载荷车体带动电机构架的疲敝年限估量

　　载荷和约束条件牵引电机在运转过程中承受的载荷主要有定子自重、转子自重、单边
磁拉力、电磁转矩以及齿轮传动的径向和轴向附加力，强度计算中未考虑动载荷的影响。
牵引电机一端通过抱轴轴承刚性地抱在轮对上，另一端通过橡胶垫吊杆挂在构架上。其约
束条件为：在抱轴孔中心建立圆柱坐标，轴线方向为 Z 轴，径向为 R 轴，约束抱轴孔径
向和轴向自由度；对小吊挂处则在前述直角坐标中施加垂向和轴向约束。
　　静强度计算结果强度计算结果表明，牵引电机机座的总体应力水平比较低，最大等
效应力发生在小吊挂根部和抱轴座与机座的连接处，等效应力数值约为 40MPa.此外，传
动端大端面根部的局部应力也相对较大，这些位置可以作为贴片试验的参考位置。整个电
机的等效应力云图如示。
　　牵引电机等效应力云 2 载荷谱测试及数据处理为获得牵引电机在机车走行中的载荷
谱数据，随车进行北京隆化区间的振动加速度和动应力的连续测试。数据采集设备为东华
DH5935 振动测试系统和 DH5937 应变测试系统，其具有 14bitA/D 分辨率，8 通道同时工
作最高采样率 20kHz.试验速度保持正常的货运速度，采样频率为 500Hz.
　　参考静强度计算的结果，在应力梯度较大的抱轴座、吊挂座的端脚等部位布置了 8 个
动应力测点，按测点主应力方向粘贴应变片及温度补偿片，组成电桥，经三芯屏蔽线接
入动态应变采集设备。
　　实验测试在北京隆化路段间连续进行，共行驶里程 185km.为小吊挂处某测点测试得
到的垂向应变时间历程曲线，用专业数据处理软件对测试的原始数据进行应变应力转换、
去毛刺、高频滤波、雨流计数等数据处理后，最后得到用于疲劳寿命评估的循环应力范围
直方图。为该点垂向应力变化范围的雨流计数直方图，为应力雨流计数的结果。需要注意
的是试验测试得到的应力不是平均应力，而是应力变化范围即应力幅。
　　BS 标准疲劳寿命预测的原理和方法 ZD109C 牵引电机机座是钢板焊接结构。理论和
经验表明，焊缝处的疲劳强度通常低于母材的疲劳强度，当结构承受较低的水平动应力
时，它们将首先产生疲劳破坏。因此，焊缝处一般是结构中最薄弱的部位，焊缝处的疲劳
寿命可以反映结构整体的疲劳寿命，评估结构疲劳寿命时只需对这些部位加以评估即可。
由于焊缝附近在机械、冶金学、力学等方面的复杂性，使得焊接接头的疲劳寿命评估非常
困难，国内目前还缺少系统的试验和参数，而英国 BS 标准中提供了许多钢结构常用焊接
接头的疲劳参数，具有非常高的工程使用价值，可从中选取相应的接头形式评估牵引电
机焊接接头的疲劳寿命。
　　BS（7608：1993）标准是英国钢结构协会（BSI）制定的钢结构疲劳设计与评估实用
标准，屈服强度 700MPa 以下的结构钢均可应用。该标准从大量焊接结构中提炼出的焊接
接头细节 SN 曲线（其级别分别为 A、B、C、D、E、F、F2、G、S、T、W、X），不仅考虑了局部
应力集中、尺寸与形状的最大允许不连续值，而且还考虑了应力方向、冶金影响、残余应力、
疲劳裂纹形状以及某些情况下的焊接工艺和焊后处理方法，实用性极强。
　　近代研究表明，由于结构焊缝及附近存有达到或接近屈服点的残余应力，无论外加
动应力的循环特性如何，焊缝附近的实际循环应力都是从母材的屈服应力上下摆动。因此，
焊接接头的疲劳性能参数用应力变化范围描述比用最大应力更为科学，BS 标准评定焊接
接头疲劳特性时即采用应力范围来描述 SN 曲线。它同时考虑了低于疲劳极限的小载荷应
力范围对累积损伤的贡献，在双对数坐标中其 SN 曲线是无截止线的双斜率曲线，拐点
对应的循环次数 N0=107，应力范围为 S0。BS 标准中典型的 SN 曲线。
　　BS 标准的寿命预测算法基于名义应力法和 PalmgrenMineer 损伤累积理论。应力范围
为

Si

的

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循

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疲

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损

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