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        高速動(dòng)車(chē)組塞拉門(mén)密封膠條國(guó)產(chǎn)化研究與應(yīng)用

        2021-04-02 12:40:34唐江洲郭丹陽(yáng)郝增濤姚開(kāi)法
        商品與質(zhì)量 2021年7期
        關(guān)鍵詞:門(mén)扇膠條密封膠

        唐江洲 郭丹陽(yáng) 郝增濤 姚開(kāi)法

        1.南京康尼電子科技有限公司 江蘇南京 210046

        2.中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司 吉林長(zhǎng)春 130062

        3.43南京康尼機(jī)電股份有限公司 江蘇南京 210038

        近年來(lái),隨著中國(guó)高鐵的飛速發(fā)展,早期運(yùn)營(yíng)的車(chē)輛逐步達(dá)到了高級(jí)修里程要求,并回廠進(jìn)行高級(jí)修檢修。在五級(jí)修檢修期間塞拉門(mén)系統(tǒng)需要下車(chē)分解檢修,其中門(mén)扇部件中的密封膠條為橡膠件,保證門(mén)系統(tǒng)具有良好的氣密性能和水密封性能。在五級(jí)修檢修時(shí),密封膠條達(dá)到壽命極限需要進(jìn)行更換[1]。原密封膠條屬于進(jìn)口件,采購(gòu)和制造周期長(zhǎng)、成本高,不能滿足國(guó)內(nèi)的檢修周期。若提前儲(chǔ)備物料容易導(dǎo)致密封膠條的實(shí)際裝車(chē)壽命縮短。為適應(yīng)國(guó)內(nèi)檢修車(chē)輛的周期和成本需求,研究開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化替代方案。

        1 密封膠條結(jié)構(gòu)原理

        1.1 密封原理

        密封膠條安裝在門(mén)扇四周型材安裝槽內(nèi),塞拉門(mén)關(guān)閉、輔助鎖壓緊后,密封膠條壓縮,與門(mén)框密封面貼合,形成密閉空間,如下圖1所示:

        圖1 塞拉門(mén)系統(tǒng)密封原理示意圖

        密封膠條的理論壓縮量為5mm,靜態(tài)載荷下,輔助鎖氣缸在4.5bar氣壓下鎖閉的輸出力需要等效膠條壓縮5mm的反彈力,影響膠條反彈力的重要因素為材質(zhì)硬度。

        1.2 工作要求

        由于密封膠條長(zhǎng)期暴露在車(chē)輛外側(cè),且車(chē)輛運(yùn)營(yíng)區(qū)間廣泛,北至哈爾濱南至海南,因此要求密封膠條工作溫度范圍為-40至+80℃。在高原地區(qū)為滿足強(qiáng)紫外線要求,密封膠條應(yīng)具有良好的耐老化性。同時(shí)為適應(yīng)雨雪天氣,密封膠條還應(yīng)具有一定的耐腐蝕性。在上述工作環(huán)境中,密封膠條的更換周期為480萬(wàn)公里或12年。

        2 膠條國(guó)產(chǎn)化方案

        2.1 膠條失效模式

        在正常使用條件下,密封膠條的失效模式有以下幾種:

        (1)膠條彈性降低,輔助鎖解鎖完畢后,門(mén)扇無(wú)法及時(shí)從密封門(mén)框中脫離;

        (2)膠條硬度降低,在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后,出現(xiàn)裂紋;

        (3)膠條老化,化學(xué)成分發(fā)生變化,喪失密封功能。

        基于現(xiàn)在成熟的國(guó)產(chǎn)化八字密封膠條材質(zhì),結(jié)合進(jìn)口膠條Y1結(jié)構(gòu)以及工作狀態(tài),在其基礎(chǔ)上優(yōu)化了硅烷偶聯(lián)劑、增強(qiáng)劑,并確定國(guó)產(chǎn)化膠條Y2。

        2.2 密封膠條彈性分析

        截取3組進(jìn)口膠條試樣Y1,試制3組國(guó)產(chǎn)試樣Y2,試樣長(zhǎng)度L=50mm,并試制檢測(cè)工裝檢測(cè),檢測(cè)膠條反彈力。試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示,通過(guò)下圖可以發(fā)現(xiàn):

        (1)國(guó)產(chǎn)膠條在曲線基本與進(jìn)口膠條曲線類(lèi)似,國(guó)產(chǎn)膠條在整個(gè)壓縮過(guò)程產(chǎn)生的反彈力的趨勢(shì)能夠達(dá)到進(jìn)口膠條水平;

        圖2 進(jìn)口膠條和國(guó)產(chǎn)膠條的反彈力對(duì)比圖

        (2)在最大壓縮量5mm時(shí),國(guó)產(chǎn)膠條的反彈力略大于進(jìn)口膠條,在相同的輔助鎖壓縮量下,國(guó)產(chǎn)膠條的反彈力大于進(jìn)口膠條,進(jìn)而能夠提高門(mén)系統(tǒng)的密封性能,門(mén)系統(tǒng)能夠適應(yīng)更加惡劣的運(yùn)營(yíng)環(huán)境,在進(jìn)口隧道瞬間或者兩列高速動(dòng)車(chē)組交匯瞬間能夠更好吸收氣流的沖擊,保證列車(chē)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。同時(shí)在列車(chē)到站,門(mén)系統(tǒng)在集控命令下輔助鎖完成解鎖,門(mén)扇更容易從密封門(mén)框中分開(kāi),能夠降低門(mén)系統(tǒng)的故障率,提高門(mén)系統(tǒng)的可靠性[2]。

        2.3 膠條強(qiáng)度分析

        試制3個(gè)國(guó)產(chǎn)密封膠條組件,并準(zhǔn)備3個(gè)進(jìn)口膠條組件,在3個(gè)國(guó)產(chǎn)密封件膠條組件中每個(gè)密封膠條組件截取兩組膠條試樣,同樣在3個(gè)進(jìn)口膠條組件中每個(gè)密封膠條組件截取兩組膠條試驗(yàn),共有12組試樣,如下表1所示。

        表1 國(guó)產(chǎn)膠條和進(jìn)口膠條試樣

        膠條強(qiáng)度試驗(yàn)流程如下圖3所示:

        圖3 膠條強(qiáng)度試驗(yàn)流程

        邵氏硬度試驗(yàn)、拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)、拉斷伸長(zhǎng)率試驗(yàn)結(jié)果如下圖4、圖5、圖6所示:

        圖4 進(jìn)口膠條和國(guó)產(chǎn)膠條的邵式硬度對(duì)比圖

        圖5 進(jìn)口膠條和國(guó)產(chǎn)膠條的拉伸強(qiáng)度對(duì)比圖

        圖6 進(jìn)口膠條和國(guó)產(chǎn)膠條的拉斷伸長(zhǎng)率對(duì)比圖

        通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出:

        (1)國(guó)產(chǎn)膠條的邵氏硬度高于進(jìn)口膠條,膠條的硬度特性與膠條的反彈力存在著部分重疊,適當(dāng)?shù)奶岣哂捕瓤梢蕴岣吣z條的反彈力,同時(shí)能夠降低膠條抵御外物刺破的風(fēng)險(xiǎn)。在85℃×168h的老化試驗(yàn)室后,硬度的變化率,國(guó)產(chǎn)膠條硬度只增加了6%,而進(jìn)口膠條硬度增加了10%,國(guó)產(chǎn)膠條硬度變化率幾近進(jìn)口膠條的一半,國(guó)產(chǎn)膠條的硬度以及抗老化性要優(yōu)于進(jìn)口膠條[3]。

        (2)國(guó)產(chǎn)膠條的拉伸強(qiáng)度低于進(jìn)口膠條拉伸強(qiáng)度,其拉斷伸長(zhǎng)率略低于進(jìn)口膠條。在老化試驗(yàn)后,國(guó)產(chǎn)膠條的拉伸強(qiáng)度只降低了6%,而進(jìn)口膠條拉伸強(qiáng)度降低了17%,國(guó)產(chǎn)膠條的拉斷伸長(zhǎng)率在老化后降低了15%,進(jìn)口膠條的在老化后降低了19%。綜上所述國(guó)產(chǎn)膠條的穩(wěn)定性?xún)?yōu)于進(jìn)口膠條。

        從密封膠條實(shí)際使用工況分析,門(mén)扇在開(kāi)門(mén)情況下,密封膠條不受拉伸力;門(mén)扇在關(guān)閉情況,理論狀態(tài)下密封膠條受擠壓力。門(mén)扇在安裝調(diào)試時(shí)無(wú)法達(dá)到與門(mén)框絕對(duì)平行,在鎖閉過(guò)程中整個(gè)密封膠條與密封門(mén)框無(wú)法同時(shí)接觸,在受輔助鎖外力壓縮過(guò)程中,門(mén)扇的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)法絕對(duì)垂直于車(chē)體,因此整個(gè)密封膠條無(wú)法均勻的壓縮在門(mén)框的密封面上,壓縮前后的時(shí)間差異可能造成密封膠條在局部區(qū)域產(chǎn)生拉伸,根據(jù)密封界面設(shè)計(jì)安全余量Lt=2mm。

        密封膠條在車(chē)長(zhǎng)方向的最大拉伸延伸率λx為:

        Wx-密封膠條在車(chē)長(zhǎng)方向的總長(zhǎng)度。

        密封膠條在垂直于車(chē)體底面方向的最大拉伸延伸率λy為:

        Wy-密封膠條在垂直于車(chē)體底面方向的總長(zhǎng)度。

        取Wx=1030mm,Wy=2280mm,并計(jì)算兩個(gè)方向的延伸率為λx=0.19%,λy=0.087%:國(guó)產(chǎn)膠條拉伸強(qiáng)度以及拉斷伸長(zhǎng)率滿足設(shè)計(jì)要求。

        2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

        (1)樣件試驗(yàn)。根據(jù)圖紙?jiān)囍泼芊饽z條,安裝到試驗(yàn)臺(tái)架上模擬30萬(wàn)次全壽命試驗(yàn),其中每5萬(wàn)次進(jìn)行1次門(mén)功能試驗(yàn)、水密試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)。待耐久性試驗(yàn)完成后進(jìn)行10萬(wàn)次沖擊振動(dòng)試驗(yàn),其中每5萬(wàn)次再進(jìn)行門(mén)功能試驗(yàn)、水密試驗(yàn)以及氣密試驗(yàn)。試驗(yàn)流程圖如下圖7所示:

        圖7 膠條強(qiáng)度試驗(yàn)流程如下圖

        國(guó)產(chǎn)膠條耐久性試驗(yàn)結(jié)果如下表2所示:

        表2 國(guó)產(chǎn)膠條耐久性試驗(yàn)結(jié)果

        (2)裝車(chē)試驗(yàn)。樣件型式試驗(yàn)通過(guò)鑒定后,在現(xiàn)車(chē)上試裝一列車(chē)國(guó)產(chǎn)密封膠條,經(jīng)過(guò)接近3個(gè)月10萬(wàn)公里的運(yùn)營(yíng)考核,塞拉門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作良好,解鎖無(wú)異常,門(mén)控器中無(wú)該故障記錄,滿足運(yùn)營(yíng)考核要求。

        3 結(jié)語(yǔ)

        針對(duì)密封膠條的主要失效模式,結(jié)合進(jìn)口膠條結(jié)構(gòu)以及工作狀態(tài),通過(guò)優(yōu)化材質(zhì)提出了密封膠條國(guó)產(chǎn)化方案。通過(guò)邵氏硬度試驗(yàn)、拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)、拉斷伸長(zhǎng)率試驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)考核結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)化膠條完全能夠替代進(jìn)口膠條,可有效降低檢修維護(hù)成本,滿足檢修車(chē)輛的周期和成本需求。

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