跨座式單軌用縱向止擋性能優化及應用

陳愷

摘 要：為解決重慶單軌3號線縱向止擋既有產品橡膠開裂及脫落問題，本文從產品使用工況、技術性能要求、改進思路、產品剛度及應力仿真分析等方面進行了詳細分析，優化產品結構及生產工藝，對樣件進行了充分的試驗驗證及運營考核試驗，解決了橡膠開裂及脫落的問題。

關鍵詞：改進;橡膠金屬件;剛度;應力

0 引言

重慶3號線車輛轉向架用縱向止擋，在使用過程中出現橡膠開裂現象，部分件發生橡膠塊掉落至軌道梁情況，嚴重影響到運營安全，原供貨商經多次改進仍未解決該問題，為此重慶地鐵組織四方所共同分析產品運用工況，制定工藝改進方案，試制樣件并裝車運用考核，從而解決該部件的質量問題。

1 產品使用工況

圖1所示，轉向架中央懸掛系統安裝于構架與車體之間，安裝完畢后縱向止擋與中心銷安裝座間隙為3 mm，當車輛加減速或勻速行駛的時候，與處于預壓狀態的牽引橡膠堆一起共同傳遞縱向載荷，同時由于中心銷安裝座隨車體產生垂向、橫向振動，壓縮后的縱向止擋還承受垂向、橫向剪切力。

2 技術性能要求

原圖紙主要技術性能要求如下：

（1）縱向壓縮彈簧常數：

δ（3 500 kg）-δ（500 kg）=3±0.36 mm

（2）壓縮試驗荷重5 280 kg。

3 改進思路

3.1 功能設計改進

橡膠與中心銷安裝座之間的摩擦系數約為0.9，為了降低摩擦系數，減小由于中心銷安裝座的垂向、橫向振動引起的作用在縱向止擋橡膠塊上的剪切力，考慮在橡膠表面硫化一層2 mm厚聚四氟乙烯板，其與中心銷安裝座摩擦系數小于0.1。

3.2 工藝設計改進

對金屬骨架進行“拋丸-清洗-涂膠”，拋丸工藝可以增大金屬粘接面粗糙度，并選用高強度粘合劑，保證硫化后橡膠與金屬間具有更高的粘接強度;對聚四氟乙烯材料進行“鈉氖處理-涂膠”，進行最優硫化參數匹配，提升粘接強度。

4 仿真分析

為驗證增加聚四氟乙烯板后縱向止擋性能是否滿足要求，特做仿真分析進行驗算。

本次計算采用abaqus軟件，建立橡膠本構模型，用六面體單元進行模擬。

根據計算結果，增加聚四氟乙烯板后并沒有影響到縱向止擋的彈簧常數要求。

5 試驗驗證

在TB2843/T-2007要求基礎上，結合縱向止擋實際使用工況，增加剪切疲勞試驗。

6 運用考核試驗

根據零部件要求，對縱向止擋進行裝車運用考核試驗，分別在10萬公里、20萬公里后拆卸檢查，并按照表2試驗項點進行試驗檢測，需說明的是新品未進行粘接強度是試驗及剪切疲勞試驗，10萬公里拆卸檢查時未進行粘接強度試驗及剪切疲勞試驗。下面對檢查結果進行詳細說明。

止擋運用20萬公里后橡膠厚度變化率分別為1.3%、2.2%，彈簧常數變化率分別為6.6%、4.8%，均滿足TB/T2843-2007中小于10%的要求。

完成剪切疲勞試驗后，又對止擋進行解剖分析，檢查內部是否有開裂情況。如圖所示，止擋運用20萬公里后，橡膠組織細密無細孔、所有金屬與橡膠結合面無開膠、脫膠等現象，說明產品硫化充分、粘接良好。產品的運用未對橡膠內部及金屬結合面造成任何損傷。

7 結論

（1）重慶單軌3號線用縱向止擋，結構改進后其彈簧常數、粘接強度等均滿足技術要求。

（2）利用聚四氟乙烯板的低摩擦系數性能，有效的改善了縱向止擋的垂向、橫向受剪情況。

（3）經過20萬公里考核后，縱向止擋功能、外觀、安全性滿足使用要求。

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