机械式火车空气弹簧扭摆疲劳试验机

　　1 前 言

　　空气弹簧作为利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧, 具有可按需设计特性线、刚度随载荷而变化、能同时承受轴向和径向载荷、承载能力可根据内压调整等优点, 特别适用于车辆悬挂装置中, 用以改善车辆的动力性能, 提高其运行舒适度。

　　火车空气弹簧作为空气弹簧的一种主要型式, 在铁路车辆无摇枕结构转向架上得到了广泛应用, 其承受大的横向变形的同时, 还要承受扭转变形, 且车体的扭摆运动通常是耦合的。为了测试空气弹簧的可靠性, TB/T 2841-2005《铁路车辆空气弹簧》与国外 BS EN13597 等标准均要求空气弹簧进行扭摆耦合大位移横向疲劳试验。

　　为了真实模拟火车空气弹簧实际运行工况, 并以较低成本一次完成数十万次的疲劳试验, 株洲时代新材料科技股份有限公司于 2006 年研制了一台机械式火车空气弹簧扭摆疲劳试验机。

　　2 空气弹簧扭摆疲劳试验机机构模型

　　空气弹簧扭摆疲劳试验机机构模型如图 1 所示, 采用的铰接四杆机构最常见的曲柄摇杆机构。图中 AB 为曲柄, BC 为连杆, CD为 摇 杆 , AD 为 机 架杆。如果图示初始位置 CD⊥CA, AC=BC,且 AB"BC, 则曲柄AB 旋转一周, 摇杆CD 往复摆动一次, 且 C 点摆动幅值等于曲柄长度; 因此调整曲柄长度与转动频率, 摇杆摆动幅值与频率相应改变。由于摇杆摆动幅度不是很大, BC 与 CD 夹角接近90°, 故这种机构传动效率较高。

　　目前国内外空气弹簧产品最大系统横向位移为180mm, 故曲柄 AB 长度取 0～180mm 可调。

　　另外国内外各种转向架上空气弹簧的跨度为 1956～2300mm, 所以摇杆 CD 长度取 900～1200mm 可调。

　　取连杆 BC 长为 1300mm

　　AD2=AC2+CD2得 AD=1581～1769mm

　　ABmax+AD=180+1581～1769=1761～1949

　　BC+CD=1300+900～1200=2200～2500

　　ABmax+AD

　　由上可知, 该机构模型简单、实用、传动效率高, 完全可以模拟火车空气弹簧工作时的运动状态。

　　3 空气弹簧扭摆疲劳试验机技术参数

　　空气弹簧扭摆疲劳试验机主要技术参数如表1 所示, 从表中可以看出, 试验机基本技术参数均可调整,其调整范围及试样安装有效空间满足国内外已开发的火车空气弹簧扭摆疲劳试验要求。

　　4 空气弹簧扭摆疲劳试验机结构介绍

　　空气弹簧扭摆疲劳试验机整机结构如图 2 所示, 由机架、齿轮减速电机、曲柄摇杆装置、工作台、活动架与电控部分等组成, 空气弹簧安装在工作台与活动架之间。

　　( 1) 机架

　　机架为四立柱框架力自平衡结构, 由顶板、导柱与底座组成, 工作台、齿轮减速电机与摇摆装置均安装在机架上。顶板上安装有蜗轮蜗杆调节装置, 用以调整活动架的高度。底座为双层箱形结构, 通过 4 个导柱与顶板相连。