铁道车辆用橡胶球铰扭转、偏转性能测试分析及探讨.pdf

试验研究
铁道丰辆第49卷第9期2011年9月
文章编号:1002-7602(2011109-009-03
铁道车辆用球铰扭转、偏转
能遡測试分析及択
彭立群,林达文,王进,李心,陈刚
(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)
摘要;介绍了铁道车辆用橡胶球的结构特点,通过自制的专用试验装置对橡胶球进行了10kN?m扭转试验
和100kN?m偏转试验,并总結出一套试验方法和数据处理方法
关键词:铁道车辆;橡贬球;扭转试验;偏转试验
中图分类号:U270.331+.5文献标识码:B
橡胶球铰是目前国内外轨道交通领域应用最为广
上下牵引杆
泛的减振弹性元件,具有柔性连接和缓冲振动冲击的
作用,且具有不产生机裓摩擦、无需润滑、噪声低、结构
构架
简单、无需维护等优点。随着我国铁道车辆和轨道交
通业的快速发展,研制具有自主知识产权的橡胶球铰
类产品非常必要。长期以来,国内由于受试验设备等
因素的影响,无法对橡胶球铰进行大力矩扭转和偏转
橡腔球饺
试验,这已成为制约橡胶球铰类产品研发的难题。笔
者通过设计一套合理的试验装置和试验方案,解决了
图2橡胶球安装方式
这一难题,不仅成功地对橡胶球铰类产品进行了大力
矩扭转和偏转试验,还总结出一套比较合理的试验方2试验装备
法和数据处理方法。
传统的扭转、偏转试验是采用液压扭转油缸来实现
1结构与安装
的,由于扭转油缸为齿轮齿条结构,其最大输出力矩
般为2kN?m~2.5kN?m,且在试验过程中易磨损,
橡胶球铰主要由外套、橡胶层、内套三部分组成
”维修困难,维护成本高,很难满足大力矩加载试验要求。
按生产工艺可分为整体硫化和压人式两大类,按外观为此,笔者特制了一套试验装置,以完成大力矩扭转试
可分为带芯轴和无芯轴两大类(图1),安装于车轴与验和偏转试验。大力矩扭转试验采用4通道加载试验
构架之间(图2),起牵引、悬挂、减振作用,可承受径系统,大力矩偏转试验采用12通道加載试验系统。
向、扭转、偏转3个方向的载荷。
传统的偏转、扭转试验实物安装图见图3,自制
(a)带芯轴
(b)无芯轴
图1橡胶球铰仿真模型
收稿日期:2010-12-28;修订日期:2011-06-10
作者简介:彭立群(1983-),男,工程师。
图3传统的偏转、扭转试验实物安装图
万方数据
铁道车辆第49卷第9期2011年9月
的扭转试验装置与实物安装图见图4,偏转试验装置
与实物安装图见图5
昭4自制的扭转试验装置与实物安装图
AB.终止状态力臂垂直高度;AC.初始状态力増垂直高度;AD、AC.
扭转力臂长度;BC.试验机垂向位移CE.初始力臂长度;∠GAE.
试验扭转角度;∠DAG.扭转终止角度;F.试验机垂向载荷
图7扭转试验机构运动模型
设试验机垂向位移为S(S=BC=AC-AB),力臂长
度变为L2,试验过程中AG>CE,L2在整个试验过程
中是一个变量,与扭转角度成正比。通过推导,得出:
S-AC-COS(arccosac/AD+/GAE)XAD(1)
3.1.2大力矩扭转试验方法
(1)将橡胶球铰安装于试验机加载中心位置,测
量初始高度AC,代入式(1),求出垂向位移S。
(2)垂向以20mm/min的加载速度加载到试验
要求值(S),连续加载3次以消除内应力
图5自制的偏转试验装量与实物安装图
(3)间隔3min后正式加载1次,并记录试验结
果(表1、图8、图9
3试验技术
表1橡胶球铰扭转试验结果
3.1大力矩扭转试验
扭转位移/mm扭转角度/()扭转载荷/kN扭转力矩/(N?m)
3.1.1大力矩扭转试验原理
18.77
10.03
12.17
157
采用偏心摆臂机构产生扭转角,完成扭转试验。
15,6
2663,60
扭转试验机构示意图见图6,其运动模型见图7
30,00
19.34
3994.0
6548.96
142.16
46.00
39.30
9849.73
35
30
起20
图6扭转试验机构示意图
10
图7中,力臂在试验初始状态的安装角小于2
位移/mm
∠DAE<20),AD=AG=280mm,AC=267mm。
图8试验机垂向加载载荷-位移曲线(扭转试验)
10
万方数据
铁道车辆用橡胶球扭转、偏特性能试分析及探计彭立群,林达文,王进,事心,陈刚
10
市办
角度/()
9橡胶球敏扭转角度-力矩曲线
11胶球较偏转角度-力矩特性曲线
3.2大力矩偏转试验
3.3试验结果分析
3.2.1大力矩偏转试验原理
扭转和偏转刚度是橡胶球铰的重要性能参数。目
大力矩偏转试验装主要由上固定板、连杆、销前,橡胶球刚度大致分计算切线刚度和割线劇度(区
子于、过洪套、芯轴、试验外套、支撑座等组成?橡胶球何刚度)2种,切线刚度只对单点数值进行求导,割线
通过试验外套固定在支撑座内,芯轴穿过橡胶球内刚度是其一区间载荷与变形的比值。由上述刚度曲线
套并通过销子与连杆装配。试验装置施加垂向载荷
和试验数据可以得出,这种结构的橡胶球铰扭转和偏
通过连杆和芯轴产生偏转力矩,完成偏转加载。
转刚度特性是非线性,故单点刚度不能准确反映出产
3.2.2大カ矩偏转試验方法
品的刚度特性,只有根据产品实际受力工况计算区间
(1)将橡胶球铰压装于试验外套内,并安装于试刚度,才能得出准确的试验数据,以指导产品开发。
验机加载中心位置。
2)垂向以25kN/min的加載速度加載到试验要4结束语
求值,连续加载3次以消除内应力。
试验装置、试验方法是影响试验参数测定的几个
(3)间隔3min后正式加载1次,并记录试验结关键因素,如何设计一种新型的扭转和偏转试验装置
果(表2、图10、图11)
并统一试验方法是值得深入研究的课题。上述试验装
置和试验方法已成功地应用于橡胶球铰大力矩扭转和
2橡胶球铰偏转试验结果
偏转试验,希望能为开发其他橡胶球篏类产品提供参
偏转位移/mm偏转角度/(")但转载荷/kN偏转力短/(N?m
考
6,11
50
10209.12
参考文:
11.26
81.94
20157,68
163.38
40190.41
[13王进,彭立群,侯海,等·轨道交通用線胶球餃的结构与特性
23.60
5,51
244.06
60038.0
J.世界橡胶工业,2006
2]沈情,顾亚桃,橡胶球形球压装装置的设计与应用[J].机车
80010.20
车辆工艺,2007,(1):33-34
7.95
106057、2王
[3]钟文生.六连杆橡胶球铰的运动关系分析与设计参数确定[].机
车电传动,2004(4):14-16
[43王雄兵,谢文华,王想永.橡胶弹性元件绘合试验