跨座式單軌用縱向止擋性能優(yōu)化及應(yīng)用

陳愷

摘 要：為解決重慶單軌3號(hào)線縱向止擋既有產(chǎn)品橡膠開裂及脫落問題，本文從產(chǎn)品使用工況、技術(shù)性能要求、改進(jìn)思路、產(chǎn)品剛度及應(yīng)力仿真分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝，對(duì)樣件進(jìn)行了充分的試驗(yàn)驗(yàn)證及運(yùn)營(yíng)考核試驗(yàn)，解決了橡膠開裂及脫落的問題。

關(guān)鍵詞：改進(jìn);橡膠金屬件;剛度;應(yīng)力

0 引言

重慶3號(hào)線車輛轉(zhuǎn)向架用縱向止擋，在使用過程中出現(xiàn)橡膠開裂現(xiàn)象，部分件發(fā)生橡膠塊掉落至軌道梁情況，嚴(yán)重影響到運(yùn)營(yíng)安全，原供貨商經(jīng)多次改進(jìn)仍未解決該問題，為此重慶地鐵組織四方所共同分析產(chǎn)品運(yùn)用工況，制定工藝改進(jìn)方案，試制樣件并裝車運(yùn)用考核，從而解決該部件的質(zhì)量問題。

1 產(chǎn)品使用工況

圖1所示，轉(zhuǎn)向架中央懸掛系統(tǒng)安裝于構(gòu)架與車體之間，安裝完畢后縱向止擋與中心銷安裝座間隙為3 mm，當(dāng)車輛加減速或勻速行駛的時(shí)候，與處于預(yù)壓狀態(tài)的牽引橡膠堆一起共同傳遞縱向載荷，同時(shí)由于中心銷安裝座隨車體產(chǎn)生垂向、橫向振動(dòng)，壓縮后的縱向止擋還承受垂向、橫向剪切力。

2 技術(shù)性能要求

原圖紙主要技術(shù)性能要求如下：

（1）縱向壓縮彈簧常數(shù)：

δ（3 500 kg）-δ（500 kg）=3±0.36 mm

（2）壓縮試驗(yàn)荷重5 280 kg。

3 改進(jìn)思路

3.1 功能設(shè)計(jì)改進(jìn)

橡膠與中心銷安裝座之間的摩擦系數(shù)約為0.9，為了降低摩擦系數(shù)，減小由于中心銷安裝座的垂向、橫向振動(dòng)引起的作用在縱向止擋橡膠塊上的剪切力，考慮在橡膠表面硫化一層2 mm厚聚四氟乙烯板，其與中心銷安裝座摩擦系數(shù)小于0.1。

3.2 工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)

對(duì)金屬骨架進(jìn)行“拋丸-清洗-涂膠”，拋丸工藝可以增大金屬粘接面粗糙度，并選用高強(qiáng)度粘合劑，保證硫化后橡膠與金屬間具有更高的粘接強(qiáng)度;對(duì)聚四氟乙烯材料進(jìn)行“鈉氖處理-涂膠”，進(jìn)行最優(yōu)硫化參數(shù)匹配，提升粘接強(qiáng)度。

4 仿真分析

為驗(yàn)證增加聚四氟乙烯板后縱向止擋性能是否滿足要求，特做仿真分析進(jìn)行驗(yàn)算。

本次計(jì)算采用abaqus軟件，建立橡膠本構(gòu)模型，用六面體單元進(jìn)行模擬。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，增加聚四氟乙烯板后并沒有影響到縱向止擋的彈簧常數(shù)要求。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

在TB2843/T-2007要求基礎(chǔ)上，結(jié)合縱向止擋實(shí)際使用工況，增加剪切疲勞試驗(yàn)。

6 運(yùn)用考核試驗(yàn)

根據(jù)零部件要求，對(duì)縱向止擋進(jìn)行裝車運(yùn)用考核試驗(yàn)，分別在10萬公里、20萬公里后拆卸檢查，并按照表2試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，需說明的是新品未進(jìn)行粘接強(qiáng)度是試驗(yàn)及剪切疲勞試驗(yàn)，10萬公里拆卸檢查時(shí)未進(jìn)行粘接強(qiáng)度試驗(yàn)及剪切疲勞試驗(yàn)。下面對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說明。

止擋運(yùn)用20萬公里后橡膠厚度變化率分別為1.3%、2.2%，彈簧常數(shù)變化率分別為6.6%、4.8%，均滿足TB/T2843-2007中小于10%的要求。

完成剪切疲勞試驗(yàn)后，又對(duì)止擋進(jìn)行解剖分析，檢查內(nèi)部是否有開裂情況。如圖所示，止擋運(yùn)用20萬公里后，橡膠組織細(xì)密無細(xì)孔、所有金屬與橡膠結(jié)合面無開膠、脫膠等現(xiàn)象，說明產(chǎn)品硫化充分、粘接良好。產(chǎn)品的運(yùn)用未對(duì)橡膠內(nèi)部及金屬結(jié)合面造成任何損傷。

7 結(jié)論

（1）重慶單軌3號(hào)線用縱向止擋，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后其彈簧常數(shù)、粘接強(qiáng)度等均滿足技術(shù)要求。

（2）利用聚四氟乙烯板的低摩擦系數(shù)性能，有效的改善了縱向止擋的垂向、橫向受剪情況。

（3）經(jīng)過20萬公里考核后，縱向止擋功能、外觀、安全性滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB/T2843-2007，機(jī)車車輛用橡膠原件通用技術(shù)規(guī)范[S].

[2]郭榮生.客車轉(zhuǎn)向架橡膠減振原件的研究[J].鐵道車輛，1989（11）：24-33.

[3]于金鵬.高速列車整備車體諧振分析[J].大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（6）：10-12.

[4]呂品.發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的隔振性分析[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)理工大學(xué)，2013.

[5]朱石堅(jiān).振動(dòng)理論與隔振技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008：293-306.

[6]朱紅.隔振原理的理論分析與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008（18）：127-129.

[7]陳平.減振橡膠動(dòng)靜剛度比研究[J].特種橡膠制品，2012（6）：37-40.

[8]龔積球.橡膠件的工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2003.