动车组设备舱裙板支架螺栓滑移问题研究_滕万秀.pdf

第卷第期 年月 大连交通大学学报 文章编号（） 动车组设备舱裙板支架螺栓滑移问题研究 滕万秀，孙健，姜春龙，盖杰，王岳宸 （中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春） 摘要针对某动车组设备舱裙板支架螺栓在检修时发现的滑移问题，根据该动车组车轮磨耗中期线路 实测的加速度功率谱，进行长寿命随机振动试验。根据 标准进行冲击试验，通过光纤智 能螺栓及测试系统对试验过程中的预紧力变化进行监测，并结合有限元仿真分析及 标 准对该位置螺栓抗滑移性能进行校核，为螺栓滑移问题分析提供参考。 关键词螺栓滑移；振动试验；智能螺栓；有限元； 标准 文献标识码 设备舱是动车组的重要组成部分，很多重要的 设备均安置在设备舱内，目前已运营的各类动车组 设备舱均包含成百上千的螺栓，螺栓紧固件连接是 否可靠，直接关系到列车的运营安全。李晓峰等 应用机械设计手册、有限元仿真分析和 标准种分析方法对标准化动车组设备舱吊 梁与底板滑道进行评估。杨川等针对动车组制 动盘螺栓断裂问题，采用疲劳试验的方法进行研 究。张化谦等通过试验对人工扭矩法、机器扭矩 转角法两种安装工艺效果进行了研究。 针对国内某高速动车组设备舱裙板支架螺栓 发生的两起滑移问题，本文根据郑徐线实测的时 速 车轮磨耗中期加速度功率谱进行长寿 命随机振动试验；根据 标准进 行冲击试验，同时，通过光纤智能螺栓及测试系统 对螺栓预紧力进行实时监测，并根据试验结果结 合有限元仿真分析和 标准对该 位置螺栓抗滑移性能进行计算，为螺栓发生滑移 原因分析提供参考。 试验介绍 试验对象 试验对象为从实车截取的单个设备舱模块， 螺栓滑移位置见图，裙板支架连接角铁沿车纵 向的两个螺栓，型号为，级，预紧 力矩为 。 （）螺栓滑移位置 （）局部放大图 图试验对象 试验设备 振动试验台主要用于开展各类机械结构在 车辆不同运行工况下的振动和冲击试验，可依 据 等标准开展随机振动试验、 冲击试验。 智能螺栓内部安装光纤传感器，与测试系统 连接后，可以实时对振动、冲击试验过程中螺栓的 收稿日期 第一作者滕万秀（ ），男，教授级高级工程师。 通信作者孙健（ ），男，高级工程师。 大连交通大学学报第卷 预紧力进行监测。单个设备舱模块两端共处连 接角铁，本次试验共采用个智能螺栓，对其中一 端两个连接角铁进行监测，编号分别为，，，。 智能螺栓安装见图。 （） 、号智能螺栓 （） 、号智能螺栓 图智能螺栓安装示意图 长寿命随机振动与冲击试验 长寿命随机振动试验 随机振动试验前，在螺栓及连接角铁上方作 防松标识。根据郑徐线时速 车轮磨耗中 期实测加速度功率谱，对其进行台架试验加速模 拟长寿命随机振动试验。长寿命随机振动试验 个方向的加速度功率谱曲线见图，长寿命随机 振动试验参数见表。 （）纵向 （）横向 （）垂向 图加速度功率谱曲线 表长寿命随机振动试验参数表 方向值（ ） （ ）时间 垂向 横向 纵向 试验顺序试验前样品外观检查及螺栓防松 检查、智能螺栓测试系统调试长寿命随机振动 试验试验后样品外观检查及设备舱裙板支架固 定螺栓检查。 试验方向垂向横向纵向。 冲击试验 冲击试验在长寿命随机振动试验完成后开 展，螺栓保持随机振动试验后状态，无二次紧固。 根据 标准中车体上类 级的半正弦冲击波形进行试验，参数见表。 表冲击试验参数表 方向 峰值加速度 标称持续时间 正向冲击 次数 反向冲击 次数 垂向 横向 纵向 第期滕万秀，等动车组设备舱裙板支架螺栓滑移问题研究 试验顺序试验前样品外观检查及防松螺栓检 查、智能螺栓测试系统调试冲击试验试验后样 品外观检查及设备舱裙板支架螺栓防松线检查。 试验方向垂向横向纵向。 试验结果 根据试验结果，长寿命随机振动试验及冲击试 验有效值控制在合理误差范围内。其中，加速度频 谱密度值控制在标准规定值的 之内，随 机振动有效值控制在标准规定的以内， 半正弦脉冲幅值控制在标准规定值以内。 长寿命随机振动试验和冲击试验完成后，螺 栓防松线未错位，所夹紧的连接角铁未发生滑移， 表明螺栓满足抗滑移要求。 智能螺栓预紧力监测情况见表，可以看 出，靠近中心位置、号螺栓预紧力衰减大于 远离中心位置、号螺栓，、号螺栓预紧力损 失在 左右，、号螺栓衰减较小。 表智能螺栓预紧力监测值 传感器 编号 试验开始前 预紧力 试验结束后 预紧力 预紧力 衰减 螺栓抗滑移性能计算 设备舱结构有限元模型采用软件 划分、软件计算。有限元模型见图，螺栓 采用梁单元模拟，通过提取梁单元受力的个分 量来获得各工况下螺栓所受的工作载荷。仿真 分析工况见表，考虑了加速度工况及气动载荷 工况。 图有限元模型 表仿真分析工况 工况 加速度 纵向横向垂向 气动载荷 裙板 ， 底板 根据 标准，最小夹紧载荷 的计算公式为 式中 为被夹紧界面传递的最大横向力； 为传递横向力的界面数； 为被夹紧界面最小 摩擦系数； 为被夹紧界面传递的最大扭矩 （绕螺栓轴线）； 为传递扭矩的界面数；为有 效扭转半径。 根据各仿真分析工况计算的螺栓工作载荷， 结合计算夹紧力的相关参数，最危险工况为工况 ，此时所需的最小夹紧力为 ，见表。 根据实际拧紧工艺及 标准中表 “拧紧系数指导值”，取拧紧系数 ，则 所需的最小夹紧力最大值为 . 。 表最小夹紧载荷 的计算参数 参数 取值 根据表，长寿命随机振动试验和冲击试验 完成后，螺栓剩余预紧力最小值为 ，大于 ，满足抗滑移要求。 结论 （）长寿命随机振动试验和冲击试验完成 后，螺栓防松标记未发生错位，未发生滑移，满足 抗滑移要求。 （）根据有限元仿真分析及 大连交通大学学报第卷 标准对螺栓滑移性能进行校核，在考虑拧紧系数 为的前提下，该位置螺栓抗滑移所需的最小 夹紧力为 。试验完成后该位置螺栓剩余 预紧力最小值为 ，大于所需的最小夹紧 力，满足抗滑移要求。 （）根据以上结果，结合售后反馈的累计只 发生两起滑移的情形，判断该位置螺栓发生滑移 原因为个例，非设计结构原因导致。 参考文献 李晓峰，孙瑞，颜楷晨标准化动车组设备舱螺栓强度分 析方法大连交通大学学报， ，（） 杨川，孟繁辉，许杰，李继山等高速动车组制动盘螺 栓断裂分析及优化方案大连交通大学学报， ，（） 张化谦，杨伟君，焦标强，吕宝佳，曹建行等动车组轮 装制动盘螺栓安装工艺及其影响研究铁道机车 车辆，，（） ， ， ， ， ， ， （ ， ， ， ） ， ， ， ， ， ； ； ； ；