客车转向架用低寿命周期成本橡胶弹性元件的研制

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随着社会的进步,环境友好型的技术日趋成为主流,轨道交通自身的低排放特点,使得全球都在大力发展轨道交通,这更促使全球的轨道交通从业者在积极地进行环境友好型的技术研究。可靠性技术以系统的观点对产品的设计、制造以及使用进行研究,可以有效地降低产品的寿命周期成本,被轨道交通各设备制造商广泛地应用。随着轨道交通事业的发展,对乘坐的舒适性和安全性,以及行驶的高速性的要求,振动噪音的降低和消除技术引起了极大关注,越来越多的金属部件被橡胶弹性部件替代。目前的橡胶悬挂部件的设计寿命一般为6~8年,在车辆40年的使用寿命期内,意味着橡胶悬挂部件要进行四到五次的更换,橡胶悬挂部件的寿命周期成本高。  本文的主要研究任务是针对欧洲客户时速200km平台的转向架用橡胶悬挂部件进行研制,采用公式计算、有限元分析、试验验证以及RAMS工具研究手段进行研究,提高橡胶悬挂部件的设计寿命至10~12年,降低弹性元件在车辆寿命期内的维护和保养成本,使得橡胶悬挂部件的寿命周期成本最低。本文研究的车型结构紧凑,转向架有两种结构形式,一系悬挂采用定位转臂方式,二系牵引采用两种形式,一种是牵引中心销与牵引橡胶堆组成的浮动牵引装置,一种是单牵引拉杆组成的形式。针对橡胶悬挂部件各自的功能特性,进行了细致且周密地分析研究。一系橡胶节点采用锥形橡胶套与芯轴组装的结构实现了横向刚度和纵向刚度的匹配,二系牵引橡胶堆采用蠕变性能优异的配方实现刚度及应力松弛的要求,牵引拉杆球铰创新地采用三段式结构设计,实现了二系牵引装置所需的非线性动力学特性以及安全性高的要求。通过公式计算和有限元分析验证了设计的可行性,并对每种产品进行了全套型式试验验证。同时制造了首批样件用于客户的转向架动力学试验,2017年4~9月间该转向架进行了动力学性能试验,三种橡胶悬挂部件的表现出色,完全满足客户的动力学特性要求。  对寿命周期成本的研究,采用了RAMS工具,对三种橡胶悬挂部件分别制定了RAMS计划,对故障模式分别进行了DFMECA分析,整理出了每种产品的RAMS报告,确认产品的失效率满足客户要求,产品可靠性能满足客户需求。针对三种橡胶悬挂部件整个寿命期的维护成本LCC进行了分析,以保证LCC满足客户的要求,真正做到了低寿命周期成本设计。
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