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1、城轨车辆剪切型叠层橡胶弹簧稳定性研究第33卷第6期2010年11月20日电力机车与城轨车辆ElectricLocomotives&MassTransitVehic/esVo1.33No.6Nov.20th,2010?研究开发?城轨车辆剪切型叠层橡胶弹簧稳定性研究冯万盛,黄友剑,荣继刚,程海涛(南车株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)摘要:用于欧洲某型城轨车辆转向架的一系剪切型叠层橡胶弹簧具有结构简单,重量轻,垂向挠度大及承受载荷大等优点,但在研制的过程中发现,弹簧在极限载荷作用
2、下出现严重的失稳现象.文章从理论与工程结构的角度分析了类似的剪切型叠层橡胶弹簧的失稳情况,解决了产品的失稳问题.关键词:城轨车辆;剪切型叠层橡胶弹簧;稳定;极限承载中图分类号:U270.1+1文献标识码:A文章编号:1672—1187(2010)06—0013—04StabilityofshearinglaminaterubberspringforurbanrailvehicleFENGWan-sheng,HUANGYou-jian,RONGji—gang,CHENGHai—tao(CSRZhuzhou
3、TimesNewMaterialTechnologyCo.,Ltd.,Zhuzhou412007,China)Abstract:Thesingle—stageshearinglaminaterubberspring,whichusedforoneEuropeanurbanrailvehicle,hastheadvantagesofsimplystructure,lightweight,largeverticaldeflectionabilityandhighloadbearingability.Butd
4、uringthedevelopmentprocess,it'Sf0undthatthespringhashighunstablephenomenonunderultimatebearing.Thispaperanalysestheunstablephenomenonforasimilarshearinglaminaterubberspringfromthetheoryandtheengineeringstructure,ahdsolvestheproblemofunstable.Keywords:urb
5、anrailvehicle;sheafinglaminaterubberspring;stabilization;ultimatebearing0引言一系剪切型叠层弹簧主要应用在地铁车辆和有轨电车上,其主要的优点是结构紧凑,质量小,垂向,纵向,横向刚度容易实现匹配,较低的动静刚度比值等.此次研究的叠层弹簧与欧洲类似的弹簧比较,在外形尺寸基本相等的情况下,欧洲产品的最大垂向变形只有50～60mill,当垂向变形增加到100mm时,产品出现严重的失稳现象,影响车辆的行车安全.通过此次对剪切型叠层橡胶弹簧失稳
6、性能的研究,将其垂向变形提高到100mm,适应列车对叠层一系弹簧大变形的需求.1剪切型叠层橡胶弹簧的安装,功能及弹簧结构特征1.1安装及功能欧洲某型城轨车辆转向架用一系剪切型叠层橡胶弹簧的安装如图1所示,它是一系悬挂系统的减振部件,安装于轴箱和转向架构架之间.每个轮对轴箱使用2个相同的橡胶弹簧,将转向架与轮对轴箱连接起来并承担轮对导向作用,用于传递轮对的牵引力和制动力.该弹簧在垂直方向给车体以弹性支撑,在列车的纵向和横向提供柔性连接和限位的作用.弹簧的垂向刚度一般是线性的,不随垂向载荷变化,但纵向和横向
7、刚度将随垂向载荷而变化.一般产品介绍的纵向和横向刚度是指弹簧在空载下的刚度值.图1弹簧安装结构图1.2结构简介该剪切型叠层橡胶弹簧主要采用多层隔板与橡胶层收稿E1期:2010—07—16作者简介:冯万盛,2001年毕业于郑州航空工业学院管理工程专业,现从事橡胶弹性减振元件的研发工作.一13—电力机车与城轨车辆?2010年第6期粘接成橡胶金属弹簧,其包括下底板,上顶板,橡胶体和金属隔板,橡胶金属弹簧的高度随橡胶逐层增加(见图2).图2弹簧结构图1-3弹簧的主要性能参数弹簧的使用寿命为1O年或120万km.
8、根据性能参数的不同分为4种型号,主要的载荷及参数见表1.表T橡胶弹簧性能参数2剪切型叠层橡胶弹簧的失稳现象2.1弹簧失稳的定义宏观上,弹簧在受压到一定程度时会出现弯曲变形,承载能力上表现出位移增加而载荷不增加或减少的反常行为,这一行为称为失稳(见图3).从材料上分析,工程用的橡胶是处于高弹态的高聚物,其材料典型的应力一应变曲线可以解释产品的失稳情况.如图4所示,Y点以前,应力一应变关系满足虎克定律,Y点以后,随着应变的增加,应力不再增加,表
