萬 宇

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部 廣東 廣州 510380)

直線電機(jī)車輛空氣彈簧國產(chǎn)化研究

萬 宇

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部 廣東 廣州 510380)

簡要介紹了直線電機(jī)車輛用空氣彈簧國產(chǎn)化技術(shù)特點(diǎn)、各項(xiàng)測試方法及標(biāo)準(zhǔn)，通過大量翔實(shí)的測試數(shù)據(jù)以及對國產(chǎn)化空氣彈簧的運(yùn)用評估，表明直線電機(jī)車輛用國產(chǎn)化空氣彈簧研發(fā)達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

直線電機(jī)車輛；空氣彈簧；國產(chǎn)化

廣州地鐵直線電機(jī)車輛所用空氣彈簧由康迪泰克公司提供，型號為SYS450E，按照維修手冊規(guī)定，車輛在大修時(shí)需全部更換空氣彈簧，消耗量大，為此廣州地鐵集團(tuán)有限公司聯(lián)合國內(nèi)有資質(zhì)的生產(chǎn)廠家開展了一系橡膠錐形簧的國產(chǎn)化研制工作，解決了以上問題。

1 項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

根據(jù)直線電機(jī)車輛原型空氣彈簧及圖紙，確定SYS450E型空氣彈簧結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由上蓋組成、錐形橡膠堆、膠囊、摩擦塊和支承座等組成。

1—O形圈2；2—銷；3—錐形橡膠堆；4—O形圈1；5—膠囊；6—支承座；7—內(nèi)六角圓柱頭螺釘；8—上蓋組成；9—摩擦塊；10—套筒；11—內(nèi)六角平圓頭螺釘。圖1 SYS450E型空氣彈簧結(jié)構(gòu)圖

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

SYS450E型空氣彈簧采用腰帶式膠囊+錐形橡膠堆結(jié)構(gòu)形式。空氣彈簧通過膠囊的上、下子口分別與上蓋組成(以下簡稱上蓋)和支承座過盈配合實(shí)現(xiàn)壓力自密封，并通過倒鎖凸臺避免膠囊脫出；支承座上部安裝有摩擦塊，摩擦塊由6個(gè)M8平圓頭螺釘緊固；支承座與錐形橡膠堆由6個(gè)M8內(nèi)六角沉頭螺釘緊固；橡膠堆下部裝有?10mm定位銷，以便與轉(zhuǎn)向架連接配合。

1.2 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)原型空氣彈簧內(nèi)部安裝有橡膠墊，橡膠墊采用6個(gè)M5的內(nèi)六角沉頭螺釘與支座緊固在一起，橡膠墊上平面附著一層1mm厚聚四氟乙烯耐磨材料，空氣彈簧在無氣狀態(tài)時(shí)，與上蓋組成摩擦副，原型空氣彈簧易出現(xiàn)橡膠墊松動、脫落并劃傷膠囊等問題。針對這些問題，國產(chǎn)化時(shí)參照了SYS系列無搖枕轉(zhuǎn)向架用空氣彈簧的摩擦副結(jié)構(gòu)，選用了聚四氟乙烯摩擦塊代替了原型的橡膠墊，摩擦塊采用6個(gè)M8的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與支承座緊固在一起，并使用套筒、防螺紋防松膠，可以有效防止松動，如圖2(b)所示。上蓋采用表面粉末噴涂的處理方式，與聚四氟乙烯摩擦塊形成摩擦副，具有良好的耐磨性能和較低的摩擦因數(shù)，能夠很好地滿足空氣彈簧在無氣狀態(tài)下的變位要求。

(a) 原型摩擦塊方案 (b) 國產(chǎn)化摩擦塊圖2 空氣彈簧摩擦塊結(jié)構(gòu)

(2)國產(chǎn)化支承座采用倒鎖凸臺結(jié)構(gòu)，以避免膠囊下子口從支承座脫出，如圖3所示。

圖3 國產(chǎn)化空氣彈簧支承座

2 國產(chǎn)化空氣彈簧常規(guī)試驗(yàn)

2.1 氣密性試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：常溫下，空氣彈簧處于靜止?fàn)顟B(tài)，上蓋與底面平行，安裝高度為(238±2)mm，向內(nèi)充氣至(8.1±0.1)bar，保持30s，然后排氣到空氣彈簧內(nèi)壓為(5.6±0.1)bar，關(guān)閉氣源，保持10min，記錄最后5min的壓力下降值，應(yīng)小于0.1bar。

試驗(yàn)結(jié)果：壓力下降值為0 。圖4為氣密性試驗(yàn)實(shí)況，圖5為氣密性試驗(yàn)結(jié)果。

圖4 空氣彈簧氣密性試驗(yàn)實(shí)況

圖5 空氣彈簧氣密性試驗(yàn)結(jié)果

2.2 外觀檢查

檢查空氣彈簧各零部件表面無劃痕、無明顯外觀缺陷，標(biāo)識清晰。

2.3 其他試驗(yàn)

根據(jù)型式試驗(yàn)大綱，對國產(chǎn)化空氣彈簧進(jìn)行了型式試驗(yàn)，主要包括：橡膠堆試驗(yàn)(黏接強(qiáng)度、垂向靜剛度、定載荷高度、蠕變試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn))、空氣彈簧組成試驗(yàn)(變位能力、壓力載荷、壓力載荷穩(wěn)定性、極限載荷下的外觀、尺寸測量、垂向靜剛度、橫向靜剛度、摩擦因數(shù)試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、爆破試驗(yàn)、疲勞后試驗(yàn))、膠料試驗(yàn)，各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

(1)橡膠堆黏接強(qiáng)度試驗(yàn)。橡膠堆的黏接曲線如圖6所示，橡膠堆無開膠、損傷、裂口等缺陷，且曲線未出現(xiàn)不光滑的抖動。

圖6 橡膠堆的黏接曲線

(2)橡膠堆垂向靜剛度試驗(yàn)。橡膠堆在40kN、79kN、100kN下的垂向靜剛度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，滿足技術(shù)要求。

表1 橡膠堆垂向靜剛度試驗(yàn)結(jié)果

(3)橡膠堆定載荷高度試驗(yàn)。橡膠堆的定載荷高度為156.1mm，橡膠堆外套加工量為6.1mm，加工后橡膠堆高度h為150mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)橡膠堆蠕變試驗(yàn)。橡膠堆在66.5kN下72h的蠕變量為2.79mm，預(yù)測10年的蠕變量4.41mm，滿足技術(shù)要求(72h不大于3mm，10年不大于5mm)。

(5)橡膠堆疲勞試驗(yàn)。橡膠堆的蠕變曲線如圖7所示，168h的蠕變量約為2.97mm。對時(shí)間(分鐘)取以10為底的對數(shù)，結(jié)合對應(yīng)的蠕變量，繪制了蠕變量-時(shí)間對數(shù)曲線(見圖8)，并預(yù)測了10年的蠕變量，橡膠堆在72h及10年的蠕變量分別為2.79mm、4.41mm，均滿足技術(shù)規(guī)范要求。蠕變試驗(yàn)結(jié)束后，橡膠堆無開膠、損傷、裂口等缺陷，符合設(shè)計(jì)要求。

圖7 橡膠堆的蠕變曲線

圖8 蠕變量-時(shí)間對數(shù)曲線

(6)空氣彈簧變位能力試驗(yàn)?？諝鈴椈稍?0kN及100kN下，垂向拉伸70mm、壓縮45mm以及橫向偏移30mm后，未出現(xiàn)漏氣且膠囊未出現(xiàn)脫層、剝離等異常變形，滿足技術(shù)要求。

(7)空氣彈簧載荷-壓力試驗(yàn)?？諝鈴椈稍?0kN、79kN、100kN下的內(nèi)壓值列于表2，滿足技術(shù)要求。

表2 空氣彈簧載荷-壓力試驗(yàn)結(jié)果

(8)空氣彈簧載荷-壓力穩(wěn)定性試驗(yàn)。不同高度下的載荷值列于表3。

表3 壓力載荷穩(wěn)定性結(jié)果

(9)極限載荷下的外觀檢查。檢查空氣彈簧外表面，未出現(xiàn)撕裂、裂紋等異常現(xiàn)象。

(10)尺寸測量。在疲勞試驗(yàn)前后，分別測量空氣彈簧的限界尺寸，高度及直徑均滿足技術(shù)要求，如表4所示。

表4 空氣彈簧尺寸測量試驗(yàn)結(jié)果 /mm

(11)垂向靜剛度?？諝鈴椈稍?L和35L附加氣室下的垂向靜剛度如表5所示，滿足技術(shù)要求。

表5 空氣彈簧垂向靜剛度試驗(yàn)結(jié)果

(12)橫向靜剛度?？諝鈴椈傻臋M向靜剛度如表6所示，滿足技術(shù)要求。

表6 空氣彈簧橫向靜剛度試驗(yàn)結(jié)果

(13)摩擦因數(shù)?？諝鈴椈稍诖瓜蜉d荷分別為40kN、79kN、100kN時(shí)的摩擦因數(shù)為0.024、0.024、0.023，滿足不大于0.03的技術(shù)要求。

(14)疲勞試驗(yàn)?？諝鈴椈稍诮?jīng)歷20萬次扭轉(zhuǎn)疲勞后，未發(fā)生泄漏，外觀未出現(xiàn)剝離和異常變形等現(xiàn)象，且疲勞后各項(xiàng)試驗(yàn)均符合技術(shù)要求。

(15)空氣彈簧疲勞后試驗(yàn)?？諝鈴椈善谠囼?yàn)后，又分別進(jìn)行了內(nèi)壓-載荷試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、尺寸測量、垂向靜剛度、橫向靜剛度試驗(yàn)，各項(xiàng)結(jié)果均符合要求。

(16)耐壓強(qiáng)度?？諝鈴椈蓛?nèi)壓力達(dá)到3.08MPa時(shí)未發(fā)生破壞，滿足耐壓強(qiáng)度不小于2.0MPa的技術(shù)要求。

3 產(chǎn)品運(yùn)用情況

自國產(chǎn)化空氣彈簧裝車以來，使用狀態(tài)良好，未出現(xiàn)龜裂、脫層、鼓包、凹陷、穿孔、破裂、金屬件及其他部件變形現(xiàn)象，運(yùn)用14個(gè)月以來，列車運(yùn)行約25萬km，空氣彈簧各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)要求。

2013年5月21—24日，邀請有資質(zhì)的第三方對裝用國產(chǎn)化空氣彈簧與裝用原型空氣彈簧的車輛分別按照GB/T5599和UIC513標(biāo)準(zhǔn)的要求處理，得到平穩(wěn)性指標(biāo)和舒適性指標(biāo)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析，可以得出如下結(jié)論：

(1)在相同試驗(yàn)條件下，裝用國產(chǎn)化空氣彈簧車輛的垂向及橫向平穩(wěn)性指標(biāo)均為優(yōu)，其平穩(wěn)性指標(biāo)滿足GB/T5599標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;

(2)在相同試驗(yàn)條件下，裝用國產(chǎn)化空氣彈簧車輛的舒適性指標(biāo)除80km/h屬中等舒適性等級外，其他測試速度級均達(dá)到UIC513中“好”的舒適性等級;

(3)在相同路況和運(yùn)行速度的各區(qū)段下，裝用國產(chǎn)化空氣彈簧車輛和裝用進(jìn)口空氣彈簧的車輛具有相同的平穩(wěn)性和舒適性評價(jià)等級，說明國產(chǎn)化的空氣彈簧減振性能與進(jìn)口空氣彈簧的減振性能相當(dāng)。

4 結(jié)論

經(jīng)過長期運(yùn)營跟蹤以及平穩(wěn)性測試，結(jié)果表明國產(chǎn)化的空氣彈簧減振性能與進(jìn)口空氣彈簧的減振性能相當(dāng)，滿足裝車使用要求，可與國外進(jìn)口原型空氣彈簧互換。國產(chǎn)化空氣彈簧不僅價(jià)格低，降低了車輛維修成本，而且縮短了產(chǎn)品采購周期，方便運(yùn)營和檢修。□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)01-0028-03

2015-03-06

萬 宇(1984-)，男，本科學(xué)歷，工程師，從事地鐵維修工作。

U

B