电力机车车体强度设计规范研究
曾燕军1,2
【摘 要】通过对比分析国际上各国相关标准和规范的异同,提出了适应我国具体国情的电力机车车体强度设计规范的建议。 【期刊名称】技术与市场 【年(卷),期】2012(000)012 【总页数】3
【关键词】电力机车;车体;结构强度;设计规范
1 概述
当前,世界各国交通运输都面临着石油短缺、环境污染、运能有限、事故多发等一系列问题,而电气化铁路运输以其速度快、运能大、耗能低、污染小、占地少和安全性好等一系列突出的技术经济优势,大大促进了各国交通运输的发展,其中电力机车技术起着不可或缺的重要作用。
车体强度设计技术是电力机车设计的关键技术之一,目前我国没有自己正式颁布的针对电力机车车体强度设计的专用标准,一般都是参照客车、货车的相关标准或直接参考国际电力机车标准。尽管这些标准对我国电力机车车体强度设计起到了促进作用,但由于产品用途或实际运营环境的差异,使得使用过程中难免存在一些不完善的因素。因此,以相关标准为基础,研究及制定符合我国国情的电力机车车体强度设计规范或标准具有重要意义。
2 各国相关标准和规范
世界各主要国家均有自己的铁道车辆车体强度设计的标准或规范,如欧洲各国主要遵循欧盟标准EN 12663《铁路应用-铁路车辆车体的结构要求》,日本主要遵
循JIS E7106《铁道车辆客车车体设计通则》的要求,我国也有TB/T 1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》,另外还有一个被广泛接受的标准是国际铁路联盟的UIC 566《客车车体及其零部件的载荷》。
欧盟标准EN 12663是一个很完善并广泛应用的铁道车辆车体强度设计标准,当前版本为CEN(欧洲标准化委员会)于2010年1月23日在2000版本基础上修订而成,适用于EU(欧盟)和EFTA(欧洲自由贸易协会)范围内的所有机车、客车和货车等轨道车辆。该标准规定了轨道车辆车体的最低结构要求、车体应能承受的载荷、材料数据的使用方法等,并提出了用于计算分析和试验验证的原则。 日本标准JISE7106是在日本工业标准化法的基础上,经过日本工业标准调查会审议并由国土交通官员制定的。该标准主要对电车、内燃机车、客车等车辆车体所必须承载的载荷做出了规定,而且规定了在这些载荷作用下基于结构应力和材料特性的结构强度评价方法。
我国标准TB/T 1335是在前苏联相关标准的基础上发展制订而来,并充分考虑了我国铁路实情。该标准适用于标准轨距铁路上运用的新设计一般用途非动力车辆及其主要零部件(即不包括电力机车),并规定了车辆结构强度设计及计算的基本原则和方法。同时,该标准提供了解决车辆几何曲线通过、车辆结构强度要求、车辆有限元分析、车辆疲劳评价、车辆冲击模拟计算等问题的方法。
国际铁路联盟标准UIC 566是在欧洲铁路研究所ERRI(英文全称European Rail Research Institute)的相关研究报告(RP)和技术条件(DT)基础上制订而来。UIC 566是与铁路相关的一系列规程的一部分,规定了国际联运客车及其零部件所承受的载荷,并给出了试验的条件和方法。
3 基本载荷工况对比分析
根据上述各国标准的适应范围可知,只有EN 12663有针对电力机车车体强度的规定内容,其他3个标准仅供参照。由此,可选取EN 12663中电力机车的内容、JIS E7106中新干线电车的内容、TB/T 1335中货车的内容和UIC 566中客车的内容进行分析比较。同时,根据对基本载荷具体的规定内容可分为纵向静载荷、垂向静载荷、静载荷组合工况、一般疲劳载荷及其组合等几种主要情况进行分析比较。 3.1 纵向静载荷
根据各标准的规定,其针对静态纵向载荷及工况的主要规定如表1所示,其他因不太常见或实际不太关注的载荷及工况在此不再赘述。
从表1可知,关于纵向静态载荷的规定,各标准在载荷工况的选取上有一定差别,而且车钩压缩、拉伸等纵向载荷的取值大小也不相同。从国内近年应用情况来看,ENl2663标准规定的工况和数值应用较多,比较符合国内的实际情况。 3.2 垂向静载荷
各标准规定的静态垂向载荷主要包括最大工作载荷、提升载荷、扭转载荷/和三点支撑等,其针对静态垂向载荷及工况的主要规定如表2所示。
从表2可知,关于静态垂向载荷的规定,各标准的具体要求各不相同。ENl2663中对电力机车车体有最详细的载荷及其工况的规定;JISE7106中对电车车体也有较为详细的规定;另外,因为选取的对比对象中,TB/T 1335为较为接近电力机车的货车,UIC 566为较为接近电力机车的客车,且还是具有较大的区别,因此这两个标准不具备有实用价值的可比性。结合国内实际情况可知,ENl2663比较符合国内的实际情况,而JISE7106次之。 3.3 静载荷组合工况
电力机车车体强度设计规范研究
