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载荷车体带动电机构架的疲敝年限估量
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-10-28

  载荷和约束条件(tiáo jiàn)牵引马达在运转过程(process)中承受的载荷主要有定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)自重、转子自重、单边磁拉力、电磁转矩以及齿轮(Gear)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。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。娱乐吧亚洲第一品牌由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多地考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力,及确保电机的使用寿命。牵引电机一端通过抱轴轴承(bearing)刚性地抱在轮对上,另一端通过橡胶(Rubber)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(part)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(processing)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(shèbèi)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(frequency)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(experiment)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App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(continue)应力范围(fàn wéi)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(predict)的原理和方法ZD109C牵引电机机座是钢板焊接结构(Structure)。理论和经验表明,焊接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(说明:单薄而不坚强)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(difficult),国内目前还缺少系统的试验和参数(parameter),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(Engineering)使用(use)价值(value),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(research)表明,由于结构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(characteristic])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的应力循环引起的疲劳损伤定义为:niNi=ni107SiS0m(Si>S0)niNi=ni107SiS0(m+2)(SiS0)式中:ni为待评估点应力变化范围Si发生的次数;S0为该评估点所在接头的SN曲线拐点上的应力范围;m为SN曲线斜率。
  当损伤累积D=iniNi=1时,认为结构发生疲劳破坏,则寿命总里程为:L总=1iniNiLtestLtest为实验里程数应用BS标准时需要注意的是,它的实验数据均基于标准板厚,当结构的实际板厚不同于标准板厚时,应用标准提供的修正公式加以修正。BS标准中典型的SN曲线注:只有图中所示的实线是基于实验数据得出的。
  基于BS标准对电机机座进行寿命评估对牵引电机机座实测应力谱数据的分析(Analyse)表明,其运行(Windows)过程中大应力范围的循环较少,小应力范围循环(应力范围在15MPa以内)所占的比例较大。
  因此,应用具有截止疲劳极限的SN曲线评估牵引电机机座疲劳寿命时都将得出无限寿命的结论。而BS标准规定的SN曲线是无截止线的曲线,可以对小载荷事件引起的疲劳损伤进行评估,就牵引电机的载荷类型而言,选用BS标准进行疲劳寿命评估是适合的。
  牵引电机的机座材料(Material)为Q235A,屈服强度为210MPa.在BS标准中,与电机小吊挂和轴承定位座对应的焊接接头型式都属分支型焊接接头,其接头几何简图,对应于BS标准中F级疲劳级别,相应疲劳参数S0=45MPa.测试数据表明,小吊挂处的应力水平高于轴承定位座处,是牵引电机机座的危险部位。本文即按小吊挂处的测点对电机进行寿命评估。根据小吊挂处应力范围雨流计数的统计结果和从BS标准中选定的SN曲线,通过自编的Fortran程序(procedure)最后计算得出牵引电机的疲劳寿命大约为4051万km.由于该处的应力谱是实际测试统计的结果,计算结果具有一定的置信度。
  关键位置处的焊接接头形式5结论基于BS标准计算得出ZD109C型焊接结构牵引电机机座的疲劳寿命约为3051万km,其疲劳寿命近于无限寿命,个别产品(Product)在运用中出现的裂纹可能是焊接质量引起的偶然现象,并不能代表产品的疲劳强度不足。直流电机机座除了具有机械支撑的功能,同时还要作为导磁的通道,需要保持一定的钢板厚度,但从结构强度的角度看,ZD109C焊接型牵引电机具有较高的疲劳强度,设计裕量较大。
  牵引电机的机座由原来的铸造机座改为焊接机座后,由于消除了各种铸造缺陷引起的裂纹源,大大提高了结构疲劳寿命。只要能够保证焊接机座的焊接工艺质量,在其设计寿命范围内几乎不会发生疲劳破坏。
  
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