盆式橡膠支座中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)的對比研究

盧瑞林，胡宇新，郭紅鋒，周萬紅，孫湘明，蔣瑞秋，夏俊勇

(株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司橋梁產(chǎn)品事業(yè)部，湖南株洲 412000)

“十一五”期間我國客運(yùn)專線鐵路建設(shè)中超過75%路段需要橋梁支座，其中盆式橡膠支座占一半以上。盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性文件正是鐵道部在鐵路建設(shè)期間，借鑒歐洲盆式橡膠支座技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)際而制定的鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。研究兩者的差異和特點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際需求，對盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn)提出完善建議，在鐵路行業(yè)大發(fā)展的今天，對線路安全和建造成本控制均具有重要的意義。

1 盆式橡膠支座中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)介紹

盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋梁盆式橡膠支座》(TB/T 2331—2004)(以下簡稱“鐵標(biāo)”)是中國鐵路行業(yè)廣泛采用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。中國鐵道部科技基［2005]101號(hào)《客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件》和科技基［2007]95號(hào)《客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件補(bǔ)充規(guī)定》則是基于標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2331—2004，為中國客運(yùn)專線鐵路用盆式橡膠支座制定的特殊標(biāo)準(zhǔn)性文件，這2個(gè)文件是中國客運(yùn)專線鐵路用盆式橡膠支座必須遵守的強(qiáng)制性規(guī)定。

盆式橡膠支座歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1337—5:2005(Structural bearings-Part 5:Pot bearings)屬于 EN1337標(biāo)準(zhǔn)(Structural bearings)的一個(gè)部分(以下簡稱“歐標(biāo)”)。EN1337標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被歐洲高速鐵路(德、法、意)，韓國、中國臺(tái)灣普速鐵路和高速鐵路所采用，被中國鐵路客運(yùn)專線借鑒、并已經(jīng)過多年的工程實(shí)踐檢驗(yàn)。

2 對比分析

雖然鐵標(biāo)TB/T 2331—2004、科技基［2005]101號(hào)和科技基［2007]95號(hào)借鑒了歐標(biāo)EN1337的一些要求和內(nèi)容，但是由于管理制度不同、設(shè)計(jì)理念不同，以及國內(nèi)盆式橡膠支座發(fā)展的歷史和國內(nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)際情況有所不同，盆式橡膠支座鐵標(biāo)和歐標(biāo)之間還是存在有很多的不同之處，就幾個(gè)主要項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行對比和分析。

2.1 范圍

《鐵路橋梁盆式橡膠支座》(TB/T 2331—2004)對其適用范圍做了詳細(xì)規(guī)定，如豎向承載力、轉(zhuǎn)角、位移、溫度、水平承載力等，而EN1337—5僅對溫度、轉(zhuǎn)角和橡膠墊直徑進(jìn)行了限制，具體見表1。

表1 適用范圍對照［1，2]

橡膠墊的主要功能是傳遞豎向承載力和轉(zhuǎn)動(dòng)功能，是盆式橡膠支座的核心零件，也是設(shè)計(jì)的源頭，因此標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍采用橡膠墊直徑作為判斷標(biāo)準(zhǔn)更具合理性。

目前市場使用的最大盆式橡膠支座豎向承載力已超過65 000 kN，已超出TB/T 2331—2004規(guī)定的范圍，如果橡膠墊的許用壓應(yīng)力按30 MPa計(jì)算，則EN1337—5的豎向承載力適用范圍約為≤53 014 kN，仍然遠(yuǎn)小于65 000 kN。顯然，從豎向承載力來看，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)今的盆式橡膠支座應(yīng)用需求。

鐵標(biāo)規(guī)定了最小轉(zhuǎn)角要求，而歐標(biāo)規(guī)定了最大轉(zhuǎn)角要求。鐵標(biāo)對位移的要求更細(xì)致，歐標(biāo)對此則沒有提及，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有將位移規(guī)定死，是一個(gè)可根據(jù)實(shí)際需要確定的一個(gè)參數(shù)。適用的最低溫度相同，但是，鐵標(biāo)的最高適用溫度比歐標(biāo)高10℃，適用溫度范圍更廣。對滑動(dòng)元件摩擦系數(shù)的要求，歐洲標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，驗(yàn)證的過程相對比較復(fù)雜，而鐵標(biāo)的規(guī)定相對簡單，更具有操作性。

2.2 功能要求

鐵標(biāo)TB/T 2331—2004沒有專門的章節(jié)對盆式橡膠支座的性能進(jìn)行規(guī)定，僅在成品支座實(shí)驗(yàn)中做了隱性規(guī)定，規(guī)定了支座豎向承載力、摩擦副滑動(dòng)性能和支座轉(zhuǎn)動(dòng)性能的要求。

歐標(biāo)EN1337—5則有專門的章節(jié)對支座的功能要求進(jìn)行了規(guī)定，要求盆式橡膠支座必須滿足豎向承載和轉(zhuǎn)動(dòng)的要求，同時(shí)，還必須有足夠的可靠性、耐久性。

相比較而言，鐵標(biāo)的功能要求不夠明確和完善，在耐久性方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面的要求較低，在科技基［2007]95號(hào)附件B中做了長期磨耗的要求，即僅對客運(yùn)專線鐵路用盆式橡膠支座有耐久性驗(yàn)證要求。另外，對成品支座的低溫性能也沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證要求。

2.3 原材料要求

在原材料方面，鐵標(biāo)對所有的主要零部件原材料的物理機(jī)械性能及化學(xué)成分等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，見表2，甚至規(guī)定了材料的牌號(hào)及其適用標(biāo)準(zhǔn)。歐標(biāo)則對原材料牌號(hào)及其物理機(jī)械性能、化學(xué)成分沒有過多的規(guī)定，更側(cè)重于強(qiáng)調(diào)性能的驗(yàn)證。

表2 原材料要求對照［1～5]

鐵標(biāo)對橡膠的要求非常高，幾乎是標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最高要求，而歐標(biāo)則沒有具體規(guī)定，橡膠墊作為盆式橡膠支座的核心元件，歐標(biāo)的規(guī)定要寬松得多。對于外密封橡膠圈的要求，鐵標(biāo)側(cè)重橡膠圈本身的性能，而歐標(biāo)側(cè)重密封效果，但是兩者都沒有對密封效果及其耐久性的驗(yàn)證做相關(guān)規(guī)定。主要部件鋼材兩者都無明確規(guī)定，可根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求選擇。鐵標(biāo)對硅油脂唯一的規(guī)定了產(chǎn)品牌號(hào)和適用標(biāo)準(zhǔn)，歐標(biāo)則對其與相鄰零部件相容性及其摩擦性能的驗(yàn)證做了要求。耐磨板和耐磨條的規(guī)定和要求，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基本相同，歐標(biāo)甚至對耐磨條的化學(xué)成分做了詳細(xì)的規(guī)定。鐵標(biāo)規(guī)定了內(nèi)密封環(huán)的牌號(hào)，可選范圍很窄，歐標(biāo)也規(guī)定了幾種材料，同時(shí)，只要滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的驗(yàn)證要求，也可以選擇其他的材料。與耐磨板和耐磨條對磨的材料，鐵標(biāo)限定了幾種牌號(hào)的材料，其中1Cr18Ni9Ti［8]在新的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3280 中已被其他牌號(hào)(06Cr18Ni11Ti［9])代替，歐標(biāo)對此沒有規(guī)定具體的牌號(hào)，僅規(guī)定了材料的種類和硬度、表面粗糙度等要求。

總體而言，鐵標(biāo)對材料基本上都規(guī)定了具體的牌號(hào)和機(jī)械性能、化學(xué)成分的要求，更側(cè)重于材料本身，可操作性更強(qiáng)，更能適應(yīng)目前國內(nèi)制造、驗(yàn)證基礎(chǔ)水平較低的國情，對支座的批量生產(chǎn)和質(zhì)量保證起到了積極的作用。歐標(biāo)對滑動(dòng)元件進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)定和要求，對硅油脂也有詳細(xì)的物理性能要求，對主要的原材料都有性能驗(yàn)證的要求，有利于保證成品支座的性能和磨耗壽命。

2.4 設(shè)計(jì)要求

因支座設(shè)計(jì)已在《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱“橋規(guī)”)中體現(xiàn)，故鐵標(biāo)沒有支座設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。歐標(biāo)則對盆式橡膠支座的設(shè)計(jì)基本原理及設(shè)計(jì)校核做了詳細(xì)的要求，并給出了設(shè)計(jì)計(jì)算的理論及經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)這些要求和計(jì)算公式可以正確地設(shè)計(jì)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，顯然歐標(biāo)在這方面做得更好。

2.5 加工制造要求

由于加工基礎(chǔ)以及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)上的差異，對產(chǎn)品的加工制造要求也存在較多的不同之處。同時(shí)，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)存在一些不夠嚴(yán)謹(jǐn)或合理的規(guī)定。

(1)尺寸公差(表3)

顯然鐵標(biāo)對關(guān)鍵零部件的尺寸公差規(guī)定更為詳細(xì)和具體，更具有可操作性。在實(shí)際應(yīng)用中支座鋼件的機(jī)械加工尺寸一刀切采用GB/T 1804-m［10]級公差顯得過嚴(yán)，比如板材的外形尺寸等非關(guān)鍵尺寸。歐標(biāo)則對關(guān)鍵的，分別決定承載和轉(zhuǎn)動(dòng)性能的主要因素橡膠墊厚度和決定支座磨耗壽命的主要因素耐磨板厚度尺寸公差做了規(guī)定，抓住了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，顯得更加簡練。

表3 尺寸公差對照［1～5]

(2)平面度

鐵標(biāo)和歐標(biāo)均僅對不銹鋼板焊接后的平面度進(jìn)行了規(guī)定:小于或等于耐磨板最大尺寸的0.03%和0.2 mm中的大值。

(3)表面質(zhì)量對于關(guān)鍵的接觸表面質(zhì)量，鐵標(biāo)和歐標(biāo)都進(jìn)行了基本一致的、嚴(yán)格的規(guī)定，為支座的功能和壽命提供了有力的保障。詳見表4。

(4)配合間隙(表5)

鐵標(biāo)對橡膠墊與底盆內(nèi)壁的徑向間隙沒有做規(guī)定，具體操作過程中可能會(huì)導(dǎo)致底盆中空氣無法排除干凈，導(dǎo)致橡膠墊裝配困難。而歐標(biāo)對所有裝配間隙的規(guī)定采用了更為科學(xué)的區(qū)別對待原則，保證可操作性的同時(shí)，也保留了一定的開放性。

表4 表面質(zhì)量對照［1-5]

(5)產(chǎn)品防護(hù)(表6)

產(chǎn)品防護(hù)方面，鐵標(biāo)僅對一般表面油漆工藝做了詳細(xì)的說明，歐標(biāo)則對主要的表面防護(hù)方案和防護(hù)的效果要求做了詳細(xì)的規(guī)定，可操作性更強(qiáng)，更為科學(xué)，更能保證防腐效果。

表5 配合間隙對照［1-5]

表6 產(chǎn)品防護(hù)對照［1-5]

2.6 產(chǎn)品測試

鐵標(biāo)和歐標(biāo)都對產(chǎn)品的基本性能驗(yàn)證做了要求，并提出了試驗(yàn)方法，詳見表7。

表7 產(chǎn)品測試對照［1～5]

鐵標(biāo)的產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)側(cè)重于產(chǎn)品最終性能驗(yàn)證，對于低溫性能則沒有進(jìn)行要求。歐標(biāo)中垂向加載測試和轉(zhuǎn)動(dòng)測試用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，耐久性測試用于產(chǎn)品的最終性能驗(yàn)證。

2.7 結(jié)論

綜上所述，無論是歐標(biāo)還是鐵標(biāo)，其所涵蓋的范圍均已不能適應(yīng)當(dāng)前鐵路行業(yè)的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用的支座噸位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最大規(guī)格。

歐洲支座生產(chǎn)廠家既是產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商，又是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者，因此歐標(biāo)涵蓋了支座的設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，相對而言，歐標(biāo)顯得更加完整，更加系統(tǒng)，對關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)的把握較好，要求也比較細(xì)致。與歐洲不同的是中國鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，它不包括支座設(shè)計(jì)的內(nèi)容，支座設(shè)計(jì)在橋規(guī)里體現(xiàn)，因而鐵標(biāo)總體而言偏重于制造，缺少設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容。因此，兩者均存在一些不足之處，同時(shí)各有特點(diǎn)，這主要是管理制度不同、設(shè)計(jì)理念不同以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不同等綜合因素造成的。

3 對盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議

現(xiàn)有的盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn)對“十一五”期間的鐵路建設(shè)做出了貢獻(xiàn)，隨著行業(yè)的發(fā)展和工業(yè)基礎(chǔ)和驗(yàn)證手段的水平整體提高，該標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。根據(jù)我們的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和理解，對盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn) TB/T 2331—2004、科技基［2005]101號(hào)和科技基［2007]95號(hào)提出一些修訂建議，如表8所示。

表8 對盆式橡膠支座鐵路標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議

隨著應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的豐富和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，中國鐵路盆式橡膠支座標(biāo)準(zhǔn)必然也將進(jìn)一步得到完善，從而促進(jìn)新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，降低制造成本，進(jìn)而降低鐵路建設(shè)成本，為國家節(jié)約資金，促進(jìn)國家環(huán)保。

［1]中華人民共和國鐵道部.TB/T 2331—2004 鐵路橋梁盆式橡膠支座(Pot bearings for railway bridge)［S].北京:中國鐵道出版社，2005.

［2]CEN.EN1337—5:2005.Structural bearings-Part 5:Pot bearings［S].Brussels，Belgium:

［3]中華人民共和國鐵道部.科技基［2005]101號(hào) 客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件［S].北京:中國鐵道出版社，2005.

［4]中華人民共和國鐵道部.科技基［2007]95號(hào) 客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件補(bǔ)充規(guī)定［S].北京:中國鐵道出版社，2007.

［5]CEN.EN1337—2:2005.Structural bearings-Part 2:Sliding elements［S].Brussels，Belgium:

［6]中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部.HG/T 2502—93 5201硅脂(Silicon grease)［S].北京:中國化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

［7]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 2040—2008 銅及銅合金板材(Sheet of copper and copper alloy)［S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［8]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 3280—92 不銹鋼冷軋鋼板(Cold rolled stainless steel shteets and plates)［S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

［9]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 3280—2007 不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶(Cold rolled stainless steel plate，sheet and strip)［S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［10]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 1804—2000 一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差(General tolerances Tolerances for linear and angular dimensions without individual tolerance indications)［S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.