基于频域特征的城市轨道交通车辆转向架疲劳分析

[目的]转向架作为承载车体的关键结构,其异常振动对轨道交通列车的服役性能有直接影响,因此需对车辆转向架疲劳进行深入研究。[方法]针对某城市轨道交通列车出现的转向架异常振动现象,通过开展正线载客跟踪试验,对测试车辆关键区域的动应力进行了分析,结合转向架构架的弹性模态,对不同轨道型式下构架振动和轮轨激励主频进行了对比研究。[结果及结论]该列车的动车转向架构架在车轮镟修前有17个测点的等效应力σ_(aeq)超出70 MPa的限值,而在车轮镟修后则只有1个测点的σ_(aeq)超限,因此车轮的不圆度对构架动应力的影响较大。车轮镟修前后构架的动应力信号在低频区段的主频均为59 Hz,车轮镟修后该主频能量依旧存在,说明其与列车运行速度和车轮不圆度的相关性较小;动应力信号在高频区段的主频在700 Hz以上,考虑到高频σ_(aeq)主要在25 MPa以内,因此对转向架构架损伤的贡献非常小。该型转向架构架存在频率约为59 Hz的电机与侧梁反向点头的弹性模态,与车辆动应力测点在长轨枕整体道床+ZX-2扣件、短轨枕整体道床+ZX-2扣件,以及浮置板道床(高档钢材)+ZX-2扣件等三种轨道型式上的动应力信号主频一致,而在其他轨道型式上不存在该主频,说明在部分轨道型式上构架弹性模态被激发,造成疲劳损伤值超标。该条线路车辆轴箱的垂向振动主频分别为60.5 Hz和37.0 Hz,其中60.5 Hz主要由车辆与轨道的耦合作用产生,而37.0 Hz与减振扣件存在一定相关性,故轨道道床和扣件型式的组合对轮轨振动产生有较大影响。