摘 要：軸向橡膠墊是交叉支撐與側(cè)架連接部件之一，為實(shí)現(xiàn)軸向橡膠墊壽命周期與修程修制匹配，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)向架檢修工藝，減少檢修工作量，提高檢修效率。本文論述了交叉支撐轉(zhuǎn)向架核心部件之軸向橡膠墊結(jié)構(gòu)改進(jìn)與技術(shù)優(yōu)化方案、膠料性能、仿真分析、試制、試驗(yàn)等研究情況，產(chǎn)品性能在長(zhǎng)壽命聚氨酯彈性墊和在役產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，增加耐臭氧老化性能、熱老化性能要求，常規(guī)、強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)次數(shù)分別達(dá)到400、100萬(wàn)次，較在役產(chǎn)品分別增加1倍、5.67倍。長(zhǎng)壽命軸向橡膠墊彈性壓縮變形量及回彈能力較在役產(chǎn)品提升2倍以上，剛度及表面狀態(tài)較在役產(chǎn)品明顯改善，使用壽命滿足12年或180萬(wàn)km的使用要求。

關(guān)鍵詞：軸向橡膠墊；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；仿真；試制；試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TQ336.4+7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）10-0050-04

Research on the improvement of axial rubber pad structure and technical optimization of railway wagons

YANG Erbin1，ZHANG Zhao2，DUAN Shihui2，XU Shifeng2

（1. China Energy Railway Equipment Co.，Ltd.，Beijing 100011，China）

（2. CRRC Qiqihar Rolling Stock Co.，Ltd.，Qiqihaer 161002，Heilongjiang China）

Abstract：The axial rubber pad is one of the connecting parts between the cross support and the side frame，whichcan match the life cycle of the axial rubber pad with the repair process，and further optimize the bogie maintenanceprocess，reduce the maintenance workload and improve the maintenance efficiency. On the basis of long-life poly?urethane elastic pads and in-service products，the product performance increases the requirements of ozone aging re?sistance and thermal aging performance，and the number of conventional and strengthened fatigue tests reaches4 million and 1 million times respectively，which is 1 time and 5.67 times higher than that of in-service products.The elastic compression deformation and rebound capacity of the long-life axial rubber pad are more than 2 timeshigher than those of in-service products，and the stiffness and surface condition are significantly improved comparedwith in-service products，and the service life meets the requirements of 12 years or 1.8 million kilometers.

Key words：axial rubber pad；structural optimization；simulation；trial production；experiment

交叉支撐轉(zhuǎn)向架在我國(guó)鐵路貨車大量裝用[1]，為提高車輛使用效率，降低檢修維護(hù)成本[2]，軸向橡膠墊是交叉支撐與側(cè)架連接部件之一，起到彈性連接作用，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壽命為6年或80萬(wàn)公里[3]。為推動(dòng)產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)軸向橡膠墊的壽命與廠修周期匹配，中車齊車公司聯(lián)合時(shí)代瑞唯、江蘇鐵科和河北騰躍公司對(duì)既有軸向橡膠墊進(jìn)行了運(yùn)用情況調(diào)查和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研制了新型軸向橡膠墊，先后完成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、產(chǎn)品試制和試驗(yàn)等工作。

1軸向橡膠墊應(yīng)用情況

1. 1外觀情況

調(diào)查統(tǒng)計(jì)的11 277個(gè)軸向橡膠墊整體運(yùn)用情況良好，從外觀狀態(tài)看，外觀狀態(tài)正常占74.3%，龜裂占23.7%，貫通裂紋占1.1%，其他外觀缺陷占0.9%，見表1。

現(xiàn)有軸向橡膠墊運(yùn)用超過6年后存在失效情況，調(diào)研過程發(fā)現(xiàn)3例明顯的軸向橡膠墊失效，其使用時(shí)間7～8年，失效原因是鐵件2裂紋和磨耗嚴(yán)重。

軸向橡膠墊龜裂現(xiàn)象均發(fā)生在易光照部分，使用時(shí)間由6年增至8年，龜裂數(shù)量由23.5%增加至36.3%。

1. 2厚度變化情況

經(jīng)對(duì)11 277個(gè)軸向橡膠墊調(diào)研數(shù)據(jù)分析，使用時(shí)間由6年增至8年，其厚度明顯降低，平均厚度由23 mm（變形量1.6 mm）降低至22.81 mm（變形量1.79 mm），變形量增加11.88%。

2軸向橡膠墊結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)方案及膠料性能

根據(jù)軸向橡膠墊作用原理、運(yùn)用工況、現(xiàn)有產(chǎn)品應(yīng)用情況，結(jié)合近年來橡膠材料及制品技術(shù)發(fā)展[4]，確定降低永久變形量、提高耐老化性能、改善橡膠表面龜裂或裂紋為主要方向[5]，同時(shí)考慮全壽命周期成本，具體從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、膠料性能等方面進(jìn)行研究[6]。

2. 1技術(shù)方案

既有軸向橡膠墊和改進(jìn)軸向橡膠墊結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

2. 1. 1結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面

（1）鐵件（1）與鐵件（2）之間增加2.5 mm厚隔板，適當(dāng)降低橡膠硬度；

（2）將鐵件（1）和鐵芯設(shè)計(jì)為一體，降低對(duì)組裝尺寸的影響；

（3）鐵件（1）厚度降低，鐵件（2）與橡膠層厚度增加；

（4）為降低橡膠表面應(yīng)力，側(cè)面橡膠設(shè)計(jì)為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，增加橡膠受力面積，直徑增加5 mm至108 mm。

2. 1. 2金屬件材料選用方面

（1）鐵件（1）及隔板選用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q355B，代替Q235-A；

（2）鐵件（2）材質(zhì)選用冷沖壓低碳鋼DC03，代替Q235-A。

新型軸向橡膠墊降低橡膠應(yīng)力及產(chǎn)品永久變形量。橡膠表面內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，可有效改善橡膠表面應(yīng)力及龜裂現(xiàn)象[7]。

2. 2膠料性能

針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品橡膠壓縮永久變形量大及表面龜裂問題，新型軸向橡膠墊從膠料配方方面進(jìn)行優(yōu)化，

主要有以下2個(gè)方面[8]。

（1）蠕變性能優(yōu)化，提升耐蠕變、回彈及壓縮永久變形性能。?膠料硬度降低，大幅提升回彈性能及蠕變性能；?優(yōu)化配方的填料體系，提升材料的彈性和動(dòng)態(tài)疲勞性能；?優(yōu)化硫化體系，提高交聯(lián)密度及交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)斷裂活化能[9]，從而進(jìn)一步提高橡膠耐老化能力，降低壓縮永久變形；

（2）耐紫外線、耐臭氧及耐熱老化性能優(yōu)化。?采用大分子的對(duì)苯二胺類長(zhǎng)效/短效型防老劑與對(duì)熱氧和疲勞老化有良好防護(hù)作用酮胺類防老劑復(fù)配，提升耐熱氧和耐疲勞老化性能[10]；?優(yōu)化防老劑體系配比；?采用物理防老劑與反應(yīng)型防老劑并用，采用抗臭氧性能的化學(xué)防老劑與雙峰結(jié)構(gòu)的防護(hù)蠟并用，提高異構(gòu)烷烴含量[11]，控制結(jié)晶形態(tài)和成膜厚度，提升耐臭氧性能，以期達(dá)到長(zhǎng)期防護(hù)的效果[12]。

與現(xiàn)有產(chǎn)品橡膠材料性能相比，提高硬度、拉伸強(qiáng)度等4項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，新增直角撕裂強(qiáng)度、耐臭氧老化性能[13]等6項(xiàng)指標(biāo)。

3仿真分析情況

3. 1剛度仿真結(jié)果

在垂向載荷35 kN作用下，新型軸向橡膠墊與現(xiàn)有產(chǎn)品剛度仿真分析結(jié)果如圖3和圖4所示，均滿足Q/CR 548.1（《鐵道貨車轉(zhuǎn)向架（第1部分：交叉支撐轉(zhuǎn)向架）》）的要求。

3. 2靜強(qiáng)度仿真結(jié)果

靜強(qiáng)度各工況下，軸向橡膠墊的應(yīng)力、應(yīng)變結(jié)果見表2。新型軸向橡膠墊金屬件和橡膠應(yīng)力明顯降低，橡膠應(yīng)力降低50%以上。

3. 3疲勞壽命分析結(jié)果

軸向橡膠墊橡膠的疲勞壽命評(píng)估結(jié)果見表3，應(yīng)力云圖如圖5所示。新型軸向橡膠墊較現(xiàn)有產(chǎn)品疲勞壽命增加213%。

4新型軸向橡膠墊試制及試驗(yàn)

4. 1產(chǎn)品試制

產(chǎn)品試制由時(shí)代瑞唯、江蘇鐵科、河北騰躍公司完成，試制后產(chǎn)品外觀良好，鐵件（1）和鐵件（2）表面平整，橡膠表面光滑，無(wú)粘接不牢等外觀問題，產(chǎn)品外觀尺寸合格。

新型軸向橡膠墊產(chǎn)品剖切后，產(chǎn)品內(nèi)部膠料分布均勻，隔板未出現(xiàn)變形，整體滿足設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品內(nèi)部剖開實(shí)物圖如圖6所示。

4. 2產(chǎn)品性能試驗(yàn)

對(duì)新型軸向橡膠墊進(jìn)行靜態(tài)剛度試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、臭氧老化試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)及工況適應(yīng)性試驗(yàn)[15]。

（1）靜態(tài)剛度及變形量試驗(yàn)情況，結(jié)果見表4和表5。

（2）產(chǎn)品高溫、低溫、熱老化及耐臭氧試驗(yàn)情況，結(jié)果見表6。

（3）對(duì)新型軸向橡膠墊組合件進(jìn)行400萬(wàn)次常規(guī)疲勞試驗(yàn)、100萬(wàn)次強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

（4）交叉桿臺(tái)架疲勞試驗(yàn)按TB/T 3225—2010《鐵路貨車交叉桿組成》之附錄C交叉桿組成疲勞試驗(yàn)載荷循環(huán)350萬(wàn)次，結(jié)果見表8。

5結(jié)語(yǔ)

（1）新型軸向橡膠墊從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、膠料性能、產(chǎn)品性能全面提升長(zhǎng)期運(yùn)用可靠性[15]，形成產(chǎn)品圖紙及技術(shù)條件。在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，增加耐臭氧老化性能、熱老化性能要求，常規(guī)、強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)次數(shù)分別達(dá)到400、100萬(wàn)次；

（2）仿真分析及產(chǎn)品試制、試驗(yàn)結(jié)果表明，新型軸向橡膠墊金屬件和橡膠應(yīng)力明顯降低[16]，橡膠應(yīng)力降低50%以上，疲勞壽命增加213%[17]；產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果滿足技術(shù)條件要求；

（3）新型軸向橡膠墊使用壽命較既有軸向橡膠墊提高2倍，與現(xiàn)行修程修制匹配，可進(jìn)一步提高車輛的使用效率，降低檢修維護(hù)成本[18]。

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