1、43试验检测文章编号：1 0 0 7-6 0 34（2 0 2 3）0 4-0 0 4 3-0 6D0I:10.14032/j.issn.1007-6034.2023.04.012B2型地铁轴箱橡胶弹簧国产化应用研究朱玉生，秦美婷（南京地铁集团运营有限责任公司，江苏南京2 1 0 0 0 0）摘要：轴箱弹簧作为城市轨道交通车辆一种重要的弹性元件，为转向架提供柔性支撑和定位作用。文章在对B，型地铁车辆原有轴箱弹簧性能参数和技术对比、型式试验和转向架静载试验的基础上提出国产化改进方案。通过实际运行研究，国产化轴箱橡胶弹簧运行状态良好，能够满足B2型地铁车辆运行要求。本次国产化应用为Bz型地铁车辆提
2、供数据支持和技术参考。关键词：地铁车辆；轴箱橡胶弹簧（一系簧）；国产化；型式试验；装车试验中图分类号：U279.4文献标识码：BB2型地铁车辆所用转向架平台多为海外引进，通过国内主机厂改进并自主制造的转向架运营平台，目前国内市场主要有苏州、杭州、沈阳和无锡等地铁项目，该转向架是一种普遍的B，型车所拥有的的平台，国内乃至世界市场需求量较大。B，型地铁车辆用转向架在引进时对其中一些关键部件进行了国产化替代，但轴箱橡胶弹簧（以下简称“轴箱弹簧”）仍然为进口产品。经调查研究，国内众多地铁公司相继实现国产化替代，而且装车后运行良好，进一步提高了B，型地铁车辆轴箱弹簧维修质量，提高了乘坐舒适性，同时大幅降
3、低了运营成本。本文通过对B，型地铁车辆国产化轴箱弹簧型式试验、装车试验等系列试验验收后，表明轴箱弹簧国产化改造能够满足运营要求并推广使用。1轴箱弹簧关键技术1.1轴箱弹簧特点轴箱弹簧，又称叠层橡胶弹簧，结构简单，安装方便，材料为橡胶，具有一定的阻尼，对地铁车辆具有减振、降噪的功效，安装于轴箱和构架间，外部最大尺寸满足装配要求，不能有干涉现象。其外形及安装尺寸如图1 所示。轴箱弹簧在弹簧径向加工缺口槽，可实现横向、纵向和垂向不同的定位刚度，以适应轴箱在3个方向无间隙、无磨损的弹性定位 ，还能减小车轮和钢轨的磨耗、冲角、转向架的摆动及运行噪音。1.2轴箱弹簧物理特性轴箱弹簧作用力分垂直方向和水平方
4、向。垂直收稿日期：2 0 2 2-0 4-1 4作者简介：朱玉生（1 9 8 8 一），男，工程师，硕士。5图1轴箱弹簧外形及安装尺寸图方向作用力能够承受支撑、衰减车辆运行过程中的振动；水平方向作用力具有传递车辆轮对行进方向的导向力且具有柔性变形的能力，保证地铁车辆通过曲线路段的安全性，降低轮对与轨道间的磨耗。轴箱弹簧物理特性分析见表1。表1轴箱弹簧物理特性分析表物理特性性能要求满足安全性能、舒适性要求的重要参数，对脱轨静态垂向刚度系数影响很大压缩高性能满足车辆界限要求，与车辆安装高度直接相关水平刚度影响车辆的水平稳定性和车辆通过曲线的能力蠕变特性在运行过程中会对构架高度产生一定影响疲劳特性验
5、证产品是否能够满足设计寿命1.3轴箱弹簧国产化目标轴箱弹簧国产化产品关键技术应与进口产品保持一致，外形及安装尺寸应完全符合原车备件尺寸的要求，试验数据与进口产品技术参数对比后应在原车轴箱弹簧标准范围内，能够满足原车轴箱弹簧的使用要求。1.4轴箱弹簧技术参数对比原车轴箱弹簧与国产化产品技术参数对比如表2所示。以拖车轴箱弹簧为例进行对比分析，国产44机车车辆工艺第4 期2 0 2 3年8 月试验检测化轴箱弹簧样件的外观尺寸、涂漆与原车基本相同，寿命期内蠕变量、静态垂向刚度、静态横向刚度、纵向刚度及垂向挠度等技术参数试验数据在原车标准范围内，能够满足原车轴箱弹簧的使用要求。表2拖车轴箱弹簧技术参数对
6、照表技术参数样件对比AWOAW1AW2AW3是否符合原标准15.3116.9624.0526.35垂向载荷/kN国产化15.3116.9624.0526.35是原标准0.70(1 10%)静态垂向刚度/kNmm国产化0.710.73是原标准2.45(115%)2.60(115%）3.60(115%）静态横向刚度/kNmm-1国产化2.352.402.542.603.153.19是原标准3.30(115%)3.50(1 15%)4.30(1 15%)纵向刚度/kNmm-1国产化3.133.183.303.704.414.46是原标准227 1AWO时的压缩高/mm国产化226.1226.3是原标
7、准10寿命期内蠕变量/mm国产化8.8是2国产轴箱弹簧型式试验及分析为了验证国产化产品是否能够替代原有车轴箱弹簧，需要进行一系列的型式试验2 ，根据行业标准TB/T2843一2 0 1 5机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件和EN139132003铁路设施、橡胶悬挂元部件、橡胶基机械部件来设计国产化产品性能测试方法，并通过对比试验验证产品能否满足各项技术参数要求，分析与原有车轴箱弹簧的差异性，最终确定国产化替代方案。下面以拖车轴箱弹簧型式试验为例进行分析各项关键技术参数。2.1静态垂向刚度试验垂向以1 50 mm/min速度在0 34.3kN0范围内连续加载3个循环，记录第3个循环的载荷变形曲线
8、，在加载阶段计算0 1 5.31 kN、0 1 6.9 6kN、0 2 4.0 5k N及0 2 6.35kN间的割线刚度。静态垂向刚度试验方法如图2 所示，试验结果见表3，曲线见图3。图2静态垂向刚度试验方法表3轴箱弹簧静态垂向刚度试验结果计算范0 15.310 16.96024.05026.35围/kN要求/0.7(110%）即（0.6 3 0.7 7)(Nmm)试验1#0.730.730.710.72合格结果/(Nmml)2#0.730.720.710.72合格4035301#2520152#105001020304050位移/mm图3静态垂向刚度试验曲线从试验结果看，静态垂向刚度能满足
9、原车轴箱弹簧技术规范要求；从曲线上看，抽取2 个轴箱弹簧曲线形态一致，表明国产化产品性能一致能达到原车进口轴箱弹簧的垂向刚度性能2.2静态横向刚度试验垂向以1 50 mm/min的速度施加垂向预载至15.31kN并一直保持；横向以2 0 mm/min的速度在-5+5mm的范围内连续加载3个循环；记录横向方向第3条循环曲线，并计算横向位移-5+5mm间的横向刚度。按照上述方法，测量垂向预载为1 6.9 6 kN及2 4.0 5kN下的横向刚度。静态横向45朱玉生，秦美婷B2型地铁轴箱橡胶弹簧国产化应用研究刚度试验方法如图4 所示，试验结果如表4 所示，试验曲线如图5所示垂向载荷横向载荷图4 青静
10、态横向刚度试验方法表4轴箱弹簧静态横向刚度试验结果垂向载荷/kN15.3116.9624.05计算范围横向/mm5+5要求/2.45(115%)2.63.6(kNmm)试验1#2.352.543.15合格结果/(kNmm)2#2.402.603.19合格静态横向刚度试验曲线-1#201515.31kN1016.96kN5N/24.05kN0-5-10-15-20-8-6-4-202468位移/mm静态横向刚度试验曲线-2#252015.31kN1516.96kN1024.05kN50-5-10-15-20-25-8-6-4-202468位移/mm图5静态横向刚度试验曲线从试验结果来看，国产化轴
11、箱弹簧能够略低于要求值，但是能满足原车轴箱弹簧标准范围，空载下的静态横向刚度是关键。在空载状态下，横向刚度越小机车车辆稳定性越差；随着车辆载荷的增加，由于轴箱弹簧的特性，横向刚度会逐渐增加；但是横向刚度增加过快的时候，AW2状态下给轮对造成更大的磨损。2.3压缩高试验垂向以1 50 mm/min的速度在0 34.3kN0的范围内连续加载3个循环；每个循环无间隔，完成3个循环后，继续以1 50 mm/min速度施加垂向载荷至1 5.31 kN并保持30 s，测量轴箱弹簧在垂向载荷15.31kN下的压缩高。记录压缩高试验曲线和产品在1 5.31 kN下的压缩高。试验方法如图6 所示，试验结果如表5
12、所示，试验曲线如图7 所示H图6压缩高试验方法表5压缩高试验结果mm项目硫化体高度垫片厚度成品高度判定要求22322803227 1试验1#226.30226.3合格结果2#226.10226.1合格18161412NY/1#1082#64200510152025位移/mm图7压缩高试验曲线图通过型式试验得出，随机抽取的2 个轴箱弹簧压缩高试验结果能够满足原始技术规范要求与车辆的装车高度，并能控制在较小的误差范围内，能够稳定地控制装车的高度。2.4变试验以1 50 mm/min的速度加载至2 6.35kN，并保持该载荷7 天，当蠕变性能稳定后结束试验。记录位移和温度变化情况，遵循原则：0 2
13、h，每1 0 min记录一次；2 2 4 h，每1 h记录一次；2 4 7 2 h，每2h记录一次；7 2 1 6 8 h，每8 h记录一次；绘制蠕变曲线，并预测1 0 年寿命期的蠕变量。蠕变试验完成后，在（2 32）的环境中恒温2 4 h后测量产品的静态垂向刚度、压缩高以及静态横向、纵向刚度。蠕变试验方法如图8 所示，结果如表6 所示，试验曲线如图9 所示，试验预测曲线如图1 0 所示。46机车车辆工艺第4 期2 0 2 3 年8 月试验检测图：蠕变试验方法表6蠕变试验结果项目试验前试验后变化率要求判定AWO下静态垂向0.730.72-1.4%15%合格刚度/(kNmm=1)压缩高/mm22
14、6.1226.0-0.15合格AWO下静态横向2.402.36-1.67%参考刚度/(kNmm-1)AWO下静态纵向3.183.13-1.57%参考刚度/(kNmm-196 h内蠕2.365合格变量/mm预测1 0 年7.610合格蠕变量/mm32.521.510.50020406080100120140 160180时间/h图9蠕变试验曲线图876wu/鲁亚輝543210一10100100010000100000时间/h图1 0蠕变预测曲线图从试验结果来看，国产化轴箱弹簧9 6 h内变量较小，不到原进口产品要求一半的量。根据试验内容AWO状态下静态垂向刚度、压缩高变化率较小。型式试验中的蠕变
15、量能直接反应出装车后静调时高度的变化。根据9 6 h内的蠕变量进一步可以预测1 0 年内的蠕变量，并且1 0 年内的蠕变量仍能满足蠕变要求。2.5疲劳试验试验前，将产品在（2 32）下恒温2 4 h，测量静态垂向刚度和压缩高。疲劳试验条件，垂向载荷26.35kN，垂向振幅1 0.5mm，频率2 4 Hz，次数200万次。试验中观察橡胶型面和测量产品表面温度，拍摄照片并做好记录，如果橡胶表面温度超过40，可适当降低试验频率或者使用风扇降温。试验中每1 0 0 万次测量产品的静态垂向刚度和压缩高（室温恒温停放1 2 h后测量）。试验后，对产品进行目视检查，记录产片外观情况；并在（2 32）室温下恒
16、温2 4 h，测量静态垂向刚度和压缩高。试验结果如表7 所示，疲劳前后性能试验曲线如图1 1 所示。表7疲劳试验结果静态垂向刚度/（kNmm-1压缩高项目外观/mm15.3116.9624.0526.35疲劳前0.730.720.710.72226.1完好试验结果0.700.690.680.69225.1100样品万次变化率-4.0%-3.6%-3.9%0-4.8%-1.0完好试验结果0.67 0.67 0.660.66224.32200样品万次变化率-7.6%-7.2%-7.5%-8.4%-1.78完好要求15%5完好判定合格合格 合格疲劳试验-静态垂向刚度试验曲线4035疲劳前30100万次25200万次201510500102030405060位移/mm疲劳试验-压缩高试验曲线1816疲劳前14100万次12一2 0 0 万次10864200510152025位移/mm图1 1疲劳前后性能试验曲线图47B2型地铁轴箱橡胶弹簧国产化应用研究朱玉生，秦美婷疲劳试验后对国产化产品进行外观检查，经过100万次和2 0 0 万次疲劳试验后产品无裂纹、开胶等情况出现，从静态垂向刚度和压缩高变