田光榮， 丁 勇， 曲金娟

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所， 北京 100081)

專(zhuān)題研究

重載鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)及考核方法研究*

田光榮， 丁 勇， 曲金娟

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所， 北京 100081)

隨著大軸重鐵路貨車(chē)的發(fā)展，機(jī)車(chē)車(chē)輛之間縱向的動(dòng)力作用更為復(fù)雜，這就對(duì)車(chē)輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考核提出了新的要求。因此對(duì)重載鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)及考核方法進(jìn)行了深入研究。分析結(jié)論認(rèn)為：在延續(xù)既有強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出兩個(gè)方面的更改建議：(1)提高沖擊試驗(yàn)最高試驗(yàn)速度至10 km/h；(2)按最高沖擊速度及規(guī)定沖擊載荷分別進(jìn)行沖擊強(qiáng)度校核，許用應(yīng)力分別取第2工況許用應(yīng)力及屈服極限。

重載貨車(chē)； 沖擊試驗(yàn)； 方法； 考核

近年來(lái)，大軸重鐵路貨車(chē)在我國(guó)得到快速發(fā)展(根據(jù)目前的實(shí)際情況，本文所謂重載鐵路貨車(chē)的軸重范圍被定義為25 t～30 t這個(gè)區(qū)間)。與普通貨車(chē)相比，由于貨車(chē)軸重提高，單車(chē)質(zhì)量增加，在相同調(diào)車(chē)速度下，車(chē)輛連掛時(shí)產(chǎn)生的縱向沖擊力和沖擊加速度也更大；一方面，現(xiàn)場(chǎng)若為了提高車(chē)輛編組作業(yè)效率，提高調(diào)車(chē)速度，同樣也會(huì)帶來(lái)縱向沖擊載荷的進(jìn)一步增大；另一方面，重載列車(chē)一般編組數(shù)量多，目前重載試驗(yàn)列車(chē)的牽引質(zhì)量最大已達(dá)到3萬(wàn) t，隨著列車(chē)牽引質(zhì)量的增高，在同樣的運(yùn)行條件下，車(chē)輛間所產(chǎn)生的質(zhì)量沖擊力也會(huì)相應(yīng)提高。上述幾項(xiàng)因素的作用均使得附加的縱向沖擊載荷對(duì)貨車(chē)沖擊性能提出了更高的要求，因此，針對(duì)目前我國(guó)重載鐵路貨車(chē)的發(fā)展和運(yùn)用，認(rèn)為有必要對(duì)其沖擊試驗(yàn)及考核方法等進(jìn)行總結(jié)和研究。

1 現(xiàn)有鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)的分析

1.1 我國(guó)鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

TB 1335-1978《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的制定結(jié)束了我國(guó)沒(méi)有貨車(chē)沖擊強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的歷史，并組織進(jìn)行了敞車(chē)沖擊試驗(yàn)以及過(guò)駝峰試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該規(guī)范，研究了沖擊速度和沖擊力的關(guān)系，為確定當(dāng)時(shí)敞車(chē)調(diào)車(chē)作業(yè)時(shí)的允許沖擊速度提供了依據(jù)。20世紀(jì)80年代中期相關(guān)單位建成了沖擊試驗(yàn)線(xiàn)，進(jìn)行了C61型運(yùn)煤敞車(chē)等鐵路貨車(chē)的沖擊試驗(yàn)。后續(xù)在1993年，起草了TB 2369-1993《鐵道車(chē)輛沖擊試驗(yàn)方法與技術(shù)條件》[1]。1996年對(duì)TB 1335-1978修訂為T(mén)B/T 1335-1996《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》[2]，該標(biāo)準(zhǔn)提高了對(duì)鐵路貨車(chē)及其零部件的強(qiáng)度要求，并對(duì)沖擊試驗(yàn)方法及考核標(biāo)準(zhǔn)作了詳盡的規(guī)定，之后在2010年，我國(guó)又組織修訂實(shí)施了TB 2369-2010《鐵道車(chē)輛沖擊試驗(yàn)方法》[3]。

1.2 國(guó)內(nèi)外鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)方法對(duì)比

我國(guó)目前實(shí)施的鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)主要依據(jù)是TB/T 1335-1996，并參考TB 2369-1993及后修訂的TB 2369-2010。

國(guó)外的相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有：北美鐵路協(xié)會(huì)AAR C分冊(cè)(Ⅱ)《貨車(chē)設(shè)計(jì)制造規(guī)范》M-1001、國(guó)際鐵路聯(lián)盟規(guī)程UIC577、前蘇聯(lián)(俄羅斯)的《交通部1520mm軌距鐵路(非自行)鐵路貨車(chē)計(jì)算和設(shè)計(jì)規(guī)范》、歐洲EN 12663-2010《鐵路車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)要求》以及TSI(互操作性技術(shù)規(guī)范)指令2001/16/EC等。由于各國(guó)鐵路貨車(chē)運(yùn)用情況不同，鐵路貨車(chē)連掛速度要求各異，對(duì)于沖擊載荷的要求也有較大差異。

將國(guó)內(nèi)外鐵路車(chē)輛沖擊方法對(duì)比，總結(jié)如下[4]：

(1) 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中制定的最大沖擊速度比北美及歐洲都??；

(2) 除北美標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定被試車(chē)為沖擊車(chē)外，我國(guó)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定被試車(chē)為被沖擊車(chē)；

(3) 我國(guó)沖擊試驗(yàn)方法中規(guī)定了正式試驗(yàn)前的預(yù)備試驗(yàn)，一般以低速度沖擊2～3次，目的是檢查設(shè)備，起到調(diào)試作用，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)中的沖擊預(yù)備試驗(yàn)，目的是為確定正式試驗(yàn)最高沖擊速度，一般進(jìn)行多次；

(4) 在結(jié)果評(píng)定上，都規(guī)定了車(chē)體不能產(chǎn)生永久變形，但北美規(guī)定以強(qiáng)度極限為許用應(yīng)力考核，歐洲規(guī)定以累計(jì)殘余應(yīng)變不超過(guò)2‰，而我國(guó)則以第2工況許用應(yīng)力進(jìn)行考核；

(5)歐洲標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了對(duì)空車(chē)的沖擊，目的是重點(diǎn)考驗(yàn)車(chē)體與轉(zhuǎn)向架的連接及上部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，我國(guó)在這方面沒(méi)有規(guī)定。

① TB/T 1335-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

被試車(chē)為被沖擊車(chē)，阻擋車(chē)與被試車(chē)各約1 m；沖擊速度由3 km/h開(kāi)始，每次遞增1 km/h～2 km/h，直至車(chē)鉤力達(dá)到第2工況壓縮力載荷或沖擊速度達(dá)到8 km/h。測(cè)試沖擊應(yīng)力與垂向靜載荷的應(yīng)力合成應(yīng)力：σ≤[σ]=0.85σs，車(chē)體不得產(chǎn)生永久變形，不得有任何零部件損傷。適用軸重：不大于25 t。

② AAR M-1001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

被試車(chē)為沖擊車(chē)，向停留3輛重車(chē)沖擊；沖擊速度從9.66 km/h或更低速度開(kāi)始，速度增量為3.22 km/h，直至車(chē)輛的車(chē)鉤力達(dá)到5 562 kN或沖擊速度達(dá)到22.52 km/h，以先達(dá)到者為準(zhǔn)。測(cè)試沖擊應(yīng)力與車(chē)體的靜應(yīng)力合成應(yīng)不大于材料的強(qiáng)度極限，不允許出現(xiàn)永久損壞。當(dāng)速度為9.66 km/h或以下時(shí)，任何一次的沖擊，車(chē)鉤力均不應(yīng)超過(guò)5 562 kN。對(duì)于兩車(chē)節(jié)或更多車(chē)節(jié)的車(chē)組，試驗(yàn)車(chē)組的前方車(chē)節(jié)，對(duì)于兩車(chē)節(jié)車(chē)組應(yīng)是空車(chē)，對(duì)于三車(chē)節(jié)或以上的車(chē)組前方兩車(chē)節(jié)應(yīng)都是空車(chē)。多輛對(duì)多輛的動(dòng)擠壓試驗(yàn)為非強(qiáng)制試驗(yàn)。適用軸重：不大于32.5 t。

③ UIC 577標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

被試車(chē)為被沖擊車(chē)?？哲?chē)和重車(chē)都進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。預(yù)備試驗(yàn)：速度逐漸增加至15 km/h的10次沖擊，但單個(gè)緩沖器壓力增至1 500 kN時(shí)，速度不再增加，最終確定正式試驗(yàn)的最大沖擊速度；正式試驗(yàn)：預(yù)備試驗(yàn)所確定的速度極限下進(jìn)行40次沖擊，測(cè)試危險(xiǎn)部位的應(yīng)力，由預(yù)測(cè)試引起的累積殘余變形以及40次沖擊測(cè)試永久變形量必須保持在低于2‰，任何結(jié)構(gòu)不得產(chǎn)生永久變形，不得有結(jié)構(gòu)損壞。適用軸重：不大于22.5 t。

④ EN 12663標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

被試車(chē)為被沖擊車(chē)。空車(chē)和重車(chē)都進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。預(yù)備試驗(yàn)：沖擊速度從低速逐漸增加(其中9 km/h速度進(jìn)行3次預(yù)沖擊試驗(yàn))，直至最大沖擊力達(dá)到1 500 kN或沖擊速度達(dá)到12 km/h為止，以先達(dá)到者為準(zhǔn)正式試驗(yàn)：根據(jù)預(yù)試驗(yàn)確定的沖擊速度(12 km/h或沖擊力達(dá)到1 500 kN時(shí)對(duì)應(yīng)的速度)，進(jìn)行40次沖擊試驗(yàn)。測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)力，累計(jì)殘余應(yīng)變最大不超過(guò)2‰(εmax≤2 000με)，并保持前30次穩(wěn)定，不應(yīng)該產(chǎn)生永久明顯變形。適用軸重：不大于22.5 t。

⑤ TSI指令標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

被試車(chē)為被沖擊車(chē)?？哲?chē)：沖擊速度為12 km/h，不得產(chǎn)生任何塑性變形。重車(chē)：沖擊速度最大為12 km/h，從2 km/h開(kāi)始，每速度級(jí)至少?zèng)_擊5次，在沖擊壓縮載荷達(dá)3 000 kN時(shí)進(jìn)行另外3次沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)中，允許沖擊壓縮載荷超過(guò)限值10%，如果達(dá)到3 000(1+10%) kN，沖擊速度應(yīng)小于12 km/h；為了模擬長(zhǎng)期性能，應(yīng)在沖擊速度12 km/h或沖擊載荷3 000 kN情況下，試驗(yàn)40次，不得產(chǎn)生任何塑性變形。適用軸重：不大于22.5 t。

2 重載鐵路貨車(chē)現(xiàn)有沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)重載鐵路貨車(chē)的沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，是確定沖擊試驗(yàn)及考核方法的基礎(chǔ)。鑒于此，下述將側(cè)重分析沖擊速度、軸重、緩沖器對(duì)貨車(chē)沖擊性能的影響，對(duì)23，25，27 t及30 t軸重鐵路貨車(chē)的沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析研究[5-6][13]。

2.1 沖擊速度對(duì)貨車(chē)沖擊性能的影響

對(duì)不同軸重鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，分別給出不同沖擊速度下沖擊力、車(chē)體縱向加速度和緩沖器縱向位移的對(duì)比結(jié)果，如圖1～圖3所示。

圖1 不同沖擊速度下縱向沖擊力散點(diǎn)圖

圖2 不同沖擊速度下車(chē)體縱向加速度散點(diǎn)圖

圖3 不同沖擊速度下緩沖器縱向位移散點(diǎn)圖

對(duì)于均安裝HM-1緩沖器的27 t軸重車(chē)輛而言，從緩沖器位移及沖擊時(shí)車(chē)體加速度分析，兩輛車(chē)所產(chǎn)生的不同縱向沖擊力可能與緩沖器的性能差異有關(guān)，第1輛車(chē)沖擊力較大與其裝用緩沖器的剛度較大可能有關(guān)。對(duì)于裝用不同緩沖器的兩輛30 t軸重被試車(chē)，其結(jié)構(gòu)形式基本相同，沖擊速度低于9 km/h時(shí)，裝用HM-1緩沖器的車(chē)輛縱向沖擊力大，當(dāng)沖擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)，裝用MT-2緩沖器的車(chē)輛縱向沖擊力要大些。

表2給出了不同軸重車(chē)型裝載到相同總質(zhì)最大沖擊力對(duì)比。3輛不同類(lèi)型的敞車(chē)均裝載至25 t軸重，在沖擊速度達(dá)到8 km/h，裝用HM-1緩沖器的C96車(chē)車(chē)鉤力最大，達(dá)到2 101 kN。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和擬合關(guān)系式，沖擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)，3輛車(chē)最大車(chē)鉤力可能會(huì)達(dá)到2 725 kN左右。沖擊速度8 km/h時(shí)，車(chē)體縱向加速度分別為2.35g、2.96g、2.60g；緩沖器位移分別為59.8,68.9,38.1 mm。第1車(chē)和第3車(chē)在沖擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)車(chē)體縱向加速度分別為5.27g和2.90g，緩沖器位移分別為76.2 mm和75.5 mm。

表2 不同軸重車(chē)型裝載到相同總重最大沖擊力對(duì)比及推斷(粗斜體為推斷值)

*為推斷值

2.2 裝載質(zhì)量對(duì)貨車(chē)沖擊性能的影響

對(duì)同樣30 t軸重、裝用HM-1緩沖器的重載貨車(chē)，裝載至25 t軸重、30 t軸重時(shí)的沖擊試驗(yàn)情況進(jìn)行對(duì)比分析?？芍跊_擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)，裝載至30t軸重車(chē)輛的沖擊力為裝載至25 t軸重車(chē)輛的沖擊力的1.35倍左右，已超出該車(chē)所裝緩沖器HM-1最大阻抗力2 450 kN，緩沖器處于壓死狀態(tài)[12-13]。

圖4為沖擊試驗(yàn)時(shí)，30 t軸重的車(chē)裝載到不同軸重條件下車(chē)體縱向加速度隨沖擊速度的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系。當(dāng)沖擊速度低于9 km/h時(shí)，裝載到30 t軸重車(chē)輛的車(chē)體縱向加速度小于裝載到25 t軸重車(chē)輛的車(chē)體縱向加速度，但是在沖擊速度為10 km/h時(shí)，裝載到30t軸重的車(chē)縱向加速度(4.35g)要大于裝載到25 t軸重的車(chē)(2.90g)，也即這時(shí)車(chē)輛總重才對(duì)沖擊加速度產(chǎn)生較大影響。這個(gè)結(jié)果也正好對(duì)應(yīng)了前述同樣情況下沖擊力的試驗(yàn)結(jié)果，即裝載30t時(shí)如果速度達(dá)到10 km/h，則緩沖器壓死狀態(tài)，此時(shí)車(chē)體在縱向近似于剛性的沖擊，導(dǎo)致縱向加速度變大。

圖5為沖擊試驗(yàn)時(shí)，30 t軸重車(chē)裝載到不同軸重下緩沖器位移對(duì)應(yīng)沖擊速度對(duì)比圖。在各沖擊速度下，裝載到30 t軸重車(chē)輛的緩沖器位移均大于裝載到25 t軸重車(chē)輛的緩沖器位移，表明車(chē)輛軸重的增加，要求在同樣的速度沖擊下，緩沖器增大位移量吸收更大的沖擊能量。

圖4 30 t軸重車(chē)裝載到不同軸重下車(chē)體縱向加速度對(duì)比圖

圖5 30 t軸重車(chē)裝載到不同軸重下緩沖器位移對(duì)比圖

2.3 緩沖器類(lèi)型及參數(shù)對(duì)貨車(chē)沖擊性能的影響

隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提高，軸重和列車(chē)總重的增加，車(chē)輛間縱向沖動(dòng)必然呈非線(xiàn)性增長(zhǎng)，對(duì)緩沖器的性能及技術(shù)儲(chǔ)備也提出了更高要求。緩沖器的基本參數(shù)主要有額定沖擊速度、阻抗力、額定行程、容量和吸收率等，目前我國(guó)重載貨車(chē)主要使用的是MT-2及HM-1型這兩類(lèi)緩沖器，主要性能參數(shù)如表3所示[14]。

表3 我國(guó)重載鐵路貨車(chē)緩沖器性能參數(shù)對(duì)比

相關(guān)研究認(rèn)為[15]，車(chē)輛運(yùn)行中因車(chē)輛速度差引起的縱向沖動(dòng)能量小于沖擊速度10 km/h時(shí)緩沖器的容量，因此用調(diào)車(chē)工況確定緩沖器容量即可滿(mǎn)足列車(chē)運(yùn)行工況要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)外計(jì)算經(jīng)驗(yàn)[15]，考慮車(chē)體、軌道、貨物等吸收能量后的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)δ修正后，緩沖器吸收能量的經(jīng)驗(yàn)公式為：

(1)

式中M1、M2為相鄰車(chē)輛的質(zhì)量，t；v為車(chē)輛的調(diào)車(chē)速度，m/s；δ為修正系數(shù)，散裝貨物車(chē)輛一般取0.68；E為緩沖器吸收的能量，kJ。

以式(1)計(jì)算10 km/h沖擊速度下25，27，30 t軸重貨車(chē)所需緩沖器容量。

表4 10 km/h沖擊速度下需要的緩沖器容量

以上計(jì)算表明，設(shè)計(jì)容量為80 kJ的HM-1緩沖器可以適用于30 t及以下軸重敞車(chē)，對(duì)于25 t和27 t軸重貨車(chē)，在10 km/h沖擊速度條件下緩沖器容量介于50～80 kJ，已超出MT-2的容量，也即是如裝用MT-2緩沖器，其沖擊速度勢(shì)必將低于10 km/h。但對(duì)于裝運(yùn)液體的車(chē)輛，研究認(rèn)為δ宜取值0.8，即需更大容量的緩沖器。

下面我們對(duì)30 t軸重C96型運(yùn)煤專(zhuān)用敞車(chē)分別裝用MT-2和HM-1型緩沖器的沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以沖擊試驗(yàn)時(shí)沖擊力、緩沖器位移、車(chē)體縱向加速度的對(duì)比關(guān)系圖進(jìn)行分析。

由圖6可見(jiàn)，在3～8 km/h沖擊速度范圍內(nèi)，裝配HM-1型緩沖器貨車(chē)的車(chē)鉤力(及沖擊力)均大于裝配MT-2型緩沖器貨車(chē)的車(chē)鉤力。

由圖7可見(jiàn)，在3～8 km/h沖擊速度范圍內(nèi)，裝配MT-2型緩沖器貨車(chē)的緩沖器縱向位移均大于裝配HM-1型貨車(chē)的緩沖器縱向位移，而且在3～6 km/h沖擊速度范圍內(nèi)，二者之間的差值近似于線(xiàn)性增大。

由圖8可見(jiàn)，除沖擊速度8 km/h外，在3 km/h至7 km/h沖擊速度范圍內(nèi)，車(chē)輛裝配HM-1型緩沖器的車(chē)體縱向加速度均大于裝配MT-2型緩沖器的車(chē)體縱向加速度。

圖6 30 t軸重車(chē)裝用不同緩沖器沖擊力對(duì)比圖

圖7 30 t軸重車(chē)裝用不同緩沖器位移對(duì)比圖

圖8 30 t軸重車(chē)裝用不同緩沖器車(chē)體加速度對(duì)比圖

2.4 小 結(jié)

對(duì)于部分重載鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析研究，可總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

(1) 27 t軸重通用貨車(chē)，沖擊速度達(dá)到8 km/h時(shí)的最大車(chē)鉤力為2 079 kN；沖擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)，最大車(chē)鉤力可能會(huì)達(dá)到3 100 kN左右；30 t軸重專(zhuān)用貨車(chē)，在沖擊速度達(dá)到8 km/h時(shí)的最大車(chē)鉤力為2 479 kN；沖擊速度達(dá)到10 km/h的最大車(chē)鉤力為3 286 kN。

(2) 軸重的增加對(duì)車(chē)輛調(diào)車(chē)沖擊力產(chǎn)生影響，沖擊速度在9 km/h以下時(shí)，車(chē)輛質(zhì)量對(duì)沖擊力的影響不明顯，在沖擊速度9 km/h及以上時(shí)，車(chē)輛質(zhì)量對(duì)沖擊力的影響產(chǎn)生突躍性變化，在沖擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)，30 t軸重車(chē)輛的沖擊力可能達(dá)到3 200 kN以上，此時(shí)緩沖器處于壓死狀態(tài)，同樣會(huì)導(dǎo)致車(chē)體縱向加速度的變大。

(3) 在8 km/h沖擊速度范圍內(nèi)，30 t軸重專(zhuān)用車(chē)裝用HM-1型緩沖器的車(chē)鉤力及車(chē)體沖擊加速度大于裝用MT-2型緩沖器的車(chē)鉤力，緩沖器位移則相反，體現(xiàn)兩種不同緩沖器的不同特性。

3 重載鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)方法及評(píng)定

針對(duì)重載鐵路貨車(chē)這個(gè)研究主體，以我國(guó)既有強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為主線(xiàn)，借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合前述既有車(chē)輛沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提出針對(duì)重載鐵路貨車(chē)較為合理的沖擊試驗(yàn)及考核方法。

3.1 沖擊速度

我國(guó)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中規(guī)定[17]，調(diào)車(chē)作業(yè)車(chē)輛連掛速度不準(zhǔn)超過(guò)5 km/h，因此，目前我國(guó)沖擊試驗(yàn)的最高沖擊速度定為8 km/h。為了提高調(diào)車(chē)場(chǎng)的作業(yè)效率，將來(lái)有必要將貨車(chē)允許的安全連掛速度提高到7 km/h，甚至提高到10 km/h。我國(guó)鐵路貨車(chē)在編組時(shí)主要是通過(guò)機(jī)械化駝峰溜放作業(yè)完成，通過(guò)對(duì)昆明東和豐臺(tái)西駝峰調(diào)車(chē)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，結(jié)果如下：車(chē)輛溜放編組時(shí)，連掛速度>5 km/h的占40%，最高實(shí)測(cè)連掛速度8.1 km/h，多車(chē)一組溜放的情況較單車(chē)溜放的情況更為普遍。北美和俄羅斯的調(diào)車(chē)連掛速度為8～9 km/h，沖擊試驗(yàn)速度為22.52 km/h、12 km/h。而且通過(guò)對(duì)車(chē)輛沖擊試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析中可以看到，沖擊速度在9 km/h時(shí)，車(chē)鉤力可能會(huì)產(chǎn)生突躍性變化，到10 km/h時(shí)車(chē)鉤力可能會(huì)被壓死。

因此，我們建議提高重載貨車(chē)沖擊試驗(yàn)考核最大沖擊速度至10 km/h。

3.2 沖擊載荷

貨車(chē)在調(diào)車(chē)作業(yè)及列車(chē)中的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，都有可能受到很大的沖擊力，此沖擊力下的強(qiáng)度考核，需要在沖擊試驗(yàn)中進(jìn)行，沖擊載荷應(yīng)以車(chē)輛可能受到的最大沖擊力進(jìn)行考核，以車(chē)輛不發(fā)生損壞作為評(píng)判，因此對(duì)于重載鐵路貨車(chē)沖擊載荷以縱向壓縮力3 100 kN進(jìn)行考慮。

3.3 單車(chē)沖擊和成組沖擊

貨車(chē)進(jìn)行編組作業(yè)時(shí)，車(chē)輛間的相互沖擊可以概括為四種情況：即一輛沖一輛，一輛沖一組，一組沖一輛，一組沖一組。在裝設(shè)同樣緩沖器的情況下，成組車(chē)沖擊時(shí)，由于一組車(chē)中車(chē)輛之間并非剛性連接，是通過(guò)緩沖器彼此彈性連接，各車(chē)鉤間還具有間隙，所以車(chē)組沖擊時(shí)的車(chē)鉤力比一輛沖擊一輛的車(chē)鉤力略有增加，試驗(yàn)表明一般增加10%～15%。1985年曾在中國(guó)鐵道科學(xué)研究院環(huán)行試驗(yàn)基地新建成的沖擊試驗(yàn)線(xiàn)上進(jìn)行了C61敞車(chē)的一系列沖擊試驗(yàn)，由試驗(yàn)報(bào)告[5-13]可知，當(dāng)時(shí)除了進(jìn)行了1對(duì)1的車(chē)輛沖擊試驗(yàn)以外，還進(jìn)行了1對(duì)3、1對(duì)5、2對(duì)1、2對(duì)3、3對(duì)1和3對(duì)3共7個(gè)方案的沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論表明，當(dāng)多輛車(chē)沖擊一輛車(chē)及一輛車(chē)或多輛車(chē)對(duì)多輛車(chē)沖擊時(shí)，被沖擊車(chē)的車(chē)鉤力與單輛車(chē)沖擊差不多。

因此在對(duì)重載鐵路貨車(chē)的沖擊試驗(yàn)中，我們?nèi)匀谎永m(xù)原有的單輛車(chē)沖擊方法。

3.4 沖擊強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法

在早期的TB/7 1335-1978中，沖擊強(qiáng)度的評(píng)價(jià)規(guī)定是以沖擊速度逐漸提高直至車(chē)鉤力達(dá)到第2工況200 t力，以200 t力下的沖擊試驗(yàn)應(yīng)力與垂向靜載荷下的應(yīng)力合成不大于第2工況許用應(yīng)力進(jìn)行考核。在TB/T 1335-1996中，沖擊強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法修訂為：沖擊速度逐漸提高直至車(chē)鉤力達(dá)到第2工況力值或沖擊速度達(dá)到8 km/h為止，以先到者為準(zhǔn)，若先達(dá)到規(guī)定沖擊速度值時(shí)，按相應(yīng)速度下的車(chē)鉤力評(píng)價(jià)車(chē)輛的沖擊強(qiáng)度。在新修訂的TB/T 2369-2010《鐵道車(chē)輛沖擊試驗(yàn)方法》中，規(guī)定沖擊速度逐漸提高直至車(chē)鉤力接近或超過(guò)規(guī)定的沖擊載荷值時(shí)或沖擊速度達(dá)到12 km/h時(shí)為止，以先到者為準(zhǔn)。如果沖擊載荷達(dá)到規(guī)定值，則直接按照此時(shí)的動(dòng)應(yīng)力值合成；如果速度達(dá)到規(guī)定值而沖擊載荷未達(dá)到，則合成應(yīng)力是先將最后一個(gè)速度級(jí)的車(chē)體各主要部件的動(dòng)應(yīng)力按該級(jí)車(chē)鉤力與動(dòng)應(yīng)力的比例換算為車(chē)鉤力等于規(guī)定的沖擊載荷值時(shí)的相應(yīng)動(dòng)應(yīng)力值，然后與垂向靜載重下的靜應(yīng)力合成，考核目標(biāo)是合成應(yīng)力不大于第2工況許用應(yīng)力。在目前貨車(chē)緩沖器容量增大以后，按TB/T 1335-1996的沖擊試驗(yàn)方法，當(dāng)沖擊速度達(dá)到8 km/h時(shí)，如果緩沖器處于正常狀態(tài)，車(chē)鉤力往往不會(huì)達(dá)到規(guī)定的第2工況載荷值，但通過(guò)相關(guān)研究我們發(fā)現(xiàn)，雖然概率很低，車(chē)輛在調(diào)車(chē)沖擊及運(yùn)用中也會(huì)存在緩沖器被壓死的情況，此時(shí)車(chē)鉤力接近或達(dá)到第二工況載荷值。因此我們認(rèn)為，僅以沖擊速度達(dá)到8 km/h對(duì)車(chē)輛進(jìn)行沖擊強(qiáng)度考核，不足以涵蓋車(chē)輛可能的惡劣沖擊狀況。車(chē)輛在受惡劣沖擊載荷作用下，應(yīng)以不破壞作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，例如北美AAR以強(qiáng)度極限進(jìn)行考核。

綜合以上分析，我們提出以下沖擊試驗(yàn)及考核方法：即規(guī)定沖擊速度逐漸提高直至車(chē)鉤力接近或超過(guò)規(guī)定的沖擊載荷值時(shí)或沖擊速度達(dá)到10 km/h時(shí)為止，以先到者為準(zhǔn)。以該沖擊試驗(yàn)時(shí)動(dòng)應(yīng)力與垂向靜載荷下的合成應(yīng)力不大于第2工況許用應(yīng)力，或者以最后一速度級(jí)的車(chē)體各主要部件的動(dòng)應(yīng)力按該級(jí)車(chē)鉤力與動(dòng)應(yīng)力的比例關(guān)系擬合車(chē)鉤力等于規(guī)定的沖擊載荷值時(shí)的相應(yīng)動(dòng)應(yīng)力值，與垂向靜載荷下的合成應(yīng)力不大于屈服極限進(jìn)行考核。

4 結(jié) 論

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論分析，提出的重載鐵路貨車(chē)沖擊試驗(yàn)及考核方法基本延續(xù)了過(guò)去我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方式方法，但在以下2個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)整，以適應(yīng)我國(guó)重載鐵路貨車(chē)的實(shí)際運(yùn)用情況和今后的發(fā)展：

(1) 提高沖擊試驗(yàn)最高試驗(yàn)速度為10 km/h；

(2) 按照最高沖擊速度及規(guī)定沖擊載荷下(對(duì)應(yīng)該車(chē)設(shè)計(jì)規(guī)定的縱向力值)的試驗(yàn)應(yīng)力或擬合應(yīng)力，與垂向靜載重下的靜應(yīng)力進(jìn)行合成進(jìn)行沖擊強(qiáng)度考核，許用應(yīng)力分別取第2工況屈服極限及許用應(yīng)力。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 2369-1993《鐵道車(chē)輛沖擊試驗(yàn)方法》[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,1993.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 1335-96《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,1996.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 2369-2010《鐵道車(chē)輛沖擊試驗(yàn)方法》[S].北京:中國(guó)鐵道出版社, 2010.

[4] 田寶栓. 國(guó)內(nèi)外鐵路貨車(chē)車(chē)體強(qiáng)度設(shè)計(jì)與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的分析與研討[J]. 鐵道車(chē)輛, 2009,47(5):2-32.

[5] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.70 t級(jí)新型通用敞車(chē)車(chē)體沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C70)[R].青島, 2009.

[6] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.25 t軸重鋁合金運(yùn)煤敞車(chē)沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C80)[R].青島, 2009.

[7] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.齊軌道公司80 t級(jí)通用敞車(chē)沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C80E, 2011年)[R].青島, 2009.

[8] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.長(zhǎng)江公司27 t軸重通用敞車(chē)沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C80EH, 2011年)[R].青島, 2009.

[9] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.長(zhǎng)江公司80 t級(jí)通用敞車(chē)沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C80EH, 2009年)[R].青島, 2009.

[10] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.30 t軸重專(zhuān)用敞車(chē)(不銹鋼車(chē)體)沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C96, 2009年)[R].青島, 2009.

[11] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.30 t軸重C96型運(yùn)煤專(zhuān)用敞車(chē)沖擊檢驗(yàn)報(bào)告(裝用MT-2)[R].青島, 2009.

[12] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.30 t軸重C96型運(yùn)煤專(zhuān)用敞車(chē)沖擊檢驗(yàn)報(bào)告(裝用HM-1)[R].青島, 2009.

[13] 青島四方車(chē)輛研究所有限公司.30 t軸重專(zhuān)用敞車(chē)(不銹鋼車(chē)體)沖擊試驗(yàn)報(bào)告(C96, 2009年, 裝用HM-1)[R].青島, 2009.

[14] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T1961-2006 機(jī)車(chē)車(chē)輛緩沖器[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2006.

[15] 陳雷,姜巖,孫蕾.關(guān)于重載鐵路貨車(chē)緩沖器技術(shù)的研究[J].鐵道車(chē)輛,2007,45(8):9-10.

[16] 米琳.鐵道車(chē)輛沖擊試驗(yàn)的數(shù)值仿真研究[D].北京:北京交通大學(xué),2014.

[17] 中國(guó)鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2014.

[18] Association of American Railroads. M-1001 AAR Manual of Standards and Recommended Practices Design, Fabrication, and Construction of Freight Cars [S].USA：Association of American Railroads，2011.

[19] International Union of Railways.UIC 577-2012, Wagon stress[S]. 2012.

[20] 俄羅斯聯(lián)邦交通部.俄羅斯交通部1520mm軌距鐵路(非自行)車(chē)輛計(jì)算和設(shè)計(jì)規(guī)范[S].莫斯科：國(guó)家車(chē)輛制造科學(xué)研究院，全俄鐵路運(yùn)輸科學(xué)研究院，2002.

[21] European Committee for Standardization. EN12663 Railway Applications-Structural Requirements of Railway Vehicle Bodies. Part1: Locomotives and Passenger Rolling Stock (and Alternative Method for Freight Wagons) [S]. Brussels：European Committee for Standardization，2010.

Research on Method of Impact Test and Evaluation for Heavy Haul Freight Vehicles

TIANGuangrong,DINGYong,QUJinjuan

(Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Science, Beijing 100081, China)

With the development of heavy haul freight vehicles, the longitudinal force between the locomotive and vehicle become very complex. Thus, we need to put forward a new requirement for the evaluation of structure strength. In view of this, the method of impact test and evaluation for heavy haul freight vehicles is analyzed in this paper. It is indicated from the research that two revision opinions are proposed based on existing standards. (1) we can increase the max impact speed of the test to 10 km/h; (2) the impact strength should be checked by the highest impact speed and the prescriptive impact load respectively, and the allowable stress be set up by the limit stress of the second cases and yield limit respectively.

heavy haul freight vehicles; impact test; method; evaluation

1008-7842 (2015) 06-0019-06

*鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2012G002-3)

)男，助理研究員(

2014-06-19)

U272

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.05