于车体进行回转；轮对轴箱是将车身的重量很好地传递到轨道上，由此来产生牵引制动力使得电车能够运转，还确保轮对能够很好地适应线路的条件；在有轨电车工程车行驶时候驱动装置结合轮对来进行运行，驱动装置将动力装置内产生的功率传输到轮对上进行运作；制动装置则是把放大后的制动缸内的力传给制动系统来进行完成制动。
二、转向构架强度分析
在我国有相关技术规定在有轨电车在正常情况像曲线半径设计为25m，在特殊的地段则设计为19m。如我国首例可行驶过19m曲线半径的有轨电车工程车转向架构架特点：（1）使用内轴箱悬挂式，构造简单整体性能好；（2）传动功率高，不需要高强度的维护维修；（3）通用和模块化的设计使得质量有保障，且零件的通用性能好，在进行维修时候很容易。转向架构架的相关参数则需要对线路及曲线半径、路段所需速度、车身重量、所需制动力度等来按照规定进行合理的设计确保，有轨电车工程车的平稳安全行驶。转向架构架的所用材料则需符合《低合金高强度》的要求。[如图一]
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（2.1）构建有限元模型
焊接架构架结构是现代大多数有轨电车工程车的转向架构架，侧梁及横梁则是该转向架构架的主要结构，有些为了能够很好地缓解应力集中的现象就在侧梁及横梁的多处部位安置了隔离板来进行缓解，在主要结构上还有着许多像：齿轮箱吊座、制动器吊架等这样的附属构件。在构建有限元模型时候需要根据有限元软件来进行实施，并按照架构架模型将单元区域进行划分。如：转向架构架通过ANSYS软件进行构建有限元模型时候是依据空间笛卡尔坐标系来进行设计的，在该设计上x轴则与线路平行，y轴表示与线路方向垂直，z轴则是和轨道的平面位置垂直，还规定竖直方向为正方向。该设计模型结构模式：在橡胶弹簧安装座、齿轮箱吊座等厚壁件采用体结构。在构架及其他部位则是钢板整体焊接结构，将钢板抽壳设计为抽面结构。[如图二]
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（2.2）转向构架疲劳计算及评估
在进行计算及评估时候，由于模型内的节点过多会导致工程量加大工时过长的影响，所以选取测试时候主要对应力大截面形状突出的部位进行计算评估。转向架构架的计算及评估方法则需要按照BS EN 13749:2011的标准来进行评估，并根据模拟运营情况下的结构应力来进行。模拟运营载荷主要对垂向、横向、扭曲等几个方面进行检测，其中垂向载荷即架构架在垂向所受到的载荷Fz，垂向载荷因作用位置的不同分别在中心销和旁轴上施加作用力。对于两轴的转向架构架横向载荷的计算公式为：Fy=0.4x0.5(Fz+m+g)。扭曲载荷则是取线路扭曲程5度的5‰。制动载荷的制动力则按100%来算。承受的驱动牵引力则是根据启动牵引力的1.1倍进行计算。减震器载荷按所施加的最大作用力的1.5倍计算。在进行疲劳计算时，要对每个节点的应力分布情况进行计算，找出最大和最小的应力（σmax、σmin），进而进行计算平均应力及应力幅。[如图三、四]；在与ERRIB12/RP17进行对比，各个节点的应力情况不能超过疲劳极限图的标准。对于没有达标的节点应力以及疲劳强度的节点部分，进行对数据的整合列出相应的信息表以便于后续的升级优化整改。
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（2.3）验证试验步骤
对于疲劳评估时候可以必要的进行对转向架构架疲劳的实验。根据转向架构架的设计搭构实验台，在结合通道加载系统满足实验中所需要的载荷。对于实验内容主要施加载荷部位为垂向及横向进而进行加速试验。静态、准静态、动态构成垂向载荷，横向载荷则是由准静态及动态构成，相应的计算公式：垂向：（1）转向架构架左右侧（Fz1，Fz2）旁承静态部位：Fz1 = Fz2 = Fz。（2）左右侧（Fzq1，Fzq2）旁承准静态部位：Fzq1 = Fzq2 = ±αFz。（3）左右侧（Fzd1，Fzd2）旁承动态部位：Fzd1 = Fzd2 = ±βFz ；横向：准静态部位（Fyq）：Fyq = 0.25 × ( Fy + 0.5m+ g )；动态部位（Fyd）：Fyd = 0.25 × ( Fy + 0.5m+ g )。
三、转向构架优化
对于不符合要求标准的疲劳强度的结构，需要进行对转向架构架的强度薄弱的部位进行结构优化，进而满足驱动载荷下的疲劳强度。在有轨电车工程车部位常见的强度薄弱部位为吊座。在对于吊座的所承受的驱动力方向为纵向，在焊接区部位可进行扩大来提高焊缝的强度，将吊座的垂向加长并将横梁上下的盖板进行焊接，对于应力会集中的部位进行圆角过渡，可以确保吊座的厚度及吊杆连接的位置不发生变化。
四、结束语
根据通过ANSYS软件的对转向架构架的强度及疲劳强度进行计算评估能够很好的了解到哪些部位中所存在的疲劳问题，所计算出的数据再与BS EN 13749: 2011等的标准进行对比评估。在存在转向架构架存在不满足的标准的结构，根据数据来进行对该部位及节点的结构优化。优化构架能够很有效的确保电车安全高效的运行。
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