[发明专利]一种内燃机车疲劳寿命估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及机车车辆疲劳寿命估算方法，特别是涉及一种作为确定内燃机车大修周期依据的疲劳寿命估算方法。

背景技术

为满足不断增长的国民经济发展需要，近几年中国铁路进行了六次大提速，期间客货运输能力增加了18％，对机车的要求越来越高。目前全路正在服役的内燃机车有一万多台，它对铁路运输的安全高效运行起着举足轻重的作用，特别是2008年初南方雪灾的发生又显示了内燃机车的不可替代性。因此内燃机车的安全可靠运用是保障铁路运输正常运行的最基本条件之一。

中国内燃机车一般采用计划预防维修制度，即以规定的走行公里数为检修周期，铁道部规定的大修周期为70～90万km，中修为23～30万km，小修为4～6万km，辅修不小于2万km。为保障运行安全，机车检修周期应符合机车部件的实际损耗状况，只有当计划维修的周期接近机车发生故障的实际周期时，这种维修计划才是最有效的。内燃机车关键部件的损耗与多种因素相关，传统由走行公里单一地确定机车大修周期的方法不准确，造成或因机车维修不足而影响安全生产，或因维修过剩造成大量的资源浪费。

针对单一地由走行公里或运行时间来确定机车检修周期所存在的不足，中国有关部门在1999年提出了机车当量公里的概念。该方法以机车走行公里为基础，从机车部件损耗角度出发，综合考虑机车负荷状况及工作时间的影响，对各种工况下的机车走行公里进行修正。该方法具有一定的进步意义，并发挥了积极作用。虽然当量公里综合反映了不同运行工况对机车的损害，但机车当量公里数学模型中的参数都是经验值，，并不能准确得出内燃机车各关键部件的损伤程度，特别是对占内燃机车总数20％的使用30年以上的内燃机车更是如此。这些机车不但不能报废，单机牵引重量反而从3000吨提高到5000吨，继续为铁路服务。利用当量公里很难计算出不同使用年限的符合实际情况的内燃机车损伤状况。因此，迫切需要研究一种新的内燃机车检修周期估算方法，为内燃机车大修提供依据。

内燃机车是一个复杂的机电一体化系统，造成关键部件损伤或故障的因素很多，包括机械应力引起的疲劳损伤，热-电联合应力造成的绝缘失效等。统计结果表明，疲劳损伤是零部件的主要失效形式，在各种主要机械事故中，大约有50％～90％是由于疲劳失效引起的。因此，需要研究一种内燃机车疲劳寿命估算方法，依此确定内燃机车及其关键设备的检修周期，为内燃机车大修提供参考依据，既保障机车安全运行，又满足中国铁路运输重载、高速等要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种内燃机车疲劳寿命估算方法，计算内燃机车各关键设备及机车整体的疲劳损伤度，为确定内燃机车大修周期提供依据，此方法安全可行。

为实现这样的目的，本发明提出一种新的估算思路，通过分析影响各关键设备疲劳寿命的因素，选择表征影响各关键设备疲劳寿命的变量，依靠采集的数据算得各变量值，利用疲劳累计损伤理论中的迈因纳准则，计算各变量作用下的各关键设备疲劳损伤度，然后得出机车整体疲劳损伤度，为确定内燃机车大修周期提供依据。

本发明的内燃机车疲劳寿命估算方法步骤如下：

步骤1，选择内燃机车关键设备：选择柴油机、同步主发电机、车轴和转向架构架作为估算内燃机车疲劳寿命的关键设备。

机车的大修周期主要是针对机车上的关键设备，对于内燃机车来说，最重要的部件是动力设备和走行部件：柴油机、同步主发电机、车轴和转向架构架，这些关键设备的损伤程度直接影响了机车的大修周期。

步骤2，选择表征影响关键设备疲劳寿命的变量：对于以上关键设备而言，循环应力作用是造成零部件疲劳损伤的直接原因，由于环境限制无法在设备内部安装应力检测装置，但其输出转矩的大小可以表征部件的受力状况。

对于柴油机来说，选择曲轴输出扭矩作为表征其受力状况的变量；

同样地，车轴和转向架构架以牵引电机输出转矩表征其受力状况的变量；

对于同步主发电机来说，电应力造成其绝缘破坏影响检修周期，选择其输出电流作为表征电应力造成损伤的变量。

步骤3，估算关键设备疲劳寿命，利用疲劳累计损伤理论中的迈因纳准则(Miner Criterion)，通过采集到的数据得出步骤2中所述的变量值，它们超出其疲劳极限值的部分所对应地损伤度计算出各关键设备的疲劳损伤度：