張茂兵

摘要：PW-220K型轉(zhuǎn)向架裝用的空氣彈簧通風(fēng)口防護(hù)膠套發(fā)生彈起，通風(fēng)口外漏的問題，存在一定安全隱患。通過對問題的分析與驗(yàn)證，確定了導(dǎo)致防護(hù)膠套彈起的原因是空氣彈簧腔體容積突然變化導(dǎo)致內(nèi)壓迅速變化，并對防護(hù)膠套產(chǎn)生較大的沖擊力，造成防護(hù)膠套發(fā)生彈起。文章對空氣彈簧防護(hù)膠套結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證確定最佳優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架;空氣彈簧;防護(hù)膠套;優(yōu)化

0? 引言

當(dāng)前軌道車輛轉(zhuǎn)向架二系懸掛裝置普遍裝用了空氣彈簧。某軌道客車企業(yè)研發(fā)的PW-220K型轉(zhuǎn)向架[1-2]二系懸掛裝置也采用了大撓度空氣彈簧，該型空氣彈簧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖1所示，其在上蓋板上設(shè)置了唯一的通風(fēng)口，車輛落成后與車輛供風(fēng)系統(tǒng)相連，除通風(fēng)口外，膠囊與上蓋板及底座之間裝配后包圍形成一個密閉的腔體，該腔體內(nèi)部要求不得有雜物進(jìn)入，避免雜物進(jìn)入車輛供風(fēng)系統(tǒng)影響行車安全[3-4]。同時，由于空氣彈簧裝配完成后，腔體內(nèi)部狀態(tài)確認(rèn)極為困難，因此如何確?？諝鈴椈赏L(fēng)口一直處于封閉防護(hù)狀態(tài)，一直是空氣彈簧裝用企業(yè)與制造企業(yè)非常重視的問題，空氣彈簧通風(fēng)口異常外漏的原因受到格外關(guān)注。

本文基于PW-220K轉(zhuǎn)向架空氣彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與實(shí)際生產(chǎn)中通風(fēng)口多次發(fā)生的異常外漏問題，對防護(hù)膠套結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化方案，并分別進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1? 空氣彈簧通風(fēng)口外漏故障及原因分析

近些年，廠修客車PW-220K型轉(zhuǎn)向架組裝交驗(yàn)后，發(fā)生空氣彈簧防護(hù)膠套自然彈起的情況，空氣彈簧進(jìn)氣口失去防護(hù)，如果有異物進(jìn)入而未發(fā)現(xiàn)，后續(xù)車輛運(yùn)用中，異物如果進(jìn)入空氣系統(tǒng)將對行車安全造成影響。另外，經(jīng)對現(xiàn)場生產(chǎn)的跟蹤發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣彈簧膠囊受到壓縮等情況時，防護(hù)膠套也會發(fā)生飛起的情況。

1.1 理論分析

基于空氣彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，將通風(fēng)口封閉后空氣彈簧內(nèi)部形成密閉腔體的狀態(tài)下，當(dāng)空氣彈簧受到的拉壓或膠囊被擠壓時，腔體內(nèi)部體積會發(fā)生變化，導(dǎo)致腔體內(nèi)氣體受到壓縮或膨脹。根據(jù)波義爾定律，對一個密閉的空氣彈簧一般滿足壓力與體積乘積為定值。

目前，空氣彈簧通風(fēng)口由防護(hù)膠套加上捆綁扎帶密封（見圖2），空氣彈簧與外界無法充分及時的進(jìn)行氣體交換。當(dāng)空氣彈簧內(nèi)部容積突然變化時將導(dǎo)致內(nèi)部壓力產(chǎn)生變化，同時會對防護(hù)膠套內(nèi)部密封面產(chǎn)生沖擊力。

式中：F為沖擊力，S為防護(hù)膠套內(nèi)部受到空氣彈簧腔體內(nèi)氣體沖擊面積。

空氣彈簧通風(fēng)口防護(hù)膠套在安裝時，通常采用一根扎帶捆扎固定，在空氣彈簧通風(fēng)口與防護(hù)膠套間形成一定的結(jié)合力（忽略防護(hù)膠套自重）。基于以上分析，當(dāng)作用于橡膠防護(hù)套的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防護(hù)膠套與通風(fēng)口間的結(jié)合力時，則容易造成防護(hù)膠套發(fā)生飛起，并造成空氣彈簧通風(fēng)口外漏。

1.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

將圖2所示的空氣彈簧在平臺上靜置擺放，每次試驗(yàn)前確認(rèn)通風(fēng)口已采用防護(hù)膠套安裝防護(hù)到位，并采用扎帶捆扎牢固。待準(zhǔn)備完畢后，按照表1所示的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)。

通過模擬試驗(yàn)，可見輕微緩慢的擠壓膠囊，空氣彈簧和外界可以通過橡膠防護(hù)套與通風(fēng)口間間隙進(jìn)行氣體交換，當(dāng)空氣彈簧通風(fēng)口與防護(hù)膠套間形成的結(jié)合力大于橡膠防護(hù)套的沖擊力，則橡膠防護(hù)套不會彈起，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了空氣彈簧在運(yùn)輸過程中，膠囊的輕微晃動并不會造成橡膠防護(hù)套彈起。當(dāng)空氣彈簧膠囊瞬間受到較大的擠壓，腔體迅速受壓縮時腔體內(nèi)容積隨之迅速變小，腔體內(nèi)氣體通過通風(fēng)口對防護(hù)膠套膠套產(chǎn)生較大的沖擊力，使得防護(hù)膠套發(fā)生飛起的情況。

基于空氣彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對其內(nèi)部腔體防護(hù)需要，優(yōu)化改進(jìn)空氣彈簧通風(fēng)口防護(hù)膠套的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，確?？諝鈴椈蓛?nèi)部壓力變化不會導(dǎo)致防護(hù)膠套彈起是解決問題的方向。

2? 空氣彈簧通風(fēng)口防護(hù)膠套改進(jìn)方案

2.1 方案1

在空氣彈簧防護(hù)膠套上增加捆綁扎帶，增大防護(hù)膠套與進(jìn)風(fēng)口間的結(jié)合力。此方案按照上述表1試驗(yàn)2進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)防護(hù)膠套不發(fā)生彈起的現(xiàn)象時，至少需要2根扎帶捆扎到位，試驗(yàn)過程中防護(hù)膠套頂部存在較大的鼓起與凹入，并沿著通風(fēng)口存在一定的向上滑動，多次試驗(yàn)時仍存在通風(fēng)口外漏的情況。因此增加扎帶捆扎的方案，無法解決極端條件下防護(hù)膠套的彈起，同時也不利于防護(hù)膠套的拆裝。

2.2 方案2

設(shè)計(jì)了一種嵌套式帶帽檐結(jié)構(gòu)的防護(hù)膠套，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖4，其在原防護(hù)膠套設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了一定的修改，其中在其頂部開有圓孔通風(fēng)，并在頂部延伸出帶有圓孔通風(fēng)與雨檐遮擋防護(hù)的部分。該結(jié)構(gòu)防護(hù)膠套能夠?qū)崿F(xiàn)對空氣彈簧腔體的防護(hù)作用，同時空氣彈簧腔體成為非封閉的腔體，空氣彈簧體積變化時，腔體與外部可以通過防護(hù)膠套進(jìn)行氣體的交換，可以降低甚至不產(chǎn)生對防護(hù)膠套沖擊，安裝時仍采用扎帶捆扎，增加防護(hù)膠套與通風(fēng)口的結(jié)合力，解決防護(hù)膠套彈起的問題。

但在制作嵌套式帶帽檐結(jié)構(gòu)防護(hù)膠套發(fā)現(xiàn)，該防護(hù)膠套結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具開發(fā)與防護(hù)膠套制作成本高，因此該方案在批量推廣上存在一定的困難。

2.3 方案3

在防護(hù)膠套四周與頂部設(shè)計(jì)寬度適中的長條狀凸起，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖5。該結(jié)構(gòu)防護(hù)膠套能夠?qū)崿F(xiàn)對空氣彈簧腔體的防護(hù)，同時空氣彈簧腔體成為非封閉的腔體，空氣彈簧體積變化時，可以通過防護(hù)膠套與空氣彈簧通風(fēng)口間的間隙，與外界進(jìn)行氣體的交換，同樣實(shí)現(xiàn)降低甚至不產(chǎn)生對防護(hù)膠套沖擊，防護(hù)膠套周向伸縮變形增加與通風(fēng)口間結(jié)合力，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證可以解決防護(hù)膠套彈起的問題。同時，該方案的防護(hù)膠套結(jié)構(gòu)簡單，僅在原結(jié)構(gòu)防護(hù)膠套內(nèi)部增加長凸起部分，制作成本低，因此該方案可以進(jìn)行批量推廣應(yīng)用。

3? 結(jié)束語

本文對PW-220K型轉(zhuǎn)向架空氣彈簧防護(hù)膠套彈起的問題進(jìn)行了理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，確定導(dǎo)致防護(hù)膠套彈起的原因，同時針對性設(shè)計(jì)了優(yōu)化方案，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，方案3在防護(hù)膠套四周與頂部設(shè)計(jì)寬度適中的長條狀凸起結(jié)構(gòu)為最優(yōu)方案，可以批量推廣應(yīng)用。當(dāng)前絕大部分的軌道車輛二系懸掛均采用了空氣彈簧的成熟結(jié)構(gòu)，但在應(yīng)用防護(hù)層面，不斷優(yōu)化空氣彈簧防護(hù)措施，確?？諝鈴椈裳b用前內(nèi)部無異物進(jìn)入，確保車輛空氣系統(tǒng)功能良好，提高車輛運(yùn)行安全，本文具有較高參考價(jià)值。

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