地鐵彈簧組內(nèi)外彈簧磨碰原因探討

馬永濤

（中車(chē)貴陽(yáng)車(chē)輛有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550017）

客戶(hù)反饋，中車(chē)貴陽(yáng)車(chē)輛有限公司生產(chǎn)的地鐵彈簧在運(yùn)用過(guò)程中有內(nèi)外彈簧相互磨碰致使油漆脫落的現(xiàn)象。

1 理論分析

調(diào)查情況：對(duì)彈簧組安裝使用情況進(jìn)行了觀察，地鐵彈簧組使用時(shí)上下都加安裝座，從安裝座的尺寸來(lái)看，內(nèi)簧與外簧之間的間隔距離為6 ～6.5mm。從現(xiàn)場(chǎng)查看的情況來(lái)看，檢查了10 列車(chē)共計(jì)480 組彈簧，其中有8 組彈簧存在磨碰現(xiàn)象，發(fā)生比例為1.67%，所有發(fā)生磨碰的彈簧組存在一個(gè)共同的現(xiàn)象：就是明顯看到發(fā)生磨碰的彈簧組內(nèi)簧與外簧之間的間隔距離不均，磨碰出現(xiàn)在間隔距離小的位置，分布在軸端的方向。

2 試驗(yàn)裝置和方法

2.1 試驗(yàn)裝置

為了模擬彈簧組兩端裝有安裝座和車(chē)輛運(yùn)行時(shí)彈簧組產(chǎn)生橫向偏移的情況，設(shè)計(jì)了鋼制彈簧安裝座，主要用于模擬固定彈簧兩端。

2.2 試驗(yàn)方法

（1）為了驗(yàn)證是否有彈簧外形尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)要求而導(dǎo)致彈簧在受力時(shí)彎曲產(chǎn)生磨碰，選擇了一組裝車(chē)使用時(shí)磨碰的彈簧。另外，在合格產(chǎn)品中隨機(jī)抽取了兩組組彈簧。

（2）為模擬運(yùn)行時(shí)最大載荷狀態(tài)是否有內(nèi)、外簧磨碰現(xiàn)象產(chǎn)生，選取了裝車(chē)使用時(shí)產(chǎn)生磨碰的彈簧組進(jìn)行壓縮試驗(yàn)（圖1、2）。首先將其分別壓縮至止擋載荷并檢查彈簧的垂直度，再將彈簧組壓縮至工作時(shí)的最大載荷45.422kN，在內(nèi)外彈簧之間放白紙，檢查白紙是否有接觸或破損現(xiàn)象。

（3）彈簧的橫向偏移位置及彈簧組的橫向偏移位置與車(chē)輛運(yùn)行中橫移的方向相關(guān)性試驗(yàn)。以前在測(cè)量橫向偏移量時(shí)我公司是對(duì)彈簧組整體進(jìn)行的。按照歐標(biāo)EN 13298 的要求，應(yīng)對(duì)內(nèi)、外彈簧的橫向偏移量在AW0 工況分別進(jìn)行測(cè)量，然后在漂移方向上貼上標(biāo)識(shí)。同時(shí)，還應(yīng)測(cè)量?jī)?nèi)、外彈簧在AW3 工況（外簧22kN,內(nèi)簧13.3kN）下的橫向偏移方向，要求AW0 和AW3 工況下的漂移方向的夾角小于30°，然后將內(nèi)、外彈簧用安裝座上下進(jìn)行定位，上下安裝座加10mm 的水平橫移，將內(nèi)、外簧的橫向偏移點(diǎn)分別放置在相同的方向、相反的方向、夾角為90°的方向。從AW0 工況加載到AW3 工況，觀察內(nèi)、外簧是否有磨碰現(xiàn)象。

圖1 彈簧試驗(yàn)前的狀態(tài)

圖2 彈簧試驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)

3 試驗(yàn)結(jié)果比較與分析

彈簧外形尺寸檢測(cè)。從外形尺寸檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看，在合格產(chǎn)品中隨機(jī)抽取的三組彈簧，對(duì)外形尺寸進(jìn)行檢測(cè)全部合格，不存在有外形尺寸不合格的現(xiàn)象。所以，不存在因彈簧外形尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)要求而導(dǎo)致彈簧在受力時(shí)彎曲產(chǎn)生磨碰的現(xiàn)象。

最大載荷狀態(tài)是否有內(nèi)、外簧磨碰現(xiàn)象。從測(cè)試結(jié)果看出，在最大工作載荷下測(cè)量其垂直度也都比較小，這樣小的垂直度不足以使彈簧相互磨碰，另外，從實(shí)際測(cè)試的情況來(lái)看，未發(fā)現(xiàn)白紙有接觸或破損現(xiàn)象。因此，也不存在壓至最大工作載荷時(shí)會(huì)發(fā)生內(nèi)、外彈簧磨碰的可能。

彈簧的橫向偏移位置及彈簧組的橫向偏移位置與車(chē)輛運(yùn)行中橫移的方向相關(guān)性試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，10 種不同的擺放位置均沒(méi)有內(nèi)、外彈簧磨碰現(xiàn)象產(chǎn)生。可以這樣理解，彈簧組上下加了安裝座，這相當(dāng)于將彈簧兩端進(jìn)行了固定，內(nèi)、外彈簧之間的距離已經(jīng)被安裝座鎖定，彈簧組一端移動(dòng)時(shí)彈簧隨安裝座平行移動(dòng)，引起彈簧橫向彎曲的趨勢(shì)較小，橫向移動(dòng)的距離一般在10mm 以?xún)?nèi)，試驗(yàn)中做到20mm，即使是20mm 的橫向偏移量也是一個(gè)較小的橫移，這引起彈簧產(chǎn)生橫向彎曲的幅度較小，不足以達(dá)到相互磨碰的地步。因此，產(chǎn)生橫向偏移的情況下磨碰的現(xiàn)象也幾乎不存在。

通過(guò)比較試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)以上多項(xiàng)試驗(yàn)的檢測(cè)和分析，彈簧的外形尺寸、性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，并不存在因彈簧性能及尺寸參數(shù)不合格而引起的內(nèi)外彈簧磨碰。

4 磨碰的可能原因探討

4.1 彈簧安裝座的影響

（1）安裝座尺寸的影響。彈簧組兩端加了安裝座，上端為鋼制安裝座，下端為橡膠安裝座，在使用現(xiàn)場(chǎng)不能進(jìn)行測(cè)量，是否存在安裝座尺寸不合適或甚至安裝座用錯(cuò)的現(xiàn)象不得而知，這需要地鐵車(chē)輛制造方和使用方共同協(xié)調(diào)，對(duì)發(fā)生磨碰的安裝墊進(jìn)行更換檢測(cè)。

（2）安裝座性能的影響。彈簧組下端有橡膠墊，如果橡膠墊老化或出現(xiàn)彈性不均的情況，在車(chē)輛運(yùn)行的動(dòng)態(tài)情況下，特別是車(chē)輛通過(guò)彎道和在加速制動(dòng)時(shí)橫向作用力較大的情況下，可能加大彈簧的傾斜彎曲而產(chǎn)生磨碰。

4.2 轉(zhuǎn)向架軸箱與安裝座接觸的兩個(gè)平面的影響

轉(zhuǎn)向架軸箱與安裝座接觸的兩個(gè)平面的平面度及平行度也會(huì)影響到彈簧組受力時(shí)的垂直度。彈簧組兩端面的平行度及平面度的要求都比較嚴(yán)格，從給定參數(shù)來(lái)看，分別為0.5mm 和1.5mm，而且彈簧組都是經(jīng)過(guò)逐一檢查，平行度及平面度都是符合要求的。但是，如果轉(zhuǎn)向架軸箱與安裝座接觸的兩平面不平行，存在一定的夾角，與彈簧組端面不平行的因素疊加，會(huì)加大彈簧組受力時(shí)彎曲的可能性。

總之，產(chǎn)生磨碰的彈簧組有一個(gè)共同的現(xiàn)象，就是發(fā)生磨碰的彈簧組內(nèi)簧與外簧之間的間隔距離沒(méi)有調(diào)整得當(dāng)，內(nèi)簧與外簧之間出現(xiàn)一邊間隔距離大、一邊間隔距離小，磨碰出現(xiàn)在間隔距離小的位置，而且都分布在軸端的方向。從檢查彈簧在最大工作載荷下的垂直度來(lái)看都在2mm 左右，理論上內(nèi)簧與外簧之間的間隔距離為6 ～6.5mm，如果考慮最大工作載荷下的垂直度及安裝彈簧組時(shí)內(nèi)簧與外簧之間間隔的距離沒(méi)有調(diào)整均勻的影響，理論上內(nèi)簧與外簧之間的間隔距離為2 ～2.5mm，這個(gè)間隔距離如果受安裝座及轉(zhuǎn)向架軸箱與安裝座接觸的兩個(gè)平面的影響，加大了磨碰的可能性。

由于受試驗(yàn)條件的限制，不能完全模擬車(chē)輛運(yùn)行的情況進(jìn)行試驗(yàn)，本試驗(yàn)是在受靜態(tài)載荷的情況下進(jìn)行的，車(chē)輛在實(shí)際的運(yùn)行中受力比較復(fù)雜，除了受軸向靜態(tài)載荷的作用外，還有沖擊載荷和橫向力的作用，在這種情況下，彈簧組內(nèi)外彈簧磨碰的原因是否與分析一致還需探討。

5 建議

對(duì)于已裝車(chē)使用的彈簧來(lái)說(shuō)，要徹底解決磨碰的問(wèn)題只有調(diào)整內(nèi)外彈簧之間的間隔距離才可能解決，而在裝配好的車(chē)輛上難以直接進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)根據(jù)調(diào)查分析的情況來(lái)看，發(fā)生磨碰的部位僅僅是面漆被磨掉，底漆還存在，所以未傷及到彈簧本體，即使是磨損到彈簧本體，磨痕也非常細(xì)小，而且邊緣也是圓滑過(guò)渡的，不會(huì)出現(xiàn)凹坑或尖角現(xiàn)象，因而不足以形成應(yīng)力集中而產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象，所以對(duì)彈簧的使用壽命幾乎沒(méi)有影響，并不影響彈簧正常使用，因此，建議定期對(duì)油漆脫落部位進(jìn)行補(bǔ)漆處理。

綜合經(jīng)濟(jì)性并從根本性來(lái)考慮，建議加大內(nèi)外彈簧之間的間隔距離，因?yàn)閺椈傻拇怪倍劝凑?.5%H0（H0為彈簧自由高度）來(lái)設(shè)計(jì)，建議彈簧的內(nèi)外間距按3%H0來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng)內(nèi)外彈簧之間的間隔距離足夠大時(shí)，內(nèi)外簧之間的間隔距離即使調(diào)整出現(xiàn)偏差，內(nèi)外彈簧之間最小的間隔距離也足以保證其不產(chǎn)生磨碰。