基于EN12663標準的機車車體防撞裝置靜強度試驗方法研究

李繼賢 陳曉 孫鐵兵

摘 要：為了實現(xiàn)基于EN12663標準的機車車體靜強度試驗中防撞裝置壓縮工況（包含沿緩沖盤中心線對稱加載和沿緩沖盤中心線對角線加載）的加載，本文針對國內(nèi)主流車體靜強度試驗臺提出了兩種試驗方法。并對比了兩種方法的優(yōu)勢與劣勢，為國內(nèi)主機廠進行基于EN12663標準的機車車體靜強度試驗防撞裝置壓縮工況提供了方法借鑒，也為國內(nèi)主機廠新建車體靜強度試驗臺提供了參考。

關鍵詞：EN12663;機車車體;防撞裝置;靜強度;試驗方法

0 引言

隨著我國機車（含調(diào)車機車）出口到國外日益增多，基于EN12663標準機車車體靜強度試驗也越來越多。出口到國外機車車體與國內(nèi)機車明顯不同之處在于：國內(nèi)機車都是采用位于底架中心線的車鉤來承受拉伸和壓縮力;而出口到國外機車采用鏈子鉤來承受拉伸牽引力，通過位于底架中心線兩側的兩個緩沖盤即防撞裝置對撞來承受壓縮力。而國內(nèi)車體靜強度試驗試驗臺主要是進行沿底架中心的車鉤中心線的拉伸和壓縮試驗。如何在現(xiàn)有車體靜強度試驗臺的基礎上通過添加適當工裝設備，來實現(xiàn)防撞裝置壓縮試驗，是擺在國內(nèi)主機廠商面前的一道難題。

1 靜強度試驗及標準要求

車體作為車輛設備及運營載荷的主要承載部件，必須具有足夠的強度和剛度，為驗證車體的強度和剛度是否滿足相應的標準以及設計要求，必須進行車體靜強度試驗。

根據(jù)標準EN 12663-1：2010+A1：2014《鐵路應用-鐵路車輛車體的結構要求 第1部分：機車和客運車輛（貨運車輛的替代方法）》[1]要求，進行機車車體靜強度試驗時，需進行延緩沖盤中心線對稱壓縮2 000 kN（每個緩沖盤1 000 kN）工況，以及沿緩沖盤中心線對角線壓縮500 kN[2]（模擬過彎道，非強制性工況）。如何進行防撞裝置對稱壓縮機對角線壓縮給我們的車體靜強度試驗帶來不少困難。

2 試驗方法研究

2.1 現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)車體靜強度試驗臺分為兩種[3]：（1）焊接框架式（見圖1），主要由前后反力架及預埋于地基的加載底梁等組成;（2）組合框架式（見圖2），主要由前后加載梁、側梁及支撐座等組成。目前，以上兩種車體靜強度試驗臺都沒有成熟應用于基于EN12663標準的機車車體靜強度試驗防撞裝置對稱加載及對角線加載。

2.2 兩種試驗臺防撞裝置試驗方法

方法一：傳統(tǒng)焊接框架式試驗臺加載方法

圖3：沿緩沖盤中心線對稱壓縮方案。其中：1、主動端反力架，2、被試車體，3、垂向支撐（帶縱向滾動裝置），4、被動端反力架，5、加載底梁（預埋T型導軌），6、加強翼，7、加載橫梁，8、鉸接裝置，9、載荷傳感器1，10、傳感器安裝座，11、加載車鉤，12、載荷傳感器2，13、加載油缸。

工作方式：主要通過1、2、4、5及一些配合工裝形成一個閉合的力作用環(huán)來實現(xiàn)沿緩沖盤中心線對稱壓縮。工作時，通過13加載油缸及12載荷傳感器控制一端加載總載荷，通過11加載車鉤將總載荷分配一端兩個緩沖盤上，再由二端的兩套傳力裝置（包含：10傳感器安裝座、9載荷傳感器、8鉸接裝置）將二端兩個緩沖盤的力傳至8加載橫梁、7反力架及5加載底梁最終形成加載力環(huán)。其中一端的載荷傳感器1控制總載荷，二端的兩個載荷傳感器2控制分載荷。加載時可以分步加載，并通過調(diào)整二端載荷傳感器安裝螺桿旋進長度來調(diào)整二端兩個載荷傳感器的數(shù)值，從而實現(xiàn)對稱加載（對稱加載，是保證試驗與仿真對比的非常重要條件）。

圖4：眼緩沖盤中心線對角線壓縮方案。其中：1、主動端反力架，2、被試車體，3、垂向支撐（帶縱向滾動裝置），4、被動端反力架，5、加載底梁（預埋T型導軌），6、加強翼，7、加載橫梁，8、鉸接裝置，9、載荷傳感器1，10、傳感器安裝座，11、加載油缸。

工作方式：主要通過1、2、4、5及一些配合工裝形成一個閉合的力作用環(huán)來實現(xiàn)沿緩沖盤中心線對角線壓縮。工作時，通過11加載油缸及9載荷傳感器控制一端加載載荷，通過10傳感器將載荷傳遞到一端一個緩沖盤上，再由二端的一套傳力裝置（包含：10傳感器安裝座、9載荷傳感器、8鉸接裝置）將二端對角緩沖盤的力傳至8加載橫梁、7反力架及5加載底梁最終形成加載力環(huán)。其中一端的載荷傳感器1二端載荷傳感器2可以分別監(jiān)控兩個對角緩沖盤的載荷。

方法二：組合框架式試驗臺加載方法

圖5：沿緩沖盤中心線對稱加載及（中）對角線加載（下）方案。其中：1、被試車體，2、可調(diào)高度垂向支撐小車，3、固定橫梁，4、長縱梁，5、加載油缸，6、載荷傳感器1，7、傳感器安裝座，8、載荷傳感器2，9、鉸接裝置，10、移動橫梁。

工作方式：本方案主要通過3固定橫梁、10移動橫梁、兩排4長縱梁及一些工裝形成一個閉合的力環(huán)。通過2套主動加載裝置（包含5加載油缸、6載荷傳感器、7鉸接裝置）來實現(xiàn)一端兩個緩沖盤對稱加載及2套被動加載裝置（包含8、傳感器安裝座、9載荷傳感器2、7鉸接裝置）來實現(xiàn)二端兩個緩沖盤對稱加載。通過1套主動加載裝置（包含5加載油缸、6載荷傳感器、7鉸接裝置）來實現(xiàn)一端一個緩沖盤對稱加載及1套被動加載裝置（包含8、傳感器安裝座、9載荷傳感器2、7鉸接裝置）來實現(xiàn)二端對角緩沖盤對角線加載。

3 試驗方法優(yōu)劣分析

方法一優(yōu)勢：試驗臺本身結構簡單，占地少，制造成本較低，只通過增加少許工裝（4被動反力架、7加載橫梁及6加強翼），就能實現(xiàn)眼緩沖盤中心線對稱加載。

方法一劣勢：加載底梁（預埋T型導軌）需要做的很強，實現(xiàn)緩沖盤對角線加載（非強制工況）需要增加較多工裝。

方法二優(yōu)勢：試驗臺本身形成了閉合加載框架，只需增加一些主動加載裝置和被動加載裝置就可以輕松實現(xiàn)沿緩沖盤中心線對稱加載及對角線加載。而且試驗臺本身可以適應各種不同類型車體。

方法二劣勢：工藝較復雜，占用場地大，制造成本相對較高。

綜上所述：在進行基于EN12663標準的機車防撞裝置靜強度試驗加載時，如果現(xiàn)有試驗臺為焊接框架式，可以選用方法一種的加載方式及工裝;如果現(xiàn)有試驗臺為組合框架式，可以選用方法二中的加載方式及工裝。以上兩種試驗方法，均經(jīng)過實際機車項目車體靜強度試驗的實踐檢驗，都能很好的達到實驗效果。如果是新建試驗臺，需要考慮防撞裝置對稱加載及對角線加載工況，可以結合方法一及方法二的優(yōu)劣勢進行綜合考慮來選擇。

以上兩種方法，也可以稍加改造，用于國內(nèi)地鐵車體防爬器加載工況中。

4 結論

（1）針對國內(nèi)車體靜強度試驗臺，提供了兩種基于EN12663標準的機車車體防撞裝置壓縮（對稱壓縮和對角線壓縮）靜強度試驗方法。

（2）針對兩種方法進行了優(yōu)劣對比分析，為主機廠商新建試驗臺提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]EN 12663-1：2010+A1：2014《鐵路應用-鐵路車輛車體的結構要求 第1部分：機車和客運車輛（貨運車輛的替代方法）》.

[2]陳寶印.國外鐵道車輛車體靜強度試驗概況[J].國外鐵道車輛，1985（1）：29-34.

[3]宋博.鐵路貨車車體靜強度試驗臺研制[J].機械研究與應用，2017（2）：140-142.

[4]張培勝.車體靜強度試驗臺建設[J].工程與試驗，2015（4）：67-70.