铁路货车车体静强度试验方法分析

铁路货车车体静强度试验方法分析

孟繁霖

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江省 齐齐哈尔市 161002

摘要：铁路货车需要采取科学的试验方法确定车辆结构强度或车体的各项指标，强度试验在实际铁路货车生产中至关重要，例如车体静强度试验就是极其重要的一种，试验后要对车体应力进行分析，在实际分析中其结果主要使用示值数据来表示，忽视了了加载系统、传感器和采集系统等带来的不确定性，检测结果接近符合性判定限值时，测量的不确定性会影响规范限量的符合性，因此要选择适合的方法进行试验，如测量结果不确定度分析方法和结果符合性判定方法，研究测量不确定度对试验结果可接受性的影响，进而完善铁路货车试验研究体系。

关键词：铁路货车；车体静强度；试验方法

  车体静强度试验对于铁路货车从生产到投入使用来说至关重要，铁路货车从设计之初，到上线运行，车体静强度试验时必做的型式试验，有助于实现车体结构设计优化，对仿真计算模型、方法及结果的合理性和准确性进行验证，有助于纠正错误，对于转场车辆的生产、出厂具有保障作用，合理准确的按照标准完成车体静强度试验，获得精确数据对于铁路货车的安全运行意义重大。我国国内铁路货车车体静强度试验主要根据 TB/T 3550.2—2019《机车车辆强度设计及试验鉴定规范 车体 第2部分：货车车体》对车体静强度试验内容、载荷值及方法进行分析，对试验产生的问题进行总结，找到解决问题的方法。

1.车体静强度试验概述

车体静强度试验是根据铁路车辆强度考核规范和标砖制定实施的，规定了车体静强度试验的内容，概括的介绍了部分科学的试验方法，试验中结合规范和流程进行操作，试验时会发现一些问题，如试验内容难以模拟铁路货车实际的运行状态，主要采取等效方法进行试验，要合理选择适合的试验方法，确定所需要的试验数据和信息。车体静强度试验要保证试验方法的准确性，保证严格落实考核指标，保证试验结果真实有效。要结合相关标准规范要求进行车体静强度试验，进而为铁路货车生产与投入使用提供基础研究数据。

2.车体静强度试验方法分析

目前实施的TB/T 3550. 2是未来国家铁路货车设计与强度考核的基本标准之一，文中主要依据TB/T 3550. 2规定，结合多年从事铁路车辆车体静强度试验的工作经验，对 TB/T 3550. 2试验内容进行梳理分析，包括试验载荷值的确定到具体试验方法的选择，介绍铁路货车车体静强度试验方法。

2.1 垂向载荷试验

垂向载荷试验主要是测量铁路货车运行过程中受到的基作用载荷，由铁路货车车辆自身结构和负载等组成。

（1）确定试验载荷值

车体垂向载荷包括车体垂向静载荷和车体垂向动载荷，垂向静载荷包括车辆的自重、载重和整备重量。车体自重是指空车时车体的自身重量，一般铁路货车载重都会清晰的标记在车体上，试验之前要考虑 极端天气如雨雪天气对于敞车和无盖漏斗车车体结构强度的影响，一般取标记载重的1. 15 倍确定载重值。车 体的整备重量是指为了保证车辆正常运行车辆配备的燃料、水、食品、工具等全部质量之和，车辆垂向动载荷由垂向静载荷乘以垂向动荷系数而定。

（2）试验方法

在车辆运行过程中施加加垂向载荷，可以使用重物（如砝码）加重，或者是使用千斤顶等机械设备加载，或者采用实物加载，详细记录垂向载荷试验时测量应力测点的应力值和挠度测点的位移值。垂向载荷实验中添加载荷的方式有很多种，但是加载要保证接近车体实际装载货物状态，保证获得与车辆运行中比较接近的试验数据。

2.2 纵向载荷试验

纵向载荷是指铁路货车在各种运行状态下，车辆间产生的拉伸和压缩载荷， 这种高载荷对于车辆运行中结构变化影响较为明显。

（1）确定试验载荷值

车辆纵向载荷与铁路货车的轴重、牵引质量和运行速度等因素相关，试验标准中纵向载荷值是结合车辆线路试验数据、分析不同因素的影响后确定的。

（2）试验方法

在铁路货车运行状态下施加纵向载荷，根据车辆受牵引和冲击时作用力的传递过程，纵向载荷通过钩缓装置作用于车体前后从板座上，其中纵向拉伸载荷作用于车体前从板座上，纵向压缩载荷作用于车体后从板座上，试验过程中控采用力传感器监控载荷施加的大小，记录纵向载荷试验测量应力值。

纵向载荷试验操作较为简单，但是也要注意亮点，试验之前要保证车辆的自由状态，不能纵向约束，还要保证加载设备与车体在一条直线，避免发生偏载，加载试验时分析传递纵向载荷梁件的横向对称点应力值的对称性。

2.3 扭转载荷试验

扭转载荷试验是指铁路货车经过曲线路线时，轨道超高，车辆前后转向架轮 轨接触点不在同一平面，车体在其斜对角的一对旁承处承受一组相互平衡的垂 向力系，导致车体实现扭转，扭转载荷试验十分必要。

（1）试验载荷值确定

TB/T 3550. 2 中明确规定铁路货车空车状态及顶车位或枕梁端部的4点支承状态时施加扭转载荷，扭转载荷大小取 40 k N·m。扭转载荷试验阶段，监控4 个支承点力的变化来确定扭转载荷是否合理。

（2）试验方法

在 4 个顶车位或枕梁端部顶起车体，上下心盘离开一定距离，车体处于4 点支承的水平状态，这种条件下施加扭转载荷。 在支承点放置力传感器，顶起其中某一点， 监控相邻两个支承点支承力变化绝对值，直至达到 40 k N·m 扭 转载荷下支承力值，测量并记录应力测点应力值。

2.4 顶车载荷试验

主要是指车辆架修时加于车体的载荷。铁路货车重载状态下架修时，需在枕梁端部或适宜顶车位顶起车辆，作用于车体的载荷除了车体自重，还包括其他一些载重，对于敞车或无盖漏斗车，要考虑雨雪因素，载重设计为标记载重的1. 15 倍。车辆实际运行支撑状态下，在枕梁端部或规定位置顶起载重车辆，车体与转 向架承载面脱离，顶车时测量应力值，检查顶车部位是否变形。发现车体结构不对称时， 充分考核其强度，考虑从车体的一位端或二位端进行顶车试验。

2.5 垂向弯曲刚度试验

垂向弯曲刚度试验主要考核铁路货车车体结构在垂向载荷下抗弯曲变形 的 能力，主要测试车体中梁及下侧梁的挠度，计算挠跨比，确定车体垂向弯曲刚度是否满足标准要求。

在车辆运用时的支撑状态下进行试验，在心盘处及中梁中央处放置位移传感器，垂向静载荷作用下测试中梁中央挠度，计算挠跨比；在枕梁端部及下侧梁中 央放置位移传感器，测试下侧梁中央挠度，计算挠跨比。试验中测取的挠度为最 大挠度，若车体结构不对或垂向加载不是纵向对称，挠度测点不能默认为中梁和 下侧梁中央，应 根据车体静强度计算挠曲线，确定最大挠度发生位置，试验必要时应对车体进行纵向约束。

结语：车体静强度试验的设计与开展有助于强化铁路货车装备制造企业的试验研究能力，通过试验台的设计与建设，便于在铁路货车生产及投入使用时提高铁路货车的制造水平。铁路货车车体静强度试验包括垂向载荷试验、纵向力试验、扭转载荷试验、顶车试验、罐体内压力试验等，不同试验的开展主要针对不同的性能，有助于提高铁路装备制造企业的综合效益。

参考文献：

[1]TB /T1335－1996.铁道车辆强度设计及试验鉴定规范[S].

[2]宋博,谢黎明,靳岚.铁路货车车体静强度试验台研制[J].机械研究与应用,2017(2):140-142.

[3]刘凤芹.铁路货车车体静强度试验测量不确定度分析方法研究[J].中国检验检测,2022,30(2):61-63.