跨座式单轨用纵向止挡性能优化及应用

陈恺

摘 要：为解决重庆单轨3号线纵向止挡既有产品橡胶开裂及脱落问题，本文从产品使用工况、技术性能要求、改进思路、产品刚度及应力仿真分析等方面进行了详细分析，优化产品结构及生产工艺，对样件进行了充分的试验验证及运营考核试验，解决了橡胶开裂及脱落的问题。

关键词：改进;橡胶金属件;刚度;应力

0 引言

重庆3号线车辆转向架用纵向止挡，在使用过程中出现橡胶开裂现象，部分件发生橡胶块掉落至轨道梁情况，严重影响到运营安全，原供货商经多次改进仍未解决该问题，为此重庆地铁组织四方所共同分析产品运用工况，制定工艺改进方案，试制样件并装车运用考核，从而解决该部件的质量问题。

1 产品使用工况

图1所示，转向架中央悬挂系统安装于构架与车体之间，安装完毕后纵向止挡与中心销安装座间隙为3 mm，当车辆加减速或匀速行驶的时候，与处于预压状态的牵引橡胶堆一起共同传递纵向载荷，同时由于中心销安装座随车体产生垂向、横向振动，压缩后的纵向止挡还承受垂向、横向剪切力。

2 技术性能要求

原图纸主要技术性能要求如下：

（1）纵向压缩弹簧常数：

δ（3 500 kg）-δ（500 kg）=3±0.36 mm

（2）压缩试验荷重5 280 kg。

3 改进思路

3.1 功能设计改进

橡胶与中心销安装座之间的摩擦系数约为0.9，为了降低摩擦系数，减小由于中心销安装座的垂向、横向振动引起的作用在纵向止挡橡胶块上的剪切力，考虑在橡胶表面硫化一层2 mm厚聚四氟乙烯板，其与中心销安装座摩擦系数小于0.1。

3.2 工艺设计改进

对金属骨架进行“抛丸-清洗-涂胶”，抛丸工艺可以增大金属粘接面粗糙度，并选用高强度粘合剂，保证硫化后橡胶与金属间具有更高的粘接强度;对聚四氟乙烯材料进行“钠氖处理-涂胶”，进行最优硫化参数匹配，提升粘接强度。

4 仿真分析

为验证增加聚四氟乙烯板后纵向止挡性能是否满足要求，特做仿真分析进行验算。

本次计算采用abaqus软件，建立橡胶本构模型，用六面体单元进行模拟。

根据计算结果，增加聚四氟乙烯板后并没有影响到纵向止挡的弹簧常数要求。

5 试验验证

在TB2843/T-2007要求基础上，结合纵向止挡实际使用工况，增加剪切疲劳试验。

6 运用考核试验

根据零部件要求，对纵向止挡进行装车运用考核试验，分别在10万公里、20万公里后拆卸检查，并按照表2试验项点进行试验检测，需说明的是新品未进行粘接强度是试验及剪切疲劳试验，10万公里拆卸检查时未进行粘接强度试验及剪切疲劳试验。下面对检查结果进行详细说明。

止挡运用20万公里后橡胶厚度变化率分别为1.3%、2.2%，弹簧常数变化率分别为6.6%、4.8%，均满足TB/T2843-2007中小于10%的要求。

完成剪切疲劳试验后，又对止挡进行解剖分析，检查内部是否有开裂情况。如图所示，止挡运用20万公里后，橡胶组织细密无细孔、所有金属与橡胶结合面无开胶、脱胶等现象，说明产品硫化充分、粘接良好。产品的运用未对橡胶内部及金属结合面造成任何损伤。

7 结论

（1）重庆单轨3号线用纵向止挡，结构改进后其弹簧常数、粘接强度等均满足技术要求。

（2）利用聚四氟乙烯板的低摩擦系数性能，有效的改善了纵向止挡的垂向、横向受剪情况。

（3）经过20万公里考核后，纵向止挡功能、外观、安全性满足使用要求。

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