《高铁车轴强度设计及全尺寸疲劳试验方法比较》.pdf

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1、试验研究铁道车辆第53卷第6期2015年6月文章编号：1002—7602(2015)06—0001—05_--_10同C==I铁车轴强度设计及全尺寸疲劳试验方法比较吴毅，项彬，张斌，刘鑫贵，许亚娟(1．中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京100081；2．中国铁道科学研究院研究生部，北京100081)摘要：高铁车轴是高速铁路列车的关键技术之一，是关系到列车运行安全性、可靠性的重要结构，世界各主要铁路发达国家都已形成了比较系统的车轴强度设计方法和规范。文章对比分析了欧洲和日本的相关标准在高铁车轴设计原

2、理上存在的差异，介绍了国内外车轴疲劳试验装置和试验方法，给出了改善疲劳性能的主要对策及建议。关键词：高速列车；车轴；强度设计；全尺寸疲劳；试验方法中图分类号：U270．331．2文献标志码：B车轴是轮轴系统的重要组成部分，关系到列车的l国内外主要车轴强度设计方法运行安全。随着高速铁路的不断发展，对轮轴的安全性、可靠性提出了越来越大的挑战。目前，世界各主要铁路发达国家对于车轴的强度世界上主要铁路发达国家如El本、欧洲等都已建设计都已建立了比较系统完善的方法和规范，形成了立和形成了较为系统成熟的车轴强度设计

3、及计算方以德、法、意、英为代表的欧洲体系和El本体系，主要标法，到目前为止，尽管有利用车轴载荷谱开展车轴疲劳准有欧洲EN13103-2009《铁路应用轮对和转向架可靠性方面的研究，也有用断裂力学来进行车轴寿命非动轴设计方法》、EN13104—2OO1《铁路应用轮对和的设计分析，另外借助于快速发展的有限元软件进行转向架动轴设计方法》和日本JISE45O1—1995《铁仿真计算来优化车轴强度设计也逐渐成为当前轮轴研道机车车辆车轴强度设计方法》。这些标准和规范的究人员主要的设计计算辅助手段，但事实上，真正直接

4、形成均经历了相关国家大量的实际线路试验和试验台被纳入到各国标准规范的还是只有基于传统疲劳理论试验，并且随着速度等级的不断提高和新产品的不断的许用应力法。涌现，仍在持续不断地进行着试验研究，从而对这些标一般来说，车轴是基于材料的疲劳极限或耐久极准和规范不定期地进行修订和完善。限而进行的无限寿命设计，即便是这样，也不能完全保国内车轴强度设计标准有TB／T2395-2008{铁证车轴结构在整个使用寿命周期内的安全可靠，在实道机车车辆动力车轴设计方法》和TB／T2705—2010际的运用过程中还是经常会有车轴的

5、失效发生。车轴《铁道车辆非动力车轴设计方法》，其中TB／T2395—2008等同采用EN131O4—2OO1，TB／T27O5—201O的伤损大多数都是起源于因疲劳引起的各种裂纹，如则等同采用EN131O3—2OO9，即均采用了欧洲通行的果疲劳裂纹进一步扩展且没有被及时发现，便会造成机车车辆车轴的设计方法，并且在TB／T2705-2010断裂，从而引发严重的行车事故。“引言”中还提到：考虑到国内车轴材质现状、车轴防护疲劳强度问题研究的重点是开展试验研究，对高不利、车辆利用率高、使用环境恶劣等因素，当采用

6、该铁车轴进行系统的疲劳试验及相关性能试验能够很好标准时应根据经验确定安全裕量。地预测车轴的疲劳强度及其他特性。早在19世纪中对比欧洲和El本相关标准，总体来说，在高铁车轴期，Wohler和Hoger便采用全尺寸车轴开展了疲劳的疲劳设计原理上存在着一定的差异：断裂方面的试验研究，并取得了巨大的成就。随着我(1)对危险部位的考虑。各个国家的高铁车轴在国高速铁路列车的快速发展，对高铁车轴开展系统全轴座配合部位相邻区域均设有卸荷槽，并采用一定的面的试验研究是摆在铁路科研工作者面前一个重要而圆弧过渡(图1)。欧洲

7、车轴标准体系倾向于采用大直又意义深远的课题l1_3l。径比和小半径过渡圆弧，使得轮座的强度裕量比轴身高，因为轴身的裂纹较容易检查到。因此，欧洲更注重收稿日期：20140725；修订日期：20I5-Ol一26应力释放阶梯部的应力集中研究。而日本为了增加压基金项目：国家自然科学基金资助项目(UI234207)；中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2013JOO8C)装部位的疲劳强度，采用了车轴表面高频淬火硬化措作者简介：吴毅(1983一)，男，博士研究生。施，通过增加表面硬度和压缩残余应力来提高车轴疲·1‘

8、铁道车辆第53卷第6期2015年6月劳强度，即日本的高铁车轴采用中低碳钢加高频淬火实际应用中也经常需要对车轴进行疲劳试验，如产品工艺制造，出于高频淬火工艺性的需要，日本高铁车轴疲劳性能检验、实物部件疲劳极限测试、实物部件寿命轮座和轴身直径比较小。各国高速铁路系统所采用的确定、部件可靠性考察、结构和工艺方案比较等等。基过渡圆弧形状的比较见表1。于车轴疲劳性能的重要性，世界铁路技术发达的国家均建立了健全的车轴疲劳试验装置和试验方法。国外涉及到车