轨道车辆用金属橡胶复合轴箱弹簧的蠕变

1、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降噪特性的同时，又有一个令我们困扰的特点原因以及发展规律，分析产品蠕变对轨道车 蠕变。辆运行的影响，探讨减低产品蠕变的工程方橡胶是一种粘弹性材料，它表现为介乎弹性固法和产品装配预调整的措施，保证金属橡胶 体和粘性液体之间的所有性质，具体说就是橡胶的复合轴箱弹簧的正常使用，减少车辆运行中 性质对时间和温度有强烈的依赖性，粘弹性体（橡的蠕变补偿维护工作量。胶）的变形不仅和当时作用的外力大小有关，而且关键词 ：轨道车辆；橡胶；轴箱弹簧；静蠕和温度的改变、力的作用时间以及加载历史都有关，变；动蠕变；高度H；补偿

2、；维护这就是橡胶的蠕变特性。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图 1广泛采用钢轴箱弹簧（图1 ）或金属橡胶复1 静蠕变和动蠕变合轴箱弹簧（图 2 ）。钢弹簧由于金属材料静蠕变就是指加载到橡胶材料上的载荷的特点，其蠕变非常小，在设计及使用过程稳定在某恒定值后， 虽然载荷已不再增加， 但中，我们通常是不考虑其蠕变的，而金属橡橡胶的变形随着时间的推移仍在继续进行，这胶复合轴箱弹簧，因为其承载、减振的主体种特性和现象，我们称之为橡胶的蠕变， 准确是高分子材料 橡胶，它在具备优良减振1的说这是

3、橡胶材料的静蠕变（恒定静2 蠕变对车辆运行的影响载作用下的蠕变），当对橡胶材料施以通常情况下，一个转向架上的8 个轴箱弹动态载荷，并在其作用一段时间后，簧将构架与轴箱连接在一起，轴箱弹簧柔性支当载荷恢复到动载作用前的某静态载撑并固定构架，保证车辆运行动力学性能，减荷，橡胶的变形继续增大的部份，我少轮轨振动向构架的传递， 保证车辆运行品质。们称之为动蠕变。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（

4、如：北京地铁B型车要求为 4mm 以内），而这些要求几乎完全图 2由轴箱弹簧来实现，而金属橡胶复合轴箱弹簧在金属橡胶复合轴箱弹簧上，橡胶的蠕变给这种保证带来了很大的不确定性，这的蠕变反映为产品承载高度H1 和 H2 的就是我们为什么对金属橡胶复合轴箱弹簧蠕变降低（图 3）。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 所示某产图 3品 31 天的静蠕变为2mm ，按我们的通常的推2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2.5m

5、m左右，但在实际应用中，蠕变并未像我北京地铁 B型车轴箱弹簧运行期间蠕变发生测量数据1614）12mm（变10蠕864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。深圳地铁轴箱弹簧（动车）静蠕变曲线2.502.00)1.50mm(变蠕 1.000.500.000 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000时间（ min）图 4深圳地铁轴箱簧蠕变趋势（H高度减低测767

6、472m 70m（度 68高H 666462600510152025运 行 里 程 （ 万 k M）图 5200510152025里程（万千米）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（12 年）蠕变占到全部蠕变的80 左右。深圳地铁轴箱弹簧全寿命蠕变趋势12108）mm（ 6变蠕42010160102030405060708090100110120130

7、1015运行里程（万千米）10461045RWRGRB图 7RG1RW1RB1理论曲线4 蠕变的补偿维护30 如前35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3范围内，当蠕变发生，这一参数如果超虑所有蠕变，该型车在装配时H 尺寸调整为过范围，我们就必须采用加垫调高进行50 52mm 比较合适，这样调整后，车辆投入补偿，而这一工作在地铁车辆运行现场运行至轴箱弹簧寿命到期，我们都无需进行蠕进行是一项非常麻烦和困难的事情，也变的加垫补偿。是运营商特别抱怨的事情。5 减少蠕变的工程设计方法当我们完整地了解轴箱弹簧的蠕变从产品节构我们可以看出（图8），金属构成和发展规律后

8、，我们就可以准确地橡胶复合轴箱弹簧中，弹性体橡胶在承载时，预调高构架与轴箱间的装配距离，使车既承受压变形 Sy ，又承受剪变形 Sj，因此，在辆投入运行后，在一个较短的时间内，产品设计和制造时，我们就必需考虑橡胶的特构架与轴箱间的距离回落到理想范围，性和弹性体的几何形状， 以避免产品蠕变过大。并在车辆运行的相当长时间内无需再对具体说，我们可以从以下几个方面采取措蠕变进行补偿。施来降低产品蠕变：如某型地铁车辆，运行理想 H 值为A 选用性能优异的橡胶45 5mm ，装车时 H 为 47 49mm ，组B 选取合适的锥度角装后 2 3 天 H 为 45 47mm 。该型车C 选取较小的橡胶厚度所用

9、轴箱弹簧的蠕变为 10mm 左右，若图 9 所示为某轴箱弹簧采取上述措施后，按上述参数设定，当装配时H 取下限产品动蠕变的改进情况对比（垂向疲劳100047mm ，装车 2 3 天，静蠕变将发生万次）。原产品动蠕变为 57.5mm ，改进后产2mm 左右，上线运行 1 年左右，动蠕变品为 3mm 。可以看出，采用上述工程设计方法又将发生 5mm 左右，此时会有相当一对降低蠕变是有效的。部分轴箱弹簧需要进行加垫补偿方能保证理想 H 值 455mm 。因此，精确地考4减少蠕变和适应蠕变的一些方法，试图通过对蠕变规律的了解和工程方法的采用，确保轴箱弹簧蠕变性能得以提升，并减少车辆运行后对轴箱弹簧蠕变的补偿工作量，保证车辆正常可靠运行。图 801000万次疲劳试验产品压缩高变化（动蠕变）曲线215新配方新工艺产品213参考文献：211）mm（度 209高粘弹性力学基础 蔡峨压缩207205原配方原工艺产品20301002003004005006