轨道车辆用金属橡胶复合轴箱弹簧的蠕变.docVIP

轨道车辆用金属橡胶复合轴箱弹簧的蠕变 缪惠勇 王明星 田志刚 摘要：介绍金属橡胶复合轴箱弹簧蠕变产生原因以及发展规律，分析产品蠕变对轨道车辆运行的影响，探讨减低产品蠕变的工程方法和产品装配预调整的措施，保证金属橡胶复合轴箱弹簧的正常使用，减少车辆运行中的蠕变补偿维护工作量。 关键词：轨道车辆；橡胶；轴箱弹簧；静蠕变；动蠕变；高度H；补偿；维护 0 前言 轨道车辆运输是现代交通运输中的重要组成部份，城市地铁、轻轨系统和干线铁路系统就是典型的轨道车辆运输形式。 这些系统中所用车辆的转向架一系减振广泛采用钢轴箱弹簧（图－1）或金属橡胶复合轴箱弹簧（图－2）。钢弹簧由于金属材料的特点，其蠕变非常小，在设计及使用过程中，我们通常是不考虑其蠕变的，而金属橡胶复合轴箱弹簧，因为其承载、减振的主体是高分子材料――橡胶，它在具备优良减振降噪特性的同时，又有一个令我们困扰的特点――蠕变。 橡胶是一种粘弹性材料，它表现为介乎弹性固体和粘性液体之间的所有性质，具体说就是橡胶的性质对时间和温度有强烈的依赖性，粘弹性体（橡胶）的变形不仅和当时作用的外力大小有关，而且和温度的改变、力的作用时间以及加载历史都有关，这就是橡胶的蠕变特性。 图－1 1 静蠕变和动蠕变 静蠕变就是指加载到橡胶材料上的载荷稳定在某恒定值后，虽然载荷已不再增加，但橡胶的变形随着时间的推移仍在继续进行，这种特性和现象，我们称之为橡胶的蠕变，准确的说这是橡胶材料的静蠕变（恒定静载作用下的蠕变），当对橡胶材料施以动态载荷，并在其作用一段时间后，当载荷恢复到动载作用前的某静态载荷，橡胶的变形继续增大的部份，我们称之为动蠕变。 图－2 在金属橡胶复合轴箱弹簧上，橡胶的蠕变反映为产品承载高度H1和H2的降低（图－3）。 图－3 2 蠕变对车辆运行的影响 通常情况下，一个转向架上的8个轴箱弹簧将构架与轴箱连接在一起，轴箱弹簧柔性支撑并固定构架，保证车辆运行动力学性能，减少轮轨振动向构架的传递，保证车辆运行品质。 在构架与轴箱的装配要求中，轴箱与构架间的距离H是一个重要参数，设计时希望它在整个使用期都保持在一个理想的范围（如：北京地铁B型车要求为45±5mm以内），而且为保证轮重均衡，同一转向架上的4处轴箱与构架间的距离H应该保持一致（如：北京地铁B型车要求为4mm以内），而这些要求几乎完全由轴箱弹簧来实现，而金属橡胶复合轴箱弹簧的蠕变给这种保证带来了很大的不确定性，这就是我们为什么对金属橡胶复合轴箱弹簧蠕变关注的原因。 3 产品使用中的蠕变发展规律 过去，我们对金属橡胶复合轴箱弹簧蠕变的关注和研究主要其中在静蠕变方面，对产品蠕变性能的评估也仅采用恒定静载条件下的试验方法获得（图－4）。例如：图－1所示某产品31天的静蠕变为2mm，按我们的通常的推算，此时该产品的蠕变已发生了80％左右，那么，产品整个蠕变应该在2.5mm左右，但在实际应用中，蠕变并未像我们预期的那样只有2.5mm左右，实际上蠕变达到10～16mm，有的甚至更多。 通过对产品装配及使用两个阶段蠕变发展的跟踪测量，我们发现，产品在装配后，静蠕变体现，当产品投入运行使用，动蠕变开始发展。见图－5、6。 图－4 图－5 图－6 因此，对轴箱弹簧全部蠕变的准确把握，一定要将产品的静蠕变和动蠕变都考虑进来，因为车辆最终是要运行载客的，轴箱弹簧也是会要承受长期的疲劳动载的，仅考虑静蠕变是不全面的，也是没有意义的。图－7为某轴箱弹簧全寿命蠕变发展趋势。从图中我们可以看出，动蠕变的发展规律是产品初期（1～2年）蠕变占到全部蠕变的80％左右。 图－7 4 蠕变的补偿维护 如前所述，构架与轴箱间的距离是保证车辆运行的关键参数，我们希望它长期处在理想范围内，当蠕变发生，这一参数如果超过范围，我们就必须采用加垫调高进行补偿，而这一工作在地铁车辆运行现场进行是一项非常麻烦和困难的事情，也是运营商特别抱怨的事情。 当我们完整地了解轴箱弹簧的蠕变构成和发展规律后，我们就可以准确地预调高构架与轴箱间的装配距离，使车辆投入运行后，在一个较短的时间内，构架与轴箱间的距离回落到理想范围，并在车辆运行的相当长时间内无需再对蠕变进行补偿。 如某型地铁车辆，运行理想H值为45±5mm，装车时H为47～49mm，组装后2～3天H为45～47mm。该型车所用轴箱弹簧的蠕变为10mm左右，若按上述参数设定，当装配时H取下限47mm，装车