于 孟，姜建東，端木偉，魏海霞

(中國南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266000)

高速動車組抗側(cè)滾扭桿連桿剛度檢測方法研究*

于 孟，姜建東，端木偉，魏海霞

(中國南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266000)

介紹了高速動車組抗側(cè)滾扭桿連桿組成的剛度檢測標(biāo)準(zhǔn)，通過開展試驗(yàn)驗(yàn)證，對連桿剛度檢測的兩種方法進(jìn)行對比分析，最終得出結(jié)論，為修訂剛度檢測標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

高速動車組，抗側(cè)滾扭桿，連桿組成，剛度檢測

Abstract: In this paper，the standard of stiffness detection of anti-roll bar link on the high-speed EMU is introduced, the two methods of stiffness detection of the connecting rod are contrasted and analyzed, finally the conclusion is obtained, which offered theory judgement to revise the standard of stiffness detection.

Key words: high-speed EMU；anti-roll bar；connecting rod；stiffness detection

0 引 言

在動車組的設(shè)計(jì)研究中，運(yùn)行平穩(wěn)性是關(guān)乎車輛行駛安全的一個(gè)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的方法是通過采用大撓度與低垂向剛度的空氣彈簧來改善車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性，但是受轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)及車輛限界的限制，無法通過增大空氣彈簧的橫向間距來保證車輛的抗側(cè)滾性能[1-2]。國內(nèi)某高速動車組在轉(zhuǎn)向架上安裝一種抗側(cè)滾扭桿裝置，通過桿端軸承和緩沖橡膠以連接桿與車體結(jié)合。當(dāng)車體發(fā)生側(cè)滾時(shí)，以連接桿連接的扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，因扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生對抗側(cè)滾的抵抗力(復(fù)原力)，從而起到抑制側(cè)滾的作用[3]。

抗側(cè)滾扭桿連桿組成一端通過桿端軸承與扭桿扭臂連接，另一端的緩沖橡膠節(jié)點(diǎn)通過螺栓與車體上的安裝座相連，在扭桿承受扭轉(zhuǎn)力時(shí)，連桿受到的拉力、壓力主要通過橡膠節(jié)點(diǎn)承受。因此，為保證節(jié)點(diǎn)的剛度性能，在動車組檢修時(shí)，需對節(jié)點(diǎn)的剛度性能進(jìn)行檢測。筆者通過開展試驗(yàn)驗(yàn)證，對連桿剛度檢測的兩種方法進(jìn)行對比分析，最終得出結(jié)論，為修訂剛度檢測標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

1 剛度檢測標(biāo)準(zhǔn)

在額定載荷作用下，檢測連桿接頭變形量，從而得出連桿的剛度值。本文列舉的某高速動車組抗側(cè)滾扭桿連桿在額定載荷作用下的技術(shù)要求見表1。

表1中的徑向變形量為連桿剛度的衡量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)TB/T2843—2007《機(jī)車車輛用橡膠彈性元件通用技術(shù)條件》[4]中的“橡膠彈性元件的動靜態(tài)性能允許

變化范圍”要求，并結(jié)合國外動車組檢修經(jīng)驗(yàn)，檢修時(shí)剛度值性能允許偏差為新品制造時(shí)正常標(biāo)準(zhǔn)的±30%，即檢修時(shí)允許偏差為：

Δδ=±0.5×30%=±0.15 mm

因此，連桿接頭在檢修時(shí)，在額定載荷為9.81～19.6 kN作用下的檢測標(biāo)準(zhǔn)按照變形量為0.5±0.15 mm

表1 抗側(cè)滾扭桿連桿節(jié)點(diǎn)技術(shù)要求

2 剛度檢測方法

根據(jù)加載力方式的不同，目前關(guān)于剛度檢測方法有兩種：單體加載檢測與整體加載檢測。

2.1 單體加載方法

單體加載主要指將連桿節(jié)點(diǎn)退卸后，單獨(dú)對節(jié)點(diǎn)實(shí)施加載力后檢測變形量的檢測方式。該方式優(yōu)點(diǎn)是單體直接加載，更能真實(shí)反映節(jié)點(diǎn)橡膠的實(shí)際變形量，缺點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)反復(fù)退卸、壓裝等可能造成連桿內(nèi)孔劃傷、節(jié)點(diǎn)裝配面劃傷，而壓頭對于節(jié)點(diǎn)的直接施壓也可能對節(jié)點(diǎn)造成損傷，從而破壞連桿、節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量特性，進(jìn)而縮減使用壽命。

2.2 整體加載方法

整體加載指不退卸節(jié)點(diǎn)，連同連桿套筒一起承受加載力后檢測變形量的檢測方法，由于不是對節(jié)點(diǎn)直接加載，相較于單體加載方式，其結(jié)果不可避免地會有一定的偏差，但此方法不會產(chǎn)生因退卸作業(yè)造成的節(jié)點(diǎn)、連桿本體損傷。

比較上述兩種檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選用整體加載的方式進(jìn)行剛度檢測。但由于上文中的剛度檢測標(biāo)準(zhǔn)是針對于單體加載方式得出的，因此有必要對整體加載方式下的檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。為研究整體加載與單體加載的差異性，筆者采取了一系列的工藝驗(yàn)證試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

(1) 驗(yàn)證對象 選用了10根抗側(cè)滾扭桿連桿作為驗(yàn)證對象。

(2) 試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)設(shè)備使用抗側(cè)滾扭桿連桿剛度檢測專用的電子式萬能試驗(yàn)機(jī)。

(3) 試驗(yàn)方式 試驗(yàn)方式采用TB/T 2843-2007《機(jī)車車輛用橡膠彈性元件通用技術(shù)條件》[4]中規(guī)定的往路方式。

(4) 試驗(yàn)流程 初始連桿組成整體加載剛度檢測(記錄數(shù)據(jù))→退卸節(jié)點(diǎn)并測量節(jié)點(diǎn)外徑及連桿內(nèi)孔內(nèi)徑→設(shè)計(jì)制作剛度驗(yàn)證工裝→節(jié)點(diǎn)單體剛度檢測→壓裝節(jié)點(diǎn)→整體加載剛度檢測。

(5) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及比分析 整個(gè)試驗(yàn)過程共記錄了3種狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別是：連桿組成初始狀態(tài)下的剛度檢測數(shù)據(jù)(整體加載)、節(jié)點(diǎn)退卸后單體剛度檢測數(shù)據(jù)(單體加載)、重新壓裝節(jié)點(diǎn)后的剛度檢測數(shù)據(jù)(整體加載)，具體見表2。為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果更為直觀顯示，將表2中的數(shù)據(jù)繪制成點(diǎn)狀分布圖，如圖1所示。

表2 3次剛度檢測數(shù)據(jù)表 /mm

對比三種檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)3條數(shù)值曲線在整體上分布規(guī)律具有很大的相似性。

(1) A對比于B B曲線整體數(shù)值比A曲線數(shù)值小，兩條曲線最大差值發(fā)生在序號2，差值為0.131，最小差值發(fā)生在序號6，差值為0.041，平均差值為0.700-0.636=0.064。

(2) C對比于B B曲線整體數(shù)值比C曲線小，兩條曲線最大差值發(fā)生在序號10，差值為：0.091，最小差值發(fā)生在序號6，差值為0.038，平均差值為0.695-0.636=0.059。

(3) A對比于C 兩條曲線整體數(shù)值接近，兩條曲線最大差值發(fā)生在序號2，差值為0.042，最小差值發(fā)生在序號1，差值為0.002，平均差值為0.700-0.695=0.005。

圖1 三次剛度檢測值點(diǎn)狀分布圖A.整體加載 B.單體加載 C.整體加載

4 原因分析

從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析可以看出，連桿組成整體加載方式的變形量相比節(jié)點(diǎn)單體加載時(shí)要大，試驗(yàn)驗(yàn)證的10根連桿平均差值約在0.06 mm左右。經(jīng)分析，原因主要包含如下幾個(gè)方面。

圖2 連桿加載受力面

(1) 檢測工裝在連桿組成外表面上施加壓力，外表面是毛坯面，加工精度不高，且受力表面非圓滑面，形狀為中間凹陷兩端下滑坡面，施加壓力時(shí)壓頭只能接觸到中部2個(gè)高點(diǎn)，壓力分布不均勻，從而導(dǎo)致變形量偏大。見圖2所示。

(2) 連桿組成受力面外涂底、面漆，面漆厚度涂抹不均勻、面漆受壓力變形也會對剛度檢測數(shù)值產(chǎn)生影響。

從試驗(yàn)的10根連桿組成中選取了5根，然后使用漆膜厚度檢測儀對受力部位的油漆厚度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)漆膜厚度在100～200 μm之間。但油漆分布不均勻，厚薄不一，有的連桿左右側(cè)漆膜厚度差距有100 μm。使用脫漆劑、砂紙將以上5根連桿受力部位的油漆去除，再次進(jìn)行剛度檢測，與脫漆前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果數(shù)據(jù)見表3所列。

表3 5根連桿組成脫漆前與脫漆后剛度檢測數(shù)值對比

由表3可以看出，脫漆后5根連桿剛度檢測數(shù)值均發(fā)生了變化，脫漆后數(shù)值均比脫漆前剛度檢測值大，增大數(shù)值在0.002～0.033 mm之間，平均差值為0.018 mm。說明表面漆膜的厚度也是影響剛度檢測數(shù)值的因素之一。

筆者在前期曾經(jīng)抽檢部分連桿新品進(jìn)行剛度檢測，發(fā)現(xiàn)整體剛度數(shù)值偏高，均在0.50 mm以上，甚至有部分?jǐn)?shù)值接近上限。按照慣例，產(chǎn)品制造時(shí)尺寸原則上應(yīng)控制在檢測標(biāo)準(zhǔn)中值附近，這說明使用此種檢測方法檢測的剛度值與產(chǎn)品新造時(shí)的檢測剛度值存在差值。

5 結(jié) 語

綜上所述，整體加載與單體加載在實(shí)際檢測結(jié)果上存在差異，因此，應(yīng)該通過進(jìn)一步的研究來對剛度檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新修訂，從而使剛度標(biāo)準(zhǔn)與加載方式達(dá)成一致，實(shí)現(xiàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)化。另外，在進(jìn)一步研究制作精度更高的試驗(yàn)設(shè)備和變形量更小的加載工裝的同時(shí)，在連桿檢修時(shí)改善受載表面狀態(tài)，打磨去除表面高點(diǎn)、重新找補(bǔ)油漆、控制漆膜涂補(bǔ)厚度等，也可以從一定程度上提高連桿剛度檢測的精度。

[1] 段華東.抗側(cè)滾扭桿對軌道車輛抗側(cè)滾性能的影響研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛,2007(9)：14～16.

[2] 姜建東,付茂海,李 芾.客車轉(zhuǎn)向架抗側(cè)滾扭桿裝置特性分析[J].鐵道機(jī)車車輛,2004(10)：4-7.

[3] 張曙光.CRH5型動車組[M].北京：中國鐵道出版社,2008.

[4] TB/T 2843-2007：機(jī)車車輛用橡膠彈性元件通用技術(shù)條件[S].2007.

Research on Stiffness Detection of Anti-roll Bar Link in High-speed EMU

YU Meng, Jiang Jian-dong, Duan Mu-wei, Wei Hai-xia

(CSRQingdaoSifangCo.,Ltd，QingdaoShandong266000，China)

2014-05-26

于 孟(1985-)，男，山東濰坊人，工程師，主要從事高速動車組轉(zhuǎn)向架檢修方面的工藝研究工作。

TM344.6

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1007-4414(2014)04-0196-03