一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法与流程

本发明涉及轴箱弹簧服役状态分析，特别涉及一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法。

背景技术：

1、随着高速列车的飞速发展和运行速度的提高，对机车车辆减震弹簧力学性能的要求越来越高。轴箱弹簧作为连接车轴与构架的缓冲装置，它通过不间断地对能量进行储存释放，达到了有效缓解因轮轨激励而产生的垂向和横向振动对车辆的损害，保证车辆的平稳运行的目的。因此，分析和评估轴箱弹簧的服役状态，对保证列车的安全运行具有重要意义。

2、轴箱弹簧的服役状态主要受轴箱弹簧的自身力学性能和轴箱弹簧在服役时的受力状态两方面的影响。

3、一方面，为使轴箱弹簧具有足够的强度、韧性、抗弹减性能等，保证铁路机车车辆的安全平稳运行，需对弹簧进行均温、淬火和回火的调质热处理。如工艺参数控制不当，则弹簧材质力学强度不足，极易出现弹簧产品不合格的情况，该弹簧在服役中就可能存在较早发生断裂失效的风险。近些年研究人员针对弹簧钢热处理工艺的研究，都是采用小试样，研究热处理工艺对弹簧钢材质力学性能的影响。而对于轴箱弹簧结构件，热处理工艺对其在服役条件下的服役性能的影响如何，却未见相关的专利及文章报道。

4、另一方面，由于轴向弹簧在服役时，直接承受来自轮轨的高频振动，受交变载荷作用而出现疲劳断裂便成为弹簧的主要失效形式。近些年研究人员分析列车运行时弹簧的受力情况，直接将弹簧在实验条件下的受力转换成材质的疲劳载荷值，而未考虑弹簧的应力集中系数、表面加工系数、表面强化系数等因素的影响及载荷型式的不同，因此对弹簧疲劳寿命的评估结果并不准确。

5、另外，近些年研究人员还会采用有限元仿真分析来评估轴箱弹簧服役疲劳寿命，但仿真分析方法较复杂，门槛较高，且计算耗时较长，不能根据弹簧钢的疲劳性能对其服役状态做出快速便捷的计算评估。

6、有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，以期解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，用于简便可靠的计算不同强度弹簧钢制造的轴箱弹簧的服役安全性。

2、为达到上述发明目的，本发明提出一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其中，所述计算方法包括：

3、获取轴箱弹簧材料的疲劳强度；

4、基于综合修正系数将材料疲劳强度转换为轴箱弹簧结构件的疲劳强度；

5、获取轴箱弹簧在服役时的当量对称循环应力；

6、根据轴箱弹簧结构件的当量对称循环应力和古德曼载荷形式转换公式计算轴箱弹簧的临界动荷系数和临界最大载荷。

7、与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

8、一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，运用了材料疲劳强度的原理，简便易行，能够在短时间内得出准确的评估结果，具有极高的可靠性，能够确保对不同强度弹簧钢制造的轴箱弹簧的服役安全性进行全面而精确的分析。此外，本计算方法的经济性也极为突出，能够在降低评估成本的同时，显著提高评估效率，为铁路运输行业提供了一种高效且经济的轴箱弹簧安全性能评估手段，其广泛的适用性更是满足了行业内对轴箱弹簧安全性能评估的多样化需求，为列车的安全平稳运行提供了坚实的技术支撑和保障。

技术特征：

1.一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：

2.如权利要求1所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述材料疲劳强度为旋弯疲劳强度，基于载荷因子将所述旋弯疲劳强度转换为扭转疲劳强度。

3.如权利要求2所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述旋弯疲劳强度和所述扭转疲劳强度的转换关系为：

4.如权利要求2所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，基于综合修正系数将所述材料疲劳强度转换为轴箱弹簧结构件的疲劳强度，具体为：

5.如权利要求1所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述综合修正系数的计算公式为：

6.如权利要求1所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，获取轴箱弹簧在服役时的当量对称循环应力包括计算所述轴箱弹簧其内圈表面的剪切应力，所轴箱弹簧其内圈表面的剪切应力计算公式为：

7.如权利要求1所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述轴箱弹簧在车辆运行中的振动方式假设为一以静载荷fpr为中心发生的恒定振幅的循环振动，则循环振动中的最大载荷、最小载荷为与动荷系数k的关系为：

8.如权利要求1所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述当量对称循环应力在剪切载荷条件下的计算公式为：

9.如权利要求8所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，为根据材料疲劳强度求得弹簧构件的临界服役状态，所述当量对称循环应力τ-1ne等于修正后的弹簧钢疲劳极限τ-1,cor：

10.如权利要求1所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述临界动荷系数的计算公式为：

11.如权利要求10所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述临界最大载荷的计算公式为：

12.如权利要求10所述的基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，其特征在于，所述计算方法还包括计算临界纵向位移，临界纵向位移的计算公式为：

技术总结本发明提出一种基于材料疲劳强度的轴箱弹簧服役状态的计算方法，属于轴箱弹簧服役状态分析技术领域。计算方法包括：获取轴箱弹簧的材料疲劳强度；基于载荷因子C<subgt;m</subgt;将旋弯疲劳强度转换为扭转疲劳强度；基于综合修正系数将材料疲劳强度转换为轴箱弹簧结构件的疲劳强度；获取轴箱弹簧在服役时的当量对称循环应力；根据轴箱弹簧结构件的当量对称循环应力和古德曼载荷形式转换公式计算轴箱弹簧的临界动荷系数和临界最大载荷。本发明的计算方法，运用了材料疲劳强度的原理，简便易行，能够在短时间内得出准确的评估结果，具有极高的可靠性，能够确保对不同强度弹簧钢制造的轴箱弹簧的服役安全性进行全面而精确的分析。技术研发人员：徐超,曹欣旺,王晨阳,王玉婷,杨其全,胡杰,吕晶,张倩,许鑫,孙旭文受保护的技术使用者：铁科金化检测中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11