随着轨道车辆的大提速和轨道交通的快速发展,大多车辆的零部件要长时间工作在高温、高负载、高寒等环境下,较容易造成疲劳破坏。轮对作为轨道车辆与钢轨直接接触部位,不仅要承受着较大的载荷,还由于轨道不平顺等产生的激励受到交变应力的作用,长期处于上述恶劣的工作环境,而轮对自身又无减震装置,极易出现裂纹等现象,造成无法预计的后果。对变轨距轮对进行疲劳性能方面的试验是检测轮对质量的一种重要方法,可以及时发现轮对在设计和制造中出现的问题,从而为设计和评估提供可靠的科学依据,极大的缩短了轮对开发周期以及改善该产品的质量。本文结合某轨道客车公司的重点研究项目“轨道车辆变轨距轮对总成疲劳性能及可靠性试验方法”,以轨道车辆变轨距轮对作为研究对象,参与开发了轨道车辆变轨距轮对疲劳试验台。本试验台能够进行变轨距轮对的疲劳试验,为了能够达到试验目的,该试验平台能够模拟轮对在真实线路上受到不同方向的激励,以及实现轮对的动力驱动和变轨过程等。研究内容主要包括以下几个方面:1.变轨距车辆运动特性分析基于变轨距列车的车体、转向构架和轮对的复杂连接关系,建立了车辆系统动力学模型,并根据各部件之间的受力关系建立了轮对的运动微分方程;依据动力学模型对轮对进行振动载荷分析,以得到变轨距轮对在行驶和变轨工况下的疲劳振动受力载荷;采用了拟合应力谱方法计算载荷和循环次数的关系,并通过威布尔分布生成了载荷谱作为试验台中作动器的驱动谱。2.轨道车辆变轨距轮对疲劳振动试验方法研究基于变轨距轮对的结构形式,提出了变轨距轮对疲劳试验台的设计方案,该方案通过多组作动器模拟实际运行中轮对总成的载荷振动状态,考虑到轮对驱动和换轨的试验需求,设计了动力及传动模拟系统和变轨模拟系统,以实现轮对的动力驱动和轨距的变换功能;将上文所拟合出的载荷谱用于轮对疲劳试验的模拟输入,为了避免作动器行程超限,损坏试验件或试验台,采用了位姿解算谱的方法解算出作动器的最大行程量并用于作动器的监控。3.变轨距轮对疲劳试验台仿真分析基于有限元分析软件Workbench,分别对疲劳试验台的动力传动轴、十字轴振动平台和车轮支撑滚筒总成三个关键受力部位进行了网格划分、设置相关材料和属性,并依据实际受力情况施加约束和载荷,从而建立了各部分的有限元模型并进行分析,验证了变轨距轮对疲劳试验台结构设计的合理性及可靠性。4.疲劳试验台测控系统软硬件设计基于试验台疲劳性能检测的功能需求,设计了疲劳试验台测控系统的软硬件系统,硬件设计包括对关键性零部件的计算选型以及表示硬件位置和连接方式的功能硬件电路设计;软件设计作为整个试验的核心控制系统,采用Lab VIEW为程序开发的编程语言,设计了简便的人机操作窗口,并分别实现了对动力电机的控制,温度和速度的采集以及报警系统等功能。