成都地鐵1 號線一系彈簧國產(chǎn)化研制及其試裝

朱永波

(成都地鐵運營有限公司，四川 成都 610081)

0 引言

成都地鐵1 號線車輛一系彈簧采用疊層橡膠彈簧，基本材料為橡膠，具有一定的阻尼，起到減振和降噪作用，可實現(xiàn)縱向和橫向不同的定位剛度，以適應(yīng)動力學(xué)對兩個方向剛度的不同要求，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。原裝為日本東海一系彈簧，新車半年蠕變量約10 mm，一系彈簧為走行部關(guān)鍵部件，蠕變量過大會對車輛運行造成安全隱患。為提高一系彈簧使用壽命和質(zhì)量，結(jié)合國內(nèi)地鐵公司一系彈簧國產(chǎn)化改造經(jīng)驗，使一系彈簧滿足維護周期內(nèi)的正常使用，技術(shù)人員從技術(shù)層面對一系彈簧承載及各項參數(shù)進行了研究，對一系彈簧國產(chǎn)化可行性進行了分析，采用新型國產(chǎn)一系彈簧在運營車輛上進行試驗。

1 國產(chǎn)一系彈簧的研制

成都地鐵1 號線車輛一系彈簧作為一系懸掛，成對地安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架和每個軸箱之間，傳遞從輪對到構(gòu)架的橫向、縱向和垂向三個方向的作用力，用于減振并安全、可靠地對輪對進行導(dǎo)向。由于轉(zhuǎn)向架設(shè)計取消了垂向減振器等部件，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)相對簡單，對垂向、橫向、縱向定位剛度及蠕變量要求較高，成都地鐵運營有限公司根據(jù)運營經(jīng)驗，對進口一系彈簧接口、參數(shù)等進行了分析，聯(lián)合株洲時代新材股份有限公司，共同對疊層橡膠彈簧進行了國產(chǎn)化研制。

1.1 一系彈簧技術(shù)要求

(1)車輛最高運營速度:80 km/h。

(2)使用環(huán)境溫度范圍:-10～+40 ℃。

(3)相對濕度:最濕月平均相對濕度≤90%，該月平均溫度≤25 ℃，日最大濕度≤98%。

(4)車輛在地下、地面及高架線路上運行。

(5)軸重:14 t。

(6)海拔高度:≤1200 m。

(7)最大風(fēng)速:14.8 m/s。

(8)一系彈簧主要性能參數(shù)指標(見表1、表2)。

表1 動車一系彈簧技術(shù)參數(shù)

表2 拖車一系彈簧技術(shù)參數(shù)

1.2 安裝接口

現(xiàn)車上一系彈簧安裝接口尺寸關(guān)系如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品安裝接口尺寸示意圖

1.3 與現(xiàn)車的符合性

(1)一系彈簧的接口尺寸與進口產(chǎn)品完全一致，可以保持產(chǎn)品的互換性;

(2)產(chǎn)品在空車載荷(AW0)下高度為227 ±1 mm，保證車輛轉(zhuǎn)向架在規(guī)定的高度下工作;

(3)產(chǎn)品各項性能滿足成都地鐵車輛使用要求，能保證車輛的安全運行。

1.4 國產(chǎn)化一系彈簧計算及分析

1.4.1 模型分析

對一系彈簧建模，如圖2 所示。

圖2 有限元建模圖

1.4.2 分析結(jié)果

(1)剛度分析結(jié)果

通過FEA 分析，可得一系彈簧的剛度如表3。

表3 一系彈簧剛度分析結(jié)果

(2)應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果

根據(jù)設(shè)計要求及加載條件，分析得出一系彈簧產(chǎn)品的應(yīng)力云圖及橡膠部位的應(yīng)力應(yīng)變云圖如表4。

表4 應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果

(3)有限元分析總結(jié)

綜上所述，通過對一系彈簧的有限元分析，產(chǎn)品的各項性能可以滿足技術(shù)規(guī)范要求，一系彈簧的各金屬件強度可以滿足正常使用要求，可以按照當(dāng)前設(shè)計進行產(chǎn)品試制與驗證。

2 國產(chǎn)化一系彈簧的試裝

國產(chǎn)一系彈簧于2014 年10 月正式在成都地鐵1 號線102 車上裝車，運營期間主要跟蹤檢測項目包括外觀檢查、軸箱間隙測量、變形(蠕變)量計算。試用跟蹤檢測結(jié)果如下:

(1)外觀質(zhì)量

①金屬部分:金屬件沒有裂紋和毛刺。

②一系彈簧的橡膠表面光滑、平整，橡膠與金屬板粘接處沒有裂紋、裂口和缺膠現(xiàn)象。

③一系彈簧的橡膠層無夾雜現(xiàn)象存在。

④橡膠與金屬骨架粘結(jié)區(qū)域無脫膠現(xiàn)象。

(2)軸箱間隙測量

經(jīng)過半年運用考核，對裝用國產(chǎn)化產(chǎn)品的車輛進行跟蹤測量(記錄不同時間的4 組數(shù)據(jù)，詳細記錄見表5)。

表5 軸箱間隙測量數(shù)據(jù)

3 結(jié)論與建議

(1)國產(chǎn)一系彈簧滿足成都地鐵1 號線車輛架運營要求，接口與現(xiàn)有一系彈簧安裝尺寸完全一致。

(2)裝車試用期間國產(chǎn)化一系彈簧產(chǎn)品外觀情況良好，無任何裂紋及鋼件變形情況。

(3)國產(chǎn)化一系彈簧平均蠕變量呈現(xiàn)出一致的變化趨勢，平均蠕變量為2.6 mm，優(yōu)于原型進口彈簧。

(4)建議小批量安裝國產(chǎn)化一系彈簧繼續(xù)運營跟蹤，定期檢查并調(diào)節(jié)軸箱與轉(zhuǎn)向架之間的間隙。

［1］王生華.上海地鐵人字彈簧的國產(chǎn)化研制及其應(yīng)用［J］.鐵道車輛，2002，40(4):20-22.

［2］姜衛(wèi)星，沈培德，魯立榮.徑向非等值剛度圓錐形橡膠堆的設(shè)計與計算［J］.上海鐵道大學(xué)學(xué)報，1997，18(1):8-15.