CN110375915B - 变轨距转向架锁紧销应力测试方法 - Google Patents

变轨距转向架锁紧销应力测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轨道车辆技术领域，公开了一种变轨距转向架锁紧销应力测试方法，包括：获得仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值；对仿真模型锁紧销的立筋进行开槽；分别获得开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值以及槽内壁接触点的第三应力值；在同等载荷条件下分别建立第二应力值与第一应力值的比例关系以及第三应力值与第二应力值的比例关系，从而获得第一应力值与第三应力值的比例关系；获得真实锁紧销的槽内壁接触点的第三应力值，从而基于第一应力值与第三应力值的比例关系获得真实锁紧销的立筋侧壁的第一应力值。该变轨距转向架锁紧销应力测试方法具有可以准确地测得真实锁紧销的大应力部位的应力值并对其进行实时监控的优点。

Description

变轨距转向架锁紧销应力测试方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，特别是涉及一种变轨距转向架锁紧销应力测试方法。
背景技术
西班牙、德国、波兰和日本等国先后发明了可变轨距的转向架，即，当列车行驶到它国的铁路上时，通过改变自身轮对上的车轮之间的间距，来适应它国铁路的轨距，从而使得轨道车辆能够在不同轨距的轨道间进行连续运行。
在轨道列车进行变轨距的过程中，同一轮对上的车轮之间会发生相对运动，其中，能够实现车轮在不同轨距之间变换的锁紧机构就显得尤为重要，即，在变轨距转向架进行变轨距的过程中，通过锁紧销来限制内套、外套以及车轮在运行中的横向移动，即，在变轨的过程中，通过锁紧销的位置移动来进行变轨，因此，锁紧销的强度及应力大小非常重要。
在试验过程中，锁紧销的接触面部分和非接触面部分无法通过粘贴应变片来测试应力，从而导致锁紧销的接触面和非接触面的应力无法测得，同时，也无法实现对锁紧销的大应力部位的应力值进行实时监控，无法准确地掌握锁紧销的应力情况。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种变轨距转向架锁紧销应力测试方法，以解决现有技术中的锁紧销的非接触面的应力无法测得，从而无法实现对锁紧销的大应力部位的应力值进行实时监控的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种变轨距转向架锁紧销应力测试方法，包括：获得仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值；对所述仿真模型锁紧销的立筋进行开槽；分别获得开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值以及槽内壁接触点的第三应力值；在同等载荷条件下分别建立第二应力值与第一应力值的比例关系以及第三应力值与第二应力值的比例关系，从而获得第一应力值与第三应力值的比例关系；获得真实锁紧销的槽内壁接触点的所述第三应力值，从而基于所述第一应力值与所述第三应力值的比例关系获得所述真实锁紧销的立筋侧壁的所述第一应力值。
其中，通过有限元仿真分析方法分别获得仿真模型锁紧销的所述第一应力值、所述第二应力值以及所述第三应力值。
其中，所述有限元仿真方法包括：对所述仿真模型锁紧销进行有限元网格划分并将其离散化成多个相互连接的微小单元。
其中，对所述仿真模型锁紧销进行加载并计算，用以分别获得所述第一应力值、所述第二应力值以及所述第三应力值。
其中，在所述有限元仿真方法中施加给所述仿真模型锁紧销的载荷与所述真实锁紧销的实际承受的载荷相等。
其中，所述第二应力值与所述第一应力值的比例关系为：
Figure GDA0002794698740000021
其中，m为第二应力值与第一应力值的比值；FB为开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值；FA为仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值。
其中，所述第三应力值与第二应力值的比例关系为
Figure GDA0002794698740000022
其中，n为第三应力值与第二应力值的比值；FC为开槽后的仿真模型锁紧销的槽内壁接触点的第三应力值；FB为开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值。
其中，所述第一应力值与第三应力值的比例关系为
FA＝FC/(m*n)，
其中，FA为仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值；FC为开槽后的仿真模型锁紧销的槽内壁接触点的第二应力值；m为第二应力值与第一应力值的比值；n为第三应力值与第二应力值的比值。
其中，在所述真实锁紧销的槽内壁接触点上布设第一应变片并使所述第一应变片与控制器电连接以获得所述第三应力值。
其中，所述方法还包括：获得真实锁紧销的窄截面销体与宽截面销体的衔接部位的第四应力值。
其中，通过沿所述真实锁紧销的窄截面销体靠近所述宽截面销体的端部的周向呈间隔式布设多个第二应变片，以获得所述真实锁紧销的窄截面销体的非接触部位的表面应力。
(三)有益效果
本发明提供的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，与现有技术相比，具有如下优点：
本申请巧妙地利用了真实锁紧销的本身结构，通过有限元仿真的方法使得仿真模型锁紧销的结构与真实锁紧销的结构完全相同，通过分别获得仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值FA、开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值FB以及槽内壁接触点的第三应力值FC，通过在同等载荷条件下分别建立第二应力值FB与第一应力值FA的比例关系以及第三应力值FC与第二应力值FB的比例关系，从而获得第一应力值FA与第三应力值FC的比例关系，然后，通过获得真实锁紧销的槽内壁接触点的该第三应力值FC1，然后，将该第三应力值FC1代入到该第一应力值FA与该第三应力值FC的比例关系式中，以获得该真实锁紧销的立筋侧壁的该第一应力值FA，由此，基于该第一应力值FA便可以得到真实锁紧销的接触部位的大应力值的出现位置。此外，本申请通过采用对立筋进行开槽的方法，以得到真实锁紧销的接触面的实际应力，有效地解决了真实锁紧销的接触面应力因无法贴设应变片而导致无法测得的问题，从而实现了真实锁紧销的大应力部位应力值的实时监控，得到真实锁紧销的应力状况。
附图说明
图1为本申请的实施例的变轨距转向架锁紧销应力测试方法的步骤流程示意图；
图2为本申请的实施例的仿真模型锁紧销和真实锁紧销的第一角度整体结构示意图；
图3为本申请的实施例的仿真模型锁紧销和真实锁紧销的第二角度整体结构示意图；
图4为本申请的实施例的仿真模型锁紧销和真实锁紧销的第三角度整体结构示意图；
图5为本申请的实施例的立筋未开槽的仿真模型锁紧销的整体结构示意图。
图中，10：仿真模型锁紧销；20：真实锁紧销；11：销体；111：宽截面销体；112：窄截面销体；111a：开口槽；11b：槽外壁；11c：槽内壁；12：立筋；121：立筋侧壁；13：第一应变片；14：过线孔；15：第二应变片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本申请的实施例中，有提及仿真模型锁紧销10和真实锁紧销20，为便于本领域技术人员对本申请的方法可以更好地理解，现对仿真模型锁紧销10和真实锁紧销20的结构进行简单地描述。
如图2至图5所示，该仿真模型锁紧销10和真实锁紧销20均包括销体11，该销体11包括宽截面销体111和分别设置在该宽截面销体111的上、下端面的窄截面销体112，其中，套筒(图中未示出)套设在销体11的外周，套筒与宽截面销体111之间为紧密配合，即，套筒与宽截面销体111之间在径向上不存在安装空间。
套筒与窄截面销体112之间为间隙配合，即，套筒与窄截面销体112之间在径向上存在安装空间。
在宽截面销体111的一侧构造有开口槽111a，该开口槽111a沿宽截面销体111的径向贯通，开口槽111a内设有两个沿销体11的轴向延伸的立筋12，该两个立筋12沿销体11的轴向呈平行式设置，立筋12的上端与开口槽111a的槽顶壁连接，立筋12的下端与开口槽111a的槽底壁之间留有缺口。
需要说明的是，由于立筋12在变轨距的过程中受力较大，尤其是立筋12的侧壁处的受力最大，因而，对立筋12的侧壁处的应力进行检测就显得尤为重要。
还需要说明的是，在开口槽111a的槽顶壁上构造有贯通的过线孔14，用于供与第一应变片13相连的电源线可以引出到外部，以确保电源线与如下所述的控制器(图中未示出)进行电连接。
其中，需要对立筋12进行开槽，在槽内壁11c的接触点布设第一应变片13。
由于宽截面销体111与窄截面销体112相连接的部位的应力较大，因而，可通过在宽截面销体111与窄截面销体112相连接的部位设置第二应变片15，从而可以准确地测得宽截面销体111与窄截面销体112相连接的部位的大应力。
如图1所示，图中示意性地显示了该变轨距转向架锁紧销应力测试方法包括如下步骤：
步骤S1，获得仿真模型锁紧销10的立筋侧壁121的第一应力值FA。
步骤S2，对该仿真模型锁紧销10的立筋12进行开槽。
步骤S3，分别获得开槽后的仿真模型锁紧销10的槽外壁11b接触点的第二应力值FB以及槽内壁11c接触点的第三应力值FC。
步骤S4，在同等载荷条件下分别建立第二应力值FB与第一应力值FA的比例关系以及第三应力值FC与第二应力值FB的比例关系，从而获得第一应力值FA与第三应力值FC的比例关系。
步骤S5，获得真实锁紧销20的槽内壁11c接触点的该第三应力值FC1，从而基于该第一应力值FA与该第三应力值FC的比例关系获得该真实锁紧销20的立筋侧壁121的该第一应力值FA。具体地，本申请巧妙地利用了真实锁紧销20的本身结构，通过有限元仿真的方法使得仿真模型锁紧销10的结构与真实锁紧销20的结构完全相同，通过分别获得仿真模型锁紧销10的立筋侧壁121的第一应力值FA、开槽后的仿真模型锁紧销10的槽外壁11b接触点的第二应力值FB以及槽内壁11c接触点的第三应力值FC，通过在同等载荷条件下分别建立第二应力值FB与第一应力值FA的比例关系以及第三应力值FC与第二应力值FB的比例关系，从而获得第一应力值FA与第三应力值FC的比例关系，然后，通过获得真实锁紧销20的槽内壁11c接触点的该第三应力值FC1，然后，将该第三应力值FC1代入到该第一应力值FA与该第三应力值FC的比例关系式中，以获得该真实锁紧销20的立筋侧壁121的该第一应力值FA，由此，基于该第一应力值FA便可以得到真实锁紧销20的接触部位的大应力值的出现位置。此外，本申请通过采用对立筋12进行开槽的方法，以得到真实锁紧销20的接触面的实际应力，有效地解决了真实锁紧销20的接触面应力因无法贴设应变片而导致无法测得的问题，从而实现了真实锁紧销20的大应力部位应力值的实时监控，得到真实锁紧销20的应力状况。
在本申请的一个优选的实施例中，通过有限元仿真分析方法分别获得仿真模型锁紧销10的该第一应力值FA、该第二应力值FB以及该第三应力值FC。需要说明的是，采用有限元仿真的方法，可以更加真实地模拟出真实锁紧销20的各个部位的受力情况，从而有效地缩小理论值(仿真模型锁紧销10上测得的应力值)与真实值(对真实锁紧销20实际测得的应力值)之间的误差，提高对该真实锁紧销20的立筋侧壁121处的该第一应力值FA测得的准确性。
在本申请的另一个优选的实施例中，该有限元仿真方法包括：对该仿真模型锁紧销10进行有限元网格划分并将其离散化成多个相互连接的微小单元。需要说明的是，还需要对仿真模型锁紧销10的载荷工况和约束条件等进行模拟，通过电脑的控制，使得该仿真模型锁紧销10的受载情况逐渐逼近实际的受载情况，这样，可以较好地提高对第一应力值FA测得的准确性。
在本申请的一个优选的实施例中，对该仿真模型锁紧销10进行加载并计算，用以分别获得该第一应力值FA、该第二应力值FB以及该第三应力值FC。
还需要说明的是，通过将有限元仿真方法与对立筋12进行开槽的方法相结合，很好地解决了真实锁紧销20接触面应力因无法直接贴设第一应变片13而导致无法获取的难题。
通过获得仿真模型锁紧销10的槽外壁11b接触点和槽内壁11c接触点的应力比以及获得真实锁紧销20的槽内壁11c接触点的应力，精准地还原了真实锁紧销20接触面的应力情况，从而能够通过试验中槽内壁11c相应点的第一应变片13的应力大小，来得到真实锁紧销20的接触部分的大应力部位和非接触部分的大应力部位的应力情况，该方法简单科学，误差较小。
在本申请的另一个优选的实施例中，在该有限元仿真方法中施加给该仿真模型锁紧销10的载荷与该真实锁紧销20的实际承受的载荷相等。这样，可以使得理论值更加的接近真实值，即，能够更加准确地模拟真实锁紧销10所承受的载荷。
在一个优选的实施例中，第二应力值FB与所述第一应力值FA的比例关系为：
Figure GDA0002794698740000081
其中，m为第二应力值FB与第一应力值FA的比值；FB为开槽后的仿真模型锁紧销10的槽外壁11b接触点的第二应力值；FA为仿真模型锁紧销10的立筋侧壁121的第一应力值。
在本申请的另一个优选的实施例中，第三应力值FC与第二应力值FB的比例关系为
Figure GDA0002794698740000082
其中，n为第三应力值FC与第二应力值FB的比值；FC为开槽后的仿真模型锁紧销10的槽内壁11c接触点的第三应力值；FB为开槽后的仿真模型锁紧销10的槽外壁11b接触点的第二应力值FB。
在本申请的另一个优选的实施例中，第一应力值FA与第三应力值FC的比例关系为
FA＝FC/(m*n)，
其中，FA为仿真模型锁紧销10的立筋侧壁121的第一应力值；FC为开槽后的仿真模型锁紧销10的槽内壁11c接触点的第三应力值；m为第二应力值FB与第一应力值FA的比值；n为第三应力值FC与第二应力值FB的比值。
可见，通过分别建立第二应力值FB与第一应力值FA的比例关系以及第三应力值FC与第二应力值FB的比例关系，从而可以获得第一应力值FA与第三应力值FC的比例关系。
在本申请的一个优选的实施例中，在该真实锁紧销10的槽内壁11c接触点上布设第一应变片13并使该第一应变片13与控制器(图中未示出)电连接以获得该第三应力值FC。具体地，由于窄截面销体112与套筒之间在径向上为紧密配合，此时，无法在两者之间增设该第一应变片13，通过对立筋12进行开槽，即，在该立筋12上构造有开口槽111a，从而可以为安放第一应变片13提供安装空间，通过使得该第一应变片13与控制器进行电连接，从而可以实时地、准确地测得该真实锁紧销20的立筋侧壁121的该第一应力值FA。
在本申请的另一个优选的实施例中，所述方法还包括：获得真实锁紧销20的窄截面销体112与宽截面销体111的衔接部位的第四应力值。
具体地，通过沿该真实锁紧销20的窄截面销体112靠近该宽截面销体111的端部的周向呈间隔式布设多个第二应变片15，以获得该真实锁紧销20的窄截面销体112的非接触部位的表面应力。需要说明的是，在变轨距的过程中，窄截面销体112与宽截面销体111相连接的部位承受的应力往往较大，为准确测得该部位的应力大小，避免该部位发生损坏的情况，则可通过沿该真实锁紧销20的窄截面销体112靠近该宽截面销体111的端部的周向呈间隔式布设多个第二应变片15，这样，便可以确保对窄截面销体112与宽截面销体111相连接的部位的应力进行准确地测量，避免发生遗漏的情况。
还需要说明的是，各个该第二应变片15也均与控制器电连接，通过控制器的控制，可以准确地获知各个第二应变片15处的应力大小，通过从中选取其中一个应力最大值，便达到了获取窄截面销体112与宽截面销体111相连接的部位的大应力。
在本申请的一个优选的实施例中，在静强度试验和疲劳强度试验的过程中，可以将开槽的真实锁紧销20装设在试验结构中，以用于测试其接触部位和非接触部位的大应力。
综上所述，本申请巧妙地利用了真实锁紧销20的本身结构，通过有限元仿真的方法使得仿真模型锁紧销10的结构与真实锁紧销20的结构完全相同，通过分别获得仿真模型锁紧销10的立筋侧壁121的第一应力值FA、开槽后的仿真模型锁紧销10的槽外壁11b接触点的第二应力值FB以及槽内壁11c接触点的第三应力值FC，通过在同等载荷条件下分别建立第二应力值FB与第一应力值FA的比例关系以及第三应力值FC与第二应力值FB的比例关系，从而获得第一应力值FA与第三应力值FC的比例关系，然后，通过获得真实锁紧销20的槽内壁11c接触点的该第三应力值FC1，然后，将该第三应力值FC1代入到该第一应力值FA与该第三应力值FC的比例关系式中，以获得该真实锁紧销20的立筋侧壁121的该第一应力值FA，由此，基于该第一应力值FA便可以得到真实锁紧销20的接触部位的大应力值的出现位置。此外，本申请通过采用对立筋12进行开槽的方法，以得到真实锁紧销20的接触面的实际应力，有效地解决了真实锁紧销20的接触面应力因无法贴设应变片而导致无法测得的问题，从而实现了真实锁紧销20的大应力部位应力值的实时监控，得到真实锁紧销20的应力状况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，包括：
获得仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值；
对所述仿真模型锁紧销的立筋进行开槽；
分别获得开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值以及槽内壁接触点的第三应力值；
在同等载荷条件下分别建立第二应力值与第一应力值的比例关系以及第三应力值与第二应力值的比例关系，从而获得第一应力值与第三应力值的比例关系；
获得真实锁紧销的槽内壁接触点的所述第三应力值，从而基于所述第一应力值与所述第三应力值的比例关系获得所述真实锁紧销的立筋侧壁的所述第一应力值；
其中，所述第二应力值与所述第一应力值的比例关系为
Figure FDA0002760159010000012
其中，m为第二应力值与第一应力值的比值；FB为开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值；FA为仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值；
其中，所述第三应力值与第二应力值的比例关系为
Figure FDA0002760159010000011
其中，n为第三应力值与第二应力值的比值；FC为开槽后的仿真模型锁紧销的槽内壁接触点的第三应力值；FB为开槽后的仿真模型锁紧销的槽外壁接触点的第二应力值；
其中，所述第一应力值与第三应力值的比例关系为
FA＝FC/(m*n)
其中，FA为仿真模型锁紧销的立筋侧壁的第一应力值；FC为开槽后的仿真模型锁紧销的槽内壁接触点的第二应力值；m为第二应力值与第一应力值的比值；n为第三应力值与第二应力值的比值。
2.根据权利要求1所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，通过有限元仿真分析方法分别获得仿真模型锁紧销的所述第一应力值、所述第二应力值以及所述第三应力值。
3.根据权利要求2所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，所述有限元仿真方法包括：
对所述仿真模型锁紧销进行有限元网格划分并将其离散化成多个相互连接的微小单元。
4.根据权利要求3所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，对所述仿真模型锁紧销进行加载并计算，用以分别获得所述第一应力值、所述第二应力值以及所述第三应力值。
5.根据权利要求3所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，在所述有限元仿真方法中施加给所述仿真模型锁紧销的载荷与所述真实锁紧销的实际承受的载荷相等。
6.根据权利要求1所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，在所述真实锁紧销的槽内壁接触点上布设第一应变片并使所述第一应变片与控制器电连接以获得所述第三应力值。
7.根据权利要求1所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，所述方法还包括：
获得真实锁紧销的窄截面销体与宽截面销体的衔接部位的第四应力值。
8.根据权利要求7所述的变轨距转向架锁紧销应力测试方法，其特征在于，通过沿所述真实锁紧销的窄截面销体靠近所述宽截面销体的端部的周向呈间隔式布设多个第二应变片，以获得所述真实锁紧销的窄截面销体的非接触部位的表面应力。
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