地铁弹簧组内外弹簧磨碰原因探讨

马永涛

（中车贵阳车辆有限公司，贵州 贵阳 550017）

客户反馈，中车贵阳车辆有限公司生产的地铁弹簧在运用过程中有内外弹簧相互磨碰致使油漆脱落的现象。

1 理论分析

调查情况：对弹簧组安装使用情况进行了观察，地铁弹簧组使用时上下都加安装座，从安装座的尺寸来看，内簧与外簧之间的间隔距离为6 ～6.5mm。从现场查看的情况来看，检查了10 列车共计480 组弹簧，其中有8 组弹簧存在磨碰现象，发生比例为1.67%，所有发生磨碰的弹簧组存在一个共同的现象：就是明显看到发生磨碰的弹簧组内簧与外簧之间的间隔距离不均，磨碰出现在间隔距离小的位置，分布在轴端的方向。

2 试验装置和方法

2.1 试验装置

为了模拟弹簧组两端装有安装座和车辆运行时弹簧组产生横向偏移的情况，设计了钢制弹簧安装座，主要用于模拟固定弹簧两端。

2.2 试验方法

（1）为了验证是否有弹簧外形尺寸不符合标准要求而导致弹簧在受力时弯曲产生磨碰，选择了一组装车使用时磨碰的弹簧。另外，在合格产品中随机抽取了两组组弹簧。

（2）为模拟运行时最大载荷状态是否有内、外簧磨碰现象产生，选取了装车使用时产生磨碰的弹簧组进行压缩试验（图1、2）。首先将其分别压缩至止挡载荷并检查弹簧的垂直度，再将弹簧组压缩至工作时的最大载荷45.422kN，在内外弹簧之间放白纸，检查白纸是否有接触或破损现象。

（3）弹簧的横向偏移位置及弹簧组的横向偏移位置与车辆运行中横移的方向相关性试验。以前在测量横向偏移量时我公司是对弹簧组整体进行的。按照欧标EN 13298 的要求，应对内、外弹簧的横向偏移量在AW0 工况分别进行测量，然后在漂移方向上贴上标识。同时，还应测量内、外弹簧在AW3 工况（外簧22kN,内簧13.3kN）下的横向偏移方向，要求AW0 和AW3 工况下的漂移方向的夹角小于30°，然后将内、外弹簧用安装座上下进行定位，上下安装座加10mm 的水平横移，将内、外簧的横向偏移点分别放置在相同的方向、相反的方向、夹角为90°的方向。从AW0 工况加载到AW3 工况，观察内、外簧是否有磨碰现象。

图1 弹簧试验前的状态

图2 弹簧试验时的状态

3 试验结果比较与分析

弹簧外形尺寸检测。从外形尺寸检测的结果来看，在合格产品中随机抽取的三组弹簧，对外形尺寸进行检测全部合格，不存在有外形尺寸不合格的现象。所以，不存在因弹簧外形尺寸不符合标准要求而导致弹簧在受力时弯曲产生磨碰的现象。

最大载荷状态是否有内、外簧磨碰现象。从测试结果看出，在最大工作载荷下测量其垂直度也都比较小，这样小的垂直度不足以使弹簧相互磨碰，另外，从实际测试的情况来看，未发现白纸有接触或破损现象。因此，也不存在压至最大工作载荷时会发生内、外弹簧磨碰的可能。

弹簧的横向偏移位置及弹簧组的横向偏移位置与车辆运行中横移的方向相关性试验。从试验结果来看，10 种不同的摆放位置均没有内、外弹簧磨碰现象产生。可以这样理解，弹簧组上下加了安装座，这相当于将弹簧两端进行了固定，内、外弹簧之间的距离已经被安装座锁定，弹簧组一端移动时弹簧随安装座平行移动，引起弹簧横向弯曲的趋势较小，横向移动的距离一般在10mm 以内，试验中做到20mm，即使是20mm 的横向偏移量也是一个较小的横移，这引起弹簧产生横向弯曲的幅度较小，不足以达到相互磨碰的地步。因此，产生横向偏移的情况下磨碰的现象也几乎不存在。

通过比较试验的结果来看，经过以上多项试验的检测和分析，弹簧的外形尺寸、性能均符合标准的要求，并不存在因弹簧性能及尺寸参数不合格而引起的内外弹簧磨碰。

4 磨碰的可能原因探讨

4.1 弹簧安装座的影响

（1）安装座尺寸的影响。弹簧组两端加了安装座，上端为钢制安装座，下端为橡胶安装座，在使用现场不能进行测量，是否存在安装座尺寸不合适或甚至安装座用错的现象不得而知，这需要地铁车辆制造方和使用方共同协调，对发生磨碰的安装垫进行更换检测。

（2）安装座性能的影响。弹簧组下端有橡胶垫，如果橡胶垫老化或出现弹性不均的情况，在车辆运行的动态情况下，特别是车辆通过弯道和在加速制动时横向作用力较大的情况下，可能加大弹簧的倾斜弯曲而产生磨碰。

4.2 转向架轴箱与安装座接触的两个平面的影响

转向架轴箱与安装座接触的两个平面的平面度及平行度也会影响到弹簧组受力时的垂直度。弹簧组两端面的平行度及平面度的要求都比较严格，从给定参数来看，分别为0.5mm 和1.5mm，而且弹簧组都是经过逐一检查，平行度及平面度都是符合要求的。但是，如果转向架轴箱与安装座接触的两平面不平行，存在一定的夹角，与弹簧组端面不平行的因素叠加，会加大弹簧组受力时弯曲的可能性。

总之，产生磨碰的弹簧组有一个共同的现象，就是发生磨碰的弹簧组内簧与外簧之间的间隔距离没有调整得当，内簧与外簧之间出现一边间隔距离大、一边间隔距离小，磨碰出现在间隔距离小的位置，而且都分布在轴端的方向。从检查弹簧在最大工作载荷下的垂直度来看都在2mm 左右，理论上内簧与外簧之间的间隔距离为6 ～6.5mm，如果考虑最大工作载荷下的垂直度及安装弹簧组时内簧与外簧之间间隔的距离没有调整均匀的影响，理论上内簧与外簧之间的间隔距离为2 ～2.5mm，这个间隔距离如果受安装座及转向架轴箱与安装座接触的两个平面的影响，加大了磨碰的可能性。

由于受试验条件的限制，不能完全模拟车辆运行的情况进行试验，本试验是在受静态载荷的情况下进行的，车辆在实际的运行中受力比较复杂，除了受轴向静态载荷的作用外，还有冲击载荷和横向力的作用，在这种情况下，弹簧组内外弹簧磨碰的原因是否与分析一致还需探讨。

5 建议

对于已装车使用的弹簧来说，要彻底解决磨碰的问题只有调整内外弹簧之间的间隔距离才可能解决，而在装配好的车辆上难以直接进行调整。根据根据调查分析的情况来看，发生磨碰的部位仅仅是面漆被磨掉，底漆还存在，所以未伤及到弹簧本体，即使是磨损到弹簧本体，磨痕也非常细小，而且边缘也是圆滑过渡的，不会出现凹坑或尖角现象，因而不足以形成应力集中而产生断裂的现象，所以对弹簧的使用寿命几乎没有影响，并不影响弹簧正常使用，因此，建议定期对油漆脱落部位进行补漆处理。

综合经济性并从根本性来考虑，建议加大内外弹簧之间的间隔距离，因为弹簧的垂直度按照1.5%H0（H0为弹簧自由高度）来设计，建议弹簧的内外间距按3%H0来设计。当内外弹簧之间的间隔距离足够大时，内外簧之间的间隔距离即使调整出现偏差，内外弹簧之间最小的间隔距离也足以保证其不产生磨碰。