CW一2型转向架轴橡胶节点的应用与改进

发表时间:2017/9/5   来源:《知识-力量》2017年7月下   作者:柴建刚 李蒙
[导读] 对CW-2型转向架轴箱橡胶节点在使用中出现的问题进行了分析,设计了能够满足运用条件的新型节点。

呼和浩特铁路局包头车辆段   内蒙古  包头  014000
        摘  要:对CW-2型转向架轴箱橡胶节点在使用中出现的问题进行了分析,设计了能够满足运用条件的新型节点。
        关键词:转向架;橡胶节点;裂纹;改进
 
        CW-2型转向架采用长转臂轴箱橡胶节点定位,在车辆运行中,轴箱橡胶节点既受横向载荷、纵向载荷和扭转载荷的作用,同时还要承受车辆的三分之一垂直载荷的作用。而目前国内其他采用转臂定位结构转向架的轴箱橡胶节点是不受垂直载荷的,加上CW一2型转向架轴箱节点体积较小,故运用中CW一2型转向架轴箱橡胶节点损坏较严重。针对节点运用中发生的问题,有关技术人员与相关节点生产单位密切合作,不断地进行着研究改进。
1  节点的原始结构参数及运用中存在的问题
        CW一2型转向架的原型结构是英国T10型转向架,轴箱节点的原始参数也是延续了原参数,即:轴向刚度3 MN/m、径向刚度9 MN/m。原始结构如图1所示。

        该结构轴箱橡胶节点外套在轴向分为两半,为满足轴向及径向刚度的要求,芯轴设计为中部直径大、两侧直径小的结构,中间是硫化橡胶。1998年、1999年及2000年生产的CW一2型转向架上采用的都是这种结构。
   载客车运用期间,特别是2005年,包头车辆段做第1次A2级检修时,都普遍发现节点橡胶出现裂纹(见图2)。

2  节点的改进方案
        针对上述情况,节点生产单位和长春轨道客车股份有限公司积极寻求改进方案。经对损坏节点分析,认为原结构橡胶在硫化完成后,橡胶由于冷却收缩后存在内应力,属于拉应力;车辆运行时,由于垂直载荷的原因,左右侧橡胶处于剪切状态,橡胶承受剪切应力;另外,节点芯轴与外套之间还有相对扭转运动,橡胶还存在由于扭转产生的剪应力。这3种应力叠加,使节点水平左右侧橡胶承受的合成拉伸应力最大,从而使节点很快产生裂纹。针对这一情况,研制了第2代橡胶节点,即预压缩方案(见图3)。

        该节点的特点是外套采用三瓣分体式结构,节点在自由状态下,直径方向外形尺寸大于转臂轴箱孔,这样在组装后节点的内部橡胶即处于压缩状态,而组装后仍保持轴向刚度3 MN/m、径向刚度9 MN/m。2001年生产的CW—2型转向架大部分装用了三瓣分体式节点。
        该结构的优点是:组装后由于外套为三瓣结构,橡胶硫化冷却后不存在拉伸应力。组装压缩后,橡胶处于压缩状态,节点水平方向的左右侧橡胶及上部橡胶的拉伸应力因橡胶的预压缩得以消除或降低。实际运用情况也验证了这一点。
        但是,在客车段修A2及A3级检修时,发现这种三瓣分体式轴箱节点又发生下部橡胶熔胶的问题,而且熔胶现象比较严重和普遍。图4是该种节点在现场的熔胶情况,橡胶本身没有裂纹,但下部橡胶开始发生熔化。

        分析认为,熔胶的原因是节点下部橡胶的压缩应力过大(除垂向载荷产生的压缩应力外,还有组装时的预压缩应力),而且,由于节点芯轴中部尺寸大、两端尺寸小,底部橡胶受力极不均匀,最大应力发生在底部的中央处。
3  CW—2型转向架节点的现行改进方案
        为彻底解决CW-2节点存在的上述问题,长春轨道客车股份有限公司与协作单位进一步研究解决方案,推出了如图5所示的新型节点方案。

        该结构的特点是:延用三瓣分体式预压缩结构,节点纵向(牵引方向x方向)和轴向(横向y方向)刚度分别保持原始参数9 MN/m和3 MN/m不变,而使垂向(z方向)刚度提高到18 MN/m左右。为此,在节点两侧橡胶各开一个孔。为改善下部橡胶的受力状态,将芯轴形状改为圆弧形,使下部橡胶受力均匀。
        方案实施前,首先由西南交通大学对CW-2型转向架进行了运行平稳性和稳定性计算。结果表明,改进后节点的参数能满足该转向架的运行平稳性和稳定性要求。
        在四方车辆研究所对CW一2型转向架构架作疲劳试验时,也对几种不同结构的节点进行了对比试验。试验时转向架承载如下:垂直力:290/29kN;横向力:±70 kN;纵向力:±35 kN。试验过程中采用了不同单位及不同形式的节点。
        首次试验采用的轴箱节点是三瓣分体式结构原型,在133万次发生熔胶损坏,生产单位标记不清。
        第2次和第3次试验更换的都是株洲某单位生产的三瓣分体式结构原型,分别在125万次和173万次发生熔胶损坏。
        第4次更换了溧阳振大公司的带孔结构的新型节点,节点在疲劳试验进行到396万次时发生熔胶损坏。从试验情况看,新型结构的节点疲劳寿命最长。
        新型节点在推出以后,在A4级检修及A3级检修中已装用,运用情况良好
4  结论
        (1)新型结构节点基本能够满足铁道部规定的保证一个A3级检修的要求。
        (2)转向架橡胶减振配件的疲劳强度的设计,除了考虑提高橡胶本身的耐疲劳性能外,更应接合其在转向架上的受力情况,尽量把橡胶减振配件的结构形状和几何尺寸设计得合理,以改善橡胶的受力状况。
        (3)转向架减振元件刚度特性的提出,应兼顾结构设计的可能性及结构的强度要求。


 

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