多点激励荷载下比例车体疲劳强度及载荷谱研究试验台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及交通设备领域，尤其涉及一种多点激励荷载下比例车体疲劳强度及载荷谱研究试验台。
【背景技术】
[0002]目前，铝合金等轻金属大量应用于轨道车辆的制造中，这主要是因为铝合金车体不仅质量轻，易于回收，而且可以满足车体轻量化的迫切需求。但轻量化的铝合金结构设计也存在着一些严重的缺点，比如抗疲劳特性差，在外界随机载荷的激励下容易导致结构疲劳失效。目前，国内外对车体的强度评估大多通过静载荷试验来进行强度评估，同时，现有1:1车体疲劳强度的实验成本过高，而且根据文献，可以发现车体强度试验台除了需要考虑垂向、横向和纵向载荷外，鲜有对车体顶部载荷和设备激振载荷的考虑。
[0003]我国《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》TB/T1335-1996标准规定车辆强度实验标准，规范提到，试验载荷应不小于基本作用载荷值但鉴定标准仍须按基本作用载荷换算，在鉴定强度时将换算应力值按照最大可能组合的原则予以合成。
[0004]我国《铁道客车车体静强度实验方法》TB1806-2006标准规定:客车车体强度评定的标准式一一第四强度理论；垂向载荷(包括静载荷和动载荷)、纵向载荷、扭转载荷、侧向力同时作用下，各测点的合成应力应不大于材料的需用应力。顶车载荷即车体承载结构的底架上施加相当于设备重量及整备重量的垂向载荷作用下，各测点的应力应不大于材料的屈服极限，顶车位及其附近结构不产生永久变形；事故载荷下，各测点的应力应不大于材料的屈服极限。
[0005]我国《200km/h以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》规定了车辆强度设计中，必要考虑的车辆基本作用载荷有垂向静载荷包括自重、载重和整备重量。其中车体结构自重和旅客(包括自带行李)重量按均布载荷作用在车体底架上；垂向动载荷由垂向静载荷乘以垂向动荷系数而定。垂向动载荷取为垂向静载荷的0.3倍，即垂向动荷系数取为0.3 ;纵向载荷包括车钩中心线高度上沿纵向作用力和动车牵引在处沿纵向作用的持在牵引力。
[0006]我国《机车车体静强度试验规范》TB/T 2541-2010标准规定了评价铁道车辆车体结构强度的静载荷试验方法。该标准中给出了多种载荷试验标准方法:垂直载荷试验、纵向压缩载荷试验、纵向拉伸载荷实验、扭转载荷试验等。在这些试验方法中，垂向载荷试验与疲劳强度直接相关，标准TB/T2541-2010中对于垂直载荷实验提到，垂直载荷试验的载荷为垂直试验载荷，垂直试验载荷的分布应按设备在机车上的布置情况而以分布载荷或集中载荷设置，其中车体自重应按均布载荷设置。垂直试验载荷可用油压装置加载，也可用砝码或重物加载。
[0007]《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》TB/T1335-1996标准、((200km/h以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》和《机车车体静强度试验规范》TB/T 2541-2010标准，均给出了静载荷实验标准，并没有给出疲劳强度实验标准，TB/T1335-1996标准中，规定鉴定强度时，须进行应力换算，垂向静载荷下的应力要考虑动载荷的影响，具体换算公式如下:
[0008]od=oc(l+Kd)
[0009]其中σ d为动应力，σ。为静应力，K 动载荷系数。
[0010]日本JISE 7105标准规定了评价铁道车辆车体结构强度的静载荷试验方法。垂向静载荷试验中，除了对应于乘客和设备质量的基本载荷，在车体地板上还要施加等效动载荷(两部分载荷用铁块均匀加载在车体底板)，然后测量其应力和变形。从测得的应力中分离出静态应力部分和动态应力部分，根据部件疲劳试验结果绘出Goodman曲线图。再用Goodman曲线图来评价每个结构薄弱点发生疲劳破坏的可能性。
[0011]《Railway applicat1ns-Structural requirements of railway vehiclebodies))欧洲标准EN12663:2000规定了铁路车辆设计中需考虑的载荷工况包括垂向静载、垂向动载、气动牵引、整体起吊、纵向拉伸、纵向压缩、救援等。通常弓I起车体疲劳载荷包括加载、卸载循环，轨道不平顺激励，气动载荷和牵引制动载荷等。
[0012]上述几种规范中，都是通过静载荷实验结果评估车体强度，虽然用静载荷试验方法评价疲劳强度简单实用，但是静载荷试验可能发现不了一些潜在的裂纹。
【发明内容】
[0013]本发明旨在提供一种多点激励荷载下比例车体疲劳强度及载荷谱研究试验台，公开了一种大型的试验装置来模拟真实的动态载荷，能够评估城市交通铝合金车体的疲劳强度，从而研究车体的疲劳破坏问题；利用三个方向的作动器提供激振力，可很好地模拟各方向的动载荷作用；通过高循环次数的激振力作用，致使比例车体产生裂纹，可以此找出疲劳裂纹位置，研究裂纹产生、裂纹扩展规律，并由数据采集仪器记录应力、加速度、位移时程。
[0014]为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的:
[0015]本发明公开一种多点激励荷载下比例车体疲劳强度及载荷谱研究试验台，包括机械部分和电气部分，其特征在于:所述机械部分包括T型槽实验台、支撑装置、比例车体；所述比例车体通过支撑装置连接在T型槽实验台上，所述支撑装置包括支撑柱和橡胶空气弹簧，所述支撑柱包括空腔，支撑柱下端与T型槽实验台连接，支撑柱顶部连接橡胶空气弹簧，橡胶空气弹簧顶部连接比例车体的底板，二系簧垂向作动器置于支撑柱的空腔内，支撑柱上端面设有与空腔连通的激振孔；比例车体的两端分别设置设有纵向作动器、纵向减震器，比例车体的两侧分别设有横向作动器及横向减震器，所述T型槽实验台上布置四个作用于比例车体底板的下部垂向作动器，所述下部垂向作动器位于比例车体底部中间位置，比例车体顶部设置有顶部垂向作动器；所述电气部分包括安装在比例车体上的传感器，所述电气部分包括传感器，所述传感器连接数据采集仪器，所述数据采集仪器连接计算机，传感器包括加速度传感器、位移传感器和载荷传感器。
[0016]垂向作动器通过支撑柱上端的激振孔对橡胶空气弹簧施加激振力，激振力通过空气弹簧传递至车体，以模拟真实车体所受的来自二系簧的振动载荷。
[0017]纵向作动器和纵向减震器用于模拟列车牵引、制动过程对车体疲劳强度的影响，横向作动器和横向减震器用于模拟车体所受到的横向振动。
[0018]下部垂向作动器用于模拟列车运行过程中，通风机、主变压器、牵引变流器、废排装置等车下吊挂设备对车体疲劳强度的影响。
[0019]顶部垂向作动器用于模拟空调、受电弓对车体疲劳强度的影响。
[0020]传感器采集的信号可以用于载荷识别、裂纹识别等试验研究。
[0021]优选的，所述机械部分还包括端部立柱、侧面立柱和顶部纵梁，所述端部立柱有两根，分别位于比例车体的两端，所述侧面立柱有4根，位于比例车体的两侧面，每一侧面两根，所述顶部纵梁位于比例车体的正上方，顶部纵梁的轴线方向与比例车体的轴线方向相同，顶部纵梁的侧面通过连接板与侧向立柱连接，所述连接板与顶部纵梁、侧向立柱均螺钉连接，以保证实验台架的稳定性，连接板采用薄板，方便侧向立柱位移后更换。
[0022]优选的，所述支撑柱通过螺栓固定在T型槽实验台上，所述T型槽实验台设有与支撑柱底部相适配的横向T型槽和纵向T型槽A激振支撑柱有4个，分别位于高速列车二系簧对应位置；4个支撑柱对应于实际转向架系统空簧位置处，橡胶空气弹簧弹簧起着与实际转向架系统二系悬挂同样的作用。
[0023]四个下部垂向作动器纵向排布，下部垂向作动器底部通过螺栓与T型槽试验台相连，所述T型槽试验台台面设置有与下部垂向作动器的底部相适配的纵向T型槽B ;下部垂向作动器的安装位置可在T型槽B中纵向调整。
[0024]优选的，所述纵向作动器设置在比例车体的一端，所述纵向减震器设置在比例车体的另一端，纵向作动器和纵向减振器正对，以免引起不平衡力矩；纵向作动器和纵向减振器分别通过螺栓与位于比例车体两端的端部立柱连接。
[0025]优选的，所述横向作动器设置在比例车体的一侧，所述横向减震器设置在比例车体的另一侧，横向作动器与横向减震器正对，横向作动器、横向减震器分别通过螺栓连接位于比例车体两侧的立柱，所述立柱下端通过螺栓连接在T型实验台台面上，所述T型实验台台面上设有与立柱下端相适配的纵向T型槽C，立柱设有竖向排布的螺纹孔，可实现作动和减震位置的上下微调。
[0026]优选的，所述顶部垂向作动器通过螺栓连接顶部纵梁，所述顶部垂向作动器有两个，分别置于实际车体空调和受电弓的安装位置的对应部位，模拟列车运行过程中，空调、受电弓对车体疲劳强度的影响。
[0027]优选的，所述纵向减震器、横向减震器均为液压减震器，