地鐵彈簧組內外彈簧磨碰原因探討

馬永濤

（中車貴陽車輛有限公司，貴州 貴陽 550017）

客戶反饋，中車貴陽車輛有限公司生產的地鐵彈簧在運用過程中有內外彈簧相互磨碰致使油漆脫落的現象。

1 理論分析

調查情況：對彈簧組安裝使用情況進行了觀察，地鐵彈簧組使用時上下都加安裝座，從安裝座的尺寸來看，內簧與外簧之間的間隔距離為6 ～6.5mm。從現場查看的情況來看，檢查了10 列車共計480 組彈簧，其中有8 組彈簧存在磨碰現象，發生比例為1.67%，所有發生磨碰的彈簧組存在一個共同的現象：就是明顯看到發生磨碰的彈簧組內簧與外簧之間的間隔距離不均，磨碰出現在間隔距離小的位置，分布在軸端的方向。

2 試驗裝置和方法

2.1 試驗裝置

為了模擬彈簧組兩端裝有安裝座和車輛運行時彈簧組產生橫向偏移的情況，設計了鋼制彈簧安裝座，主要用于模擬固定彈簧兩端。

2.2 試驗方法

（1）為了驗證是否有彈簧外形尺寸不符合標準要求而導致彈簧在受力時彎曲產生磨碰，選擇了一組裝車使用時磨碰的彈簧。另外，在合格產品中隨機抽取了兩組組彈簧。

（2）為模擬運行時最大載荷狀態是否有內、外簧磨碰現象產生，選取了裝車使用時產生磨碰的彈簧組進行壓縮試驗（圖1、2）。首先將其分別壓縮至止擋載荷并檢查彈簧的垂直度，再將彈簧組壓縮至工作時的最大載荷45.422kN，在內外彈簧之間放白紙，檢查白紙是否有接觸或破損現象。

（3）彈簧的橫向偏移位置及彈簧組的橫向偏移位置與車輛運行中橫移的方向相關性試驗。以前在測量橫向偏移量時我公司是對彈簧組整體進行的。按照歐標EN 13298 的要求，應對內、外彈簧的橫向偏移量在AW0 工況分別進行測量，然后在漂移方向上貼上標識。同時，還應測量內、外彈簧在AW3 工況（外簧22kN,內簧13.3kN）下的橫向偏移方向，要求AW0 和AW3 工況下的漂移方向的夾角小于30°，然后將內、外彈簧用安裝座上下進行定位，上下安裝座加10mm 的水平橫移，將內、外簧的橫向偏移點分別放置在相同的方向、相反的方向、夾角為90°的方向。從AW0 工況加載到AW3 工況，觀察內、外簧是否有磨碰現象。

圖1 彈簧試驗前的狀態

圖2 彈簧試驗時的狀態

3 試驗結果比較與分析

彈簧外形尺寸檢測。從外形尺寸檢測的結果來看，在合格產品中隨機抽取的三組彈簧，對外形尺寸進行檢測全部合格，不存在有外形尺寸不合格的現象。所以，不存在因彈簧外形尺寸不符合標準要求而導致彈簧在受力時彎曲產生磨碰的現象。

最大載荷狀態是否有內、外簧磨碰現象。從測試結果看出，在最大工作載荷下測量其垂直度也都比較小，這樣小的垂直度不足以使彈簧相互磨碰，另外，從實際測試的情況來看，未發現白紙有接觸或破損現象。因此，也不存在壓至最大工作載荷時會發生內、外彈簧磨碰的可能。

彈簧的橫向偏移位置及彈簧組的橫向偏移位置與車輛運行中橫移的方向相關性試驗。從試驗結果來看，10 種不同的擺放位置均沒有內、外彈簧磨碰現象產生。可以這樣理解，彈簧組上下加了安裝座，這相當于將彈簧兩端進行了固定，內、外彈簧之間的距離已經被安裝座鎖定，彈簧組一端移動時彈簧隨安裝座平行移動，引起彈簧橫向彎曲的趨勢較小，橫向移動的距離一般在10mm 以內，試驗中做到20mm，即使是20mm 的橫向偏移量也是一個較小的橫移，這引起彈簧產生橫向彎曲的幅度較小，不足以達到相互磨碰的地步。因此，產生橫向偏移的情況下磨碰的現象也幾乎不存在。

通過比較試驗的結果來看，經過以上多項試驗的檢測和分析，彈簧的外形尺寸、性能均符合標準的要求，并不存在因彈簧性能及尺寸參數不合格而引起的內外彈簧磨碰。

4 磨碰的可能原因探討

4.1 彈簧安裝座的影響

（1）安裝座尺寸的影響。彈簧組兩端加了安裝座，上端為鋼制安裝座，下端為橡膠安裝座，在使用現場不能進行測量，是否存在安裝座尺寸不合適或甚至安裝座用錯的現象不得而知，這需要地鐵車輛制造方和使用方共同協調，對發生磨碰的安裝墊進行更換檢測。

（2）安裝座性能的影響。彈簧組下端有橡膠墊，如果橡膠墊老化或出現彈性不均的情況，在車輛運行的動態情況下，特別是車輛通過彎道和在加速制動時橫向作用力較大的情況下，可能加大彈簧的傾斜彎曲而產生磨碰。

4.2 轉向架軸箱與安裝座接觸的兩個平面的影響

轉向架軸箱與安裝座接觸的兩個平面的平面度及平行度也會影響到彈簧組受力時的垂直度。彈簧組兩端面的平行度及平面度的要求都比較嚴格，從給定參數來看，分別為0.5mm 和1.5mm，而且彈簧組都是經過逐一檢查，平行度及平面度都是符合要求的。但是，如果轉向架軸箱與安裝座接觸的兩平面不平行，存在一定的夾角，與彈簧組端面不平行的因素疊加，會加大彈簧組受力時彎曲的可能性。

總之，產生磨碰的彈簧組有一個共同的現象，就是發生磨碰的彈簧組內簧與外簧之間的間隔距離沒有調整得當，內簧與外簧之間出現一邊間隔距離大、一邊間隔距離小，磨碰出現在間隔距離小的位置，而且都分布在軸端的方向。從檢查彈簧在最大工作載荷下的垂直度來看都在2mm 左右，理論上內簧與外簧之間的間隔距離為6 ～6.5mm，如果考慮最大工作載荷下的垂直度及安裝彈簧組時內簧與外簧之間間隔的距離沒有調整均勻的影響，理論上內簧與外簧之間的間隔距離為2 ～2.5mm，這個間隔距離如果受安裝座及轉向架軸箱與安裝座接觸的兩個平面的影響，加大了磨碰的可能性。

由于受試驗條件的限制，不能完全模擬車輛運行的情況進行試驗，本試驗是在受靜態載荷的情況下進行的，車輛在實際的運行中受力比較復雜，除了受軸向靜態載荷的作用外，還有沖擊載荷和橫向力的作用，在這種情況下，彈簧組內外彈簧磨碰的原因是否與分析一致還需探討。

5 建議

對于已裝車使用的彈簧來說，要徹底解決磨碰的問題只有調整內外彈簧之間的間隔距離才可能解決，而在裝配好的車輛上難以直接進行調整。根據根據調查分析的情況來看，發生磨碰的部位僅僅是面漆被磨掉，底漆還存在，所以未傷及到彈簧本體，即使是磨損到彈簧本體，磨痕也非常細小，而且邊緣也是圓滑過渡的，不會出現凹坑或尖角現象，因而不足以形成應力集中而產生斷裂的現象，所以對彈簧的使用壽命幾乎沒有影響，并不影響彈簧正常使用，因此，建議定期對油漆脫落部位進行補漆處理。

綜合經濟性并從根本性來考慮，建議加大內外彈簧之間的間隔距離，因為彈簧的垂直度按照1.5%H0（H0為彈簧自由高度）來設計，建議彈簧的內外間距按3%H0來設計。當內外彈簧之間的間隔距離足夠大時，內外簧之間的間隔距離即使調整出現偏差，內外彈簧之間最小的間隔距離也足以保證其不產生磨碰。