机车橡胶堆旁承横向刚度计算的研究.pdf

第多期中国铁道科学年月机车橡胶堆旁承横向刚度计算的研究龚积球陈惠良黄孝民上海铁道学院提要橡胶堆旁承作为机车二系悬挂的弹性元件,已在国内外铁路上得到了广泛 的应用机车设计阶段在进行动力学计算时,要求知道它的横向刚度,以便进行横向稳定性及曲线通 过性能的预测,而目前还没有这方面的资料可供应用本文在对多种机车橄胶堆旁承进行实验室 试 验的基础上,试图建立一种橡胶堆旁承横向刚度的计算方法,供工厂设计时参考关祖词橡胶堆旁承横向刚度二系悬挂前言二系悬挂采用橡胶堆旁承结构,在现代机车上获得 了广泛的应用它特别适合手盆级货运及调车机车和高 圆簧一样,橡胶堆旁承不但承担了车体以上的垂向载荷,还依靠它的横向弹性实现横向及回转的作用因此有结构简单、减振性能好特别能吸收高 频振动及隔声的特点由于它能达到的垂 向静挠度不大,故适合于重载货运及调车机车上采用,能获得较高的粘着重量利用率我国铁路用于‘、东风、东风内燃 机 车 及电力机车上这种旁承经过较长时期的运用考验,效果良好,特别是有的橡胶堆旁承在运用一个厂修走行公里万后,经拆检,尚能继续使用它消除了人们对橡胶堆旁承运用可靠性的顾虑橡胶堆旁承通常都采用 矩形橡胶块的夹层结构,用硫化方法与钢板粘结在一起。

中间钢板的厚度至少为,目前以居多上下端板稍厚为或隔板的作用,主要是散热如何计算在垂向力作用下橡胶堆的横 向刚度,是一个巫待解决的问题经研究得知【”,它的横 向刚度除符合单个像胶元件的计算规律外,还受以下因素的影响垂向力的大小矩形长短边的比值对某些橡胶堆,如果垂 向力过大,有可能在短边方向呈现失稳现象,即出现横向负刚度图通常,要求橡胶堆的自由高度不能大于它的长边钢板,以保证受压时的稳定性在某些结构条件下,却可利用橡胶堆的失稳特性,例如用于牵引销的前后橡胶堆,它们经预压缩后,可使转向架相对于车体的横 向运动不受约束本文收到日期年月日中国铁道科学第卷一一日已之︺侧︸团谊那图糠胶堆横向刚度随垂向压缩量的变 化关系“,矩形橡胶堆旁承横向刚度的计算方法垂向刚度可按以下方法计算〔,’设矩形面积为,每层橡胶高为图则橡胶支承面积‘,橡胶自由面积,面积比里生二一』互一一垂向形状系数拜,一’则一层橡胶的垂向刚度、二叫 丝兰李上旦几图矩形橡胶堆旁承 上式中,是由橡胶硬度求得的橡胶的弹性模量,橡胶堆的垂向刚度为雷拜式中,—橡胶堆的层数剪切刚度可计算如下〔’〕,,止,‘一‘,,,、纵司浴状杀双一气 夕二声—一一下万丁币万一,八八 八,乡、 ”·‘ ”惊一」横向形状 系数· 一卫不音不 ,八八八,‘、 十。

乙甘下, 、口这里的纵向及横向是指机车上的位置纵向为二向,即沿轨道方向,向‘横向,即轨道横向第期机车像胶堆旁承横向刚度计算的研究、尹、,产口了、‘了、橡胶堆的纵向向剪切刚度‘橡胶堆的横向向剪切刚度气二犷式,中,‘—橡胶的剪切模量人—橡胶的每层高度,—橡胶堆的层数奄曲刚度由于橡胶堆高度较大,应计人它的弯曲挠度这在一般的计算中,常被遗漏,因而导致计算的差错弯曲挠度可以下式计算〔”产、产月呀﹄勺了‘、‘了气、向的弯曲挠度向的弯曲挠度二‘,人二’‘‘人,式,电、,一分别为纵向力及横向力,‘—橡胶堆的计算高度建议 以下式计算‘、二钢板总厚度,式—承载面积,’—橡胶的计算剪切模量‘二‘’尸一一下厂一或‘’十二二二飞一 石招二可按下式计算忿矛,耐一十一,、—分别为向及向的回转半径,即二向几于,,了向无于,,八,‘—一根据橡胶硬度求得的剪切模量、尹、,产八了了、了、则弯曲刚度为二向气二’,建议由文献〔〕 的图一查得向‘,橄胶堆的橄向刚宾橡胶堆的横向刚度是 由剪切及弯曲串联而得,、、了、口‘了、声叮、向机车纵向即向机车横向向刚度的修正,几‘·月刃一介,介二,,二‘,,万一不丁兀万通常,向是矩形的短边,即。

现建议当乒《时,献应乘以小于的系 数中国铁道科学,以修正垂向力的影响推荐以下式计算,即一刃第卷‘一相对挠度,‘谁鼎豁,—系数,对硬度,取对硬度“,圆形橡胶堆横向刚度的计算方法垂向刚度可按以下方法计算〔,’设直径为,每层橡胶高为的圆柱形橡胶堆图则面积比兀二二—二 二二一二,一一一二一,二二一 通兀九艺九垂向形状系数料二,圆柱形橡胶堆的垂向刚度受压介,拼 二式中,—橡胶堆的层数忍—弹性模’剪切刚度可按以下公式计算〔”图圆柱形橡胶堆一不丁篡歹下‘,奄曲刚度按式计算弯曲挠度,其中回转半径以下式代人’ ,可求得弯曲刚度为、 ‘一李‘’兀‘又‘,十忿于‘横向刚度计算第期机车橡胶堆旁承横向刚度计算的研究由剪切及弯曲刚度串联合成的圆柱形橡胶堆的横向刚度为无二人““一在理论上,圆柱形橡胶堆在各个方向的横向刚度是相一 等的,一周而不需要进行像矩畔橡脸堆那样的修正橡胶堆旁承横向刚度计算实例并与实验结果对比设已知某橡胶堆 的参数如下图橡胶共层,每层、二又中间钢板端部钢板橡胶硬度橡胶堆 自由高度剪切刚度计算由文献〔〕查得,当时,忍,,”洲公 ’,琴肆肆粼纱十十一一一斗必一图一某机车用像胶堆一’又二甄一厄石 百二主‘”任’拜’由式,可求得橡胶堆的垂向刚度刃。

拜,在工作载荷作用下的挠 度,二吸劣少下—一万厂石石刃万石甘甘,八八 八‘乙甘毛于丁二下产, 匕艺少于尸一一一不下万下几 不一甘甘 ,‘ 一乙,二二,二犷,卜、艺,」橡胶堆的剪切刚度为介二,介,卫奄曲刚度计算先求了向,即‘,由式一·’一汉’于一得,’,,中国铁道科学第卷 一一一衰几个胶堆的板向刚度计葬位与实翻平均位的对比 —下许葬面两而实洲平均值二今数一一,一一尸一一一一,,一了一,,一备注‘‘·“,,“‘ ·工序号人二,,层‘二,二二,‘几如中空,层二,二个堆几,层,二几何,盆同序号二,层,,试验曲线见图,二时,男向位移大时,呈失往状态,而二时二,已失稳,见图八⋯试,鹦司钊门一引川困写竹去自︸卜产一针曰厂一峭内,‘护,口卜汽一‘ ︸,,‘曰曰乏一卜乏一︸一一一一一二口汪一二卜代引创‘一 ”‘一心二工卜曰 ﹄二︸万妇二一,自,三二,,,,二一一 ︸八口创一一一嘴,卜二一,,矛一,一一日二卜一砂,沛一卜乙吮秒一宝口卿一侧月一人,层二二至,‘,‘,二日口日曰 见文献〕实侧值是时的刚度,故较计算值偏低一日百、石目一心侧荃彼拓,扭图糠胶堆的横向刚度随横向位移的增大而降低的曲线试验求得第期机车橡胶堆旁承横向刚度计算的研究‘‘、,,“一一一一一一一几一一一一一一丁石石石凡一 二。

州,不二、“‘, 十一二 二 石不厂一十孟下不二二下蔺不几 吕掀,入乙”任又’ ,,计算高度,,, 一一凡一为 一一,尤同理,可求得二橡胶堆的横向刚度计算由式,可求得橡胶堆的横向刚度为、一恶瓮一纂牵龚一“,刃·一,,、,,”一不万可一丽丽石丽一““‘,‘一一一因二向的横 向刚度,无二二还应乘以系数,以修正尸的 影 响即二由式得一刃现将计算结果列于表,并与实验平均位相对衰橡胶堆向的刚度随垂向载荷的变化关系一万了几中实验平均值误差组,且 ︸一一门,二﹄,且,五了︸内‘吕怪甘由表可知,随着垂向载荷的增加,二向的刚度明显下降,而实验值下降得更陡橡胶堆的向刚度计算得二实际上,二值随,值增大而逐渐下降,如图所示,而实验平均值为当横向位移,一时,与计算 值相吻合现将多个橡胶堆的横向刚度计算结果与实测数据列于表,进行对比合理选择橡胶堆旁承的纵横向刚度对机车二系悬挂的纵横向刚度值,通常要求纵向刚度小于横向刚度,例如纵向刚度呈的关系目的是既保证机车直线运行时有良好的横向稳定性,又不使曲线通过时有太大的回甲四饮追料字州曰冲曲一第卷转阻力矩而过大的回转阻力矩往往是加剧轮轨侧向磨耗的主要原因表中序号的橡胶堆用于干线货运机车上,每一转向架设有四个。

设通过小半径曲线时,旁承的纵 向位移为,则二系悬挂弹性元件的回转阻力矩可估算如下尸·爪上式中设回转半径为,每个旁承的回转阻力为我们知道东风型机车转向架旁承 处的回转阻力矩为复原力矩与摩擦力矩之和,即〔”‘·因此,该橡胶堆旁承具有较大的回转阻力矩,是东风型机车的一倍多如运用于多小半径曲线的区间,将会呈现轮缘的过早磨耗对上述旁承的应急的改善措施,可将旁承橡胶的硬度 适当减 小,如取二原为二则按照本文所推荐的方法可计算得每个旁承的纵 向刚度向为二因而每一转向架的回转阻力矩为夕又 也夕为原来的,即比东风型机车大左右同理,可求得每个旁承的 横向刚度了向为几如欲进一步减小转向架的回转阻 力知,则应重新选择橡胶堆的几何参数进行优化此旁承的垂向工作载荷较大为,取较软的像胶,要防止失稳的可能性从对序号及两个橡胶堆旁承的试验分析可知棣胶的硬度对橡胶堆的横向刚度影响很大,如由下降至,则几下及飞正扮 入盖几是扮‘确啥勺‘、卫心目‘八︸乃﹄︺‘‘垂向挠度垂向挠度图序号橄胶堆的刚度几,鱿二与 挠度随垂向力的变化曲线 试验求得图序号像胶堆的刚度乡、心二与 挠度随垂向力的 变化曲线 试验求得第期机车橡胶堆旁承横向刚度计算的研究降约,而献二下降至一半光景。

而垂向工作载荷值,对二的橡胶堆 宜 限 制为尸二为好,以防止机车运用中可能会发生橡胶堆的失稳现象应严格控制橡胶堆的制造工艺,以保证达到设计所要求的橡胶硬度值,否则会带来较大的性能误差值得指出的是,由于像胶材料的特殊性能工艺复杂,制造误差大,且硬度随温度而变化等,与金属材料不 同导致计算值与实际数值的误差较大,通常计算的准确度容许控制在士以内孟二,盛二电向挠货,图序号橄胶堆的刚度乡、脱二与挠度,随垂向力的变 化曲线试验求得结论通过以上的理论分析及实验室试验可获得以下几点结论对机车二系悬挂用橡胶堆的横向刚度的预测,建议采用以下公式计算男向介二介,忿·几‘二介万介中国铁道科学介,·左一第卷向当《时,,无‘,应乘以系数建议取或刃“,以修正垂向力的影响,即无二二取、棣胶堆的横向 刚度随以下两个参数而变化横向位移,或人增大,则横向刚度斌或二下降图,计算所得为平均值垂向载荷增大,则横向刚度下降在临界载荷条件下,会出现失稳现象,即呈现横向负刚度图由于橡胶硬度的改变,对横向刚度影响显著,所以要求制作橡胶堆时,应严格控制工艺过程,以尽满足它的设计要求,否则刚度特性将呈现大的偏差参考文献样本 孙竹生主编《内燃机车总体及机车走行部》中国铁道出版社,《》·,,五台·,,。