快捷貨車轉(zhuǎn)向架軸箱定位及一系懸掛裝置試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

翟士述

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州121000）

1 快捷貨車轉(zhuǎn)向架軸箱定位及一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及試驗(yàn)分析

1.1 軸箱定位及一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

160km/h 快捷貨車轉(zhuǎn)向架輪對軸箱彈簧裝置由軸箱、軸箱彈簧、軸箱頂簧、無磨耗橡膠定位器及垂向液壓減振器組成[1-2]，如圖1 所示。軸箱體兩側(cè)為彈簧托盤，用來安裝軸箱彈簧和柔性橡膠定位器；軸箱頂部設(shè)有一系垂向液壓減振器安裝座。無磨耗柔性橡膠定位器可以實(shí)現(xiàn)縱向、橫向不同的定位剛度，使車輛滿足運(yùn)行性能要求。安裝于軸箱與構(gòu)架之間的一系垂向液壓減振器，可以在空車、重車的不同工況下提供不同的阻尼值，保障空車、重車工況下的動(dòng)力學(xué)性能；同時(shí)，還可以較好地緩解簧下質(zhì)量的高頻振動(dòng)，提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及其他部件的使用可靠性 。

圖1 快捷貨車轉(zhuǎn)向架軸箱定位

1.2 軸箱定位及一系懸掛裝置試驗(yàn)分析

以往對構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架軸箱定位及一系懸掛裝置零部件的試驗(yàn)多通過整車試驗(yàn)進(jìn)行，需要準(zhǔn)備整臺(tái)轉(zhuǎn)向架，試驗(yàn)工序繁瑣，試驗(yàn)結(jié)果容易受其他因素影響。目前，行業(yè)內(nèi)并無針對具體構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架具體形式的軸箱定位及一系懸掛裝置的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，根據(jù)在動(dòng)車組、客車等領(lǐng)域構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的應(yīng)用、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，參考現(xiàn)有的EN13749、UIC515、UIC615 等構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。研制一套以軸箱定位及一系懸掛裝置為研究對象的試驗(yàn)裝置，可簡化試驗(yàn)條件，更加便于通過試驗(yàn)掌握一系懸掛零部件在組裝狀態(tài)下的強(qiáng)度及疲勞性能。

2 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

試驗(yàn)系統(tǒng)主要由鋼結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、液壓伺服加載動(dòng)作系統(tǒng)、機(jī)械機(jī)構(gòu)組成。鋼結(jié)構(gòu)由鋼性T 型槽地面來固定。電氣控制系統(tǒng)采用編程軟件計(jì)算機(jī)參數(shù)設(shè)定，實(shí)時(shí)跟蹤力傳感器、位移傳感器的數(shù)據(jù)，記錄并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)。液壓伺服系統(tǒng)(簡稱“作動(dòng)器”)由2 通道電液伺服及外置力傳感器、位移傳感器組成，根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)實(shí)施力加載，執(zhí)行位移輸出提供動(dòng)力。試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械機(jī)構(gòu)由兩個(gè)底座、橫向軸套、滾珠盤、垂向作動(dòng)器安裝座、橫向作動(dòng)器安裝座、縱向作動(dòng)器安裝座、加載梁等組成，如圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)機(jī)構(gòu)組成

2.2 主要機(jī)構(gòu)功能

2.2.1 底座

底座的底部通過地腳螺栓連接到設(shè)有T 型槽的鋼板地面上；底座中間開圓孔，用于安裝橫向軸套，模擬車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2.2 橫向軸套

橫向軸套為車軸材料加工而成，端部通過圓環(huán)鋼襯套，安裝與底座上；橫向軸套穿過軸箱，模擬軸承的實(shí)際安裝狀態(tài)，為了減少軸箱與軸間的摩擦阻力，在軸與軸箱間安裝摩擦系數(shù)較小的含油尼龍材料的耐磨套。在軸箱端部和底座之間安裝鋼套，模擬軸箱前、后蓋，便于組裝和拆卸。

2.2.3 加載梁

加載梁為板材焊接的箱型結(jié)構(gòu)，模擬焊接構(gòu)架側(cè)梁的端部結(jié)構(gòu)，底板設(shè)有安裝軸箱定位裝置中導(dǎo)柱的安裝接口，端部可與橫向作動(dòng)器安裝座連接，上蓋板頂面可與滾珠盤連接。

2.2.4 滾珠盤

滾珠盤安裝在加載梁和垂向作動(dòng)器安裝座之間，由上、下蓋板及36 個(gè)淬火的銅質(zhì)滾珠組成，可減小垂向載荷對橫、縱向載荷的影響。

2.2.5 作動(dòng)器安裝座

為模擬實(shí)際不同方向載荷，設(shè)有垂向、橫向及縱向作動(dòng)器及安裝座各一套，載荷采用力傳感器控制，精度不低于0.5%，靜態(tài)系統(tǒng)誤差應(yīng)不大于1.0%。

3 試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)

試驗(yàn)臺(tái)可按產(chǎn)品實(shí)際結(jié)構(gòu)將軸箱定位及一系懸掛裝置中的軸箱、柔性橡膠定位器、軸箱彈性墊、軸箱彈簧、導(dǎo)柱、防松吊座、螺栓、軸箱內(nèi)頂簧、軸箱外頂簧等安裝到模擬構(gòu)架的加載梁上進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度試驗(yàn),如圖3 所示。

圖3 靜強(qiáng)度、疲勞實(shí)驗(yàn)

3.1 剛度試驗(yàn)

空、重車工況進(jìn)行垂向、橫向和縱向剛度試驗(yàn)，可采用如下兩種方法：

3.1.1 在不同工況下，以較慢速度加載至靜載荷，然后卸載至100N，循環(huán)兩個(gè)周期后，位置清零。從第三個(gè)周期開始采樣，記錄并輸出載荷- 位移曲線，計(jì)算第三個(gè)周期位移- 工作載荷區(qū)間的割線剛度。

3.1.2 在不同工況下，以較慢速度加載至定量靜位移，然后卸載至50N，再向反方向加載至定量靜位移，然后卸載至50N，作為一個(gè)載荷循環(huán)。循環(huán)兩個(gè)周期后，位置清零。從第三個(gè)周期開始采樣，記錄并輸出載荷- 位移曲線，計(jì)算第三個(gè)周期位移在定量靜位移范圍內(nèi)的割線剛度。

3.2 疲勞試驗(yàn)

3.2.1 試件安裝后，檢查并確認(rèn)試驗(yàn)裝置、加載設(shè)備及試件位置正確，并標(biāo)定出垂向、橫向和縱向作動(dòng)器零位。

3.2.2 啟動(dòng)設(shè)備，通過試驗(yàn)裝置對試件進(jìn)行加載，先按頻率2Hz 開啟垂向作動(dòng)器至加載幅值，再按頻率2Hz 開啟橫向和縱向作動(dòng)器至加載幅值。

3.2.3 按工況中要求的預(yù)壓載荷、動(dòng)載振幅、加載波形、加載頻率及加載次數(shù)進(jìn)行空車、重車疲勞試驗(yàn)。

4 改進(jìn)建議

試驗(yàn)臺(tái)在疲勞試驗(yàn)使用過程中曾出現(xiàn)滾珠盤運(yùn)動(dòng)卡滯、橫向軸套卡滯、局部磨耗嚴(yán)重等現(xiàn)象。在后續(xù)試驗(yàn)中，滾珠盤上、下蓋板表面硬度需進(jìn)行處理，應(yīng)與淬火滾珠硬度相互匹配；對于橫向軸套，應(yīng)提高加工精度，減小與底座、與含油尼龍之間的間隙。

結(jié)束語

本試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可完成對構(gòu)架轉(zhuǎn)向架軸箱定位及一系懸掛裝置零部件的剛度、強(qiáng)度試驗(yàn)。某公司使用此方案試驗(yàn)臺(tái)完成了160km/h 快捷貨車轉(zhuǎn)向架一系懸掛剛度、軸箱定位零部件強(qiáng)度、疲勞的測試，效果良好。