Page 113 - 《橡塑技术与装备》2023年12期

测试与分析 于晓东 等·减少空气弹簧橡胶堆鼓包故障影响的设计理念探讨

黏接面附近胶层与金属部件产生相对滑移，胶层在金
属部件间挤出形成胶层塌陷故障，此时橡胶堆将可能
在最大许用载荷范围内产生金属部件的提前硬接触，
从而失去减振功能。

图 4 正常橡胶堆 FEA 模型
针对模拟故障橡胶堆 FEA 模型，调整其底部结构，
如图 5 所示，通过调整优化部位高度 H，使橡胶堆发
生故障时挤出的内胶层与底部结构接触挤压产生支承
作用，从而达到削减橡胶堆失效的目的。
图 3 橡胶堆的正常状态与失效状态

当橡胶堆塌陷故障发生时，通常需要抬车才能更
换故障件，如此时车辆正处在运行线路中，不但不具
备抬车条件，还会严重影响车辆和线路的正常运行，
造成客户较大的运营损失。针对上述现状，本文提出
一种橡胶堆的优化设计理念，通过合理改进橡胶堆的
零部件结构，使出现塌陷故障的橡胶堆在一定程度上
避免失效，从而使车辆短期内能够维持正常运行，待
具备抬车维修条件时再进行故障件的更换，达到降低
图 5 一种优化方案图示
车辆运行安全风险和客户运营损失的目的。根据实际
运用经验，空气弹簧在正常工作时，橡胶堆内胶层形 针对上述方案建立图 6 所示 FEA 模型，并计算得
变最大，最易发生失效，通过优化设计如能避免或削 到图 7 所示不同状态下橡胶堆的位移和应力计算曲线，
弱内胶层失效，则可以达到降低橡胶堆塌陷故障影响 由曲线可知，最大垂向载荷 170 kN 以内曲线全程未
的目的 [3] 。 产生阶跃，即橡胶堆未失效，能够正常提供减振性能。
同载荷下橡胶堆形变量介于正常橡胶堆和模拟故障橡
3 橡胶堆的优化设计方案 胶堆之间，这说明优化方案下橡胶堆的承载得到了明
3.1 基于 FEA 计算分析 显改善。
为便于研究，本文模拟橡胶堆芯轴与内胶层黏接
不良建立模拟故障 FEA 模型进行计算分析，模拟模型
的芯轴与胶层完全不黏接，这是一种极端恶劣的故障
工况。被模拟的橡胶堆产品需要在最大垂向载荷 170
kN 时仍具备减振能力。
图 4 为正常和故障橡胶堆的 FEA 计算模型，图 7
为不同状态下橡胶堆的位移和应力计算曲线。计算结
果表明，对比正常橡胶堆，模拟故障橡胶堆在同载荷 图 6 优化橡胶堆 FEA 模型
下形变更大，在垂向载荷 140 kN 左右时曲线出现阶
3.2 改进方案试验验证
跃，此时故障橡胶堆芯轴与支承座出现硬接触，橡胶 为验证上述计算方案的可行性，对上述正常橡胶
堆失效，不再具备减振功能，而正常橡胶堆在垂向载 堆及模拟故障橡胶堆优化前后进行了试验验证（如图
荷 170 kN 范围内未发生失效。
9）。
图 8 为模拟故障橡胶堆、正常橡胶堆以及优化方

年
2023 第 49 卷 ·55·