1.引言
鐵路機(jī)車車輛中大量使用螺旋圓柱彈簧，其軸向剛度、橫向剛度嚴(yán)重影響機(jī)車的運行穩(wěn)定性、安全性和曲線通過性能。關(guān)于彈簧剛度的理論研究較多：一是建立彈簧的有限元模型，得到彈簧在軸向載荷與橫向載荷共同作用下，橫向剛度近似為定值，并且橫向剛度值與橫向 載 荷的 方 向 有 關(guān)的結(jié)論；二是建立包括彈簧的車輛系統(tǒng)運動非線性模型，模擬實際工況，得到橫向剛度對提高車輛的臨界速度具有顯著作用的結(jié)論；三是建立彈簧的系統(tǒng)方程，需要在彈簧模型中引進(jìn)正、負(fù)兩個附加橫向剛度系數(shù)，才能準(zhǔn)確模擬軸向載荷對彈簧橫向性能的影響�，F(xiàn)今對彈簧橫向剛度的理論計算中，將 彈簧簡化為等截面彈性直桿，利用直桿彈 性曲線的微分方程和邊界條件，導(dǎo)出彈簧的剛度矩陣，引入彈簧有效自由高度，計 算 螺 旋 圓 柱 彈 簧 橫向剛度，計算值接近試 驗 值，但不能計算出精確的彈簧橫向剛度。為了保證實際應(yīng) 用中機(jī)車車輛的安全性、穩(wěn)定性等動力學(xué)性能指標(biāo)，需 要對制作好的彈簧進(jìn)行 試 驗 檢 測。 文中使用濟(jì) 南時代試金試驗機(jī)有 限公司生產(chǎn)的彈簧橫向剛度試驗機(jī)（以下簡稱試驗機(jī)），對 某 機(jī) 車 彈 簧 試 樣進(jìn)行了軸向剛度和橫向剛度的檢測。
2.試驗機(jī)工作原理
試驗機(jī)結(jié)構(gòu)見圖１（ａ），由主機(jī)和橫向剛度檢測系統(tǒng)組成。主機(jī)采用門式結(jié)構(gòu)，加載橫梁由滾珠絲杠副傳動，實現(xiàn)對彈簧試樣的軸向加載。橫向剛度檢測系統(tǒng)主要由橫向偏移測量裝置、橫向位移加載裝置組成。橫向偏移測量裝置，具有水平面內(nèi) Ｘ、Ｙ方向的位移測量傳感器，通過計算機(jī)采集到的 Ｘ、Ｙ方向的位移量，確定彈簧的自由偏移方向和偏移角度，并在彈簧橫向剛度試驗時為試驗機(jī)提供橫向位移加載方向。橫向位移加載裝置，由滾珠絲杠副傳動，并安裝負(fù)荷傳感器，該傳感器用來測量與施加的橫向位移相對應(yīng)的橫向載荷數(shù)值。試驗力測量控制系統(tǒng)由負(fù)荷傳感器、測量放大器、Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓電源等組成。位移測量控制系統(tǒng)由光電編碼器、光柵尺、倍頻整形電路、計數(shù)電路等組成。通過各種信號處理，實現(xiàn)計算機(jī)顯示、控制及數(shù)據(jù)處理等功能。圖１（ｂ）為機(jī)車彈簧試樣處于橫向剛度試驗狀態(tài)。
3.試驗
3.1檢測項目
被檢測彈簧為等節(jié)距圓柱形、端圈并緊磨平、成品壓縮彈簧，其廠家提供了理論計算數(shù)值（彈簧軸向剛度理論值見表１，彈簧橫向剛度理論值見表２）。彈簧廠家需要檢測的項目為：一是彈簧在軸向載荷作用下的剩余高度是否在其廠家要求的公差范圍內(nèi)；二是在軸向載荷與橫向位移載荷共同作用下，檢測彈簧的橫向剛度，是否滿足 ＴＢ／Ｔ２２１１－２０１０《機(jī)車車輛懸掛裝置鋼制螺旋彈簧》（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3.2試驗方法
3.2.1軸向剛度試驗
在試驗機(jī)上，將橫向剛度模塊鎖定，使下壓盤不能自由移動，就可以進(jìn)行軸向剛度試驗。彈簧軸向剛度值是根據(jù)軸向載荷差值和對應(yīng)的軸向變形量差值獲得。
3.2.2橫向剛度試驗
為模擬機(jī)車彈簧安裝在懸掛系統(tǒng)中的工況，要求試驗機(jī)的上、下壓盤保持平行，且不能旋轉(zhuǎn)。上、下壓盤配備有指定直徑和高度的定心裝置，使彈簧的上、下端部，分別與上、下壓盤可靠固定。下壓盤在ｘｙ水平面內(nèi)可以在ｘ、ｙ方向自由移動。試驗過程中，作 用 在 彈 簧 上 的 軸 向 載 荷 Ｆｊ數(shù) 值 保 持 在±１％的公差帶內(nèi)。檢測彈簧橫向剛度時，首先檢測彈簧在軸向載荷作用下的自由偏移方向和偏移角度，確定橫向位移的加載方向；然后在軸向載荷和橫向位移載荷共同作用下，檢測彈簧試樣的橫向剛度。具體試驗步驟如下：（１）檢測自由偏移方向和偏移角度。給彈簧施加靜態(tài)軸向載荷Ｆｊ；彈簧下端面與下壓盤一同向彈簧自由彎曲方向偏移，得到彈簧自由偏移方向和偏移角度。
（２）檢測橫向剛度。以彈簧與上、下壓盤同軸心為初始位置，給彈簧施加靜態(tài)軸向載荷 Ｆｊ；在彈簧自由彎曲正方向上，給彈簧下壓盤加載橫向位移從０ 到ｒＡ１，檢測與橫向位移ｒＡ１對應(yīng)的橫 向 載荷ＱＡ１；繼續(xù)加載橫向位移從ｒＡ１到ｒＢ１，檢測與橫向位移ｒＢ１對應(yīng)的橫向載荷 ＱＢ１；然后回復(fù)到初始位置；在彈簧自由彎曲反方向上，對彈簧下壓盤加載橫向位移從０到ｒＡ２，檢測與橫向位移ｒＡ２對應(yīng)的橫向載·７４·荷ＱＡ２；繼續(xù)加載橫向位移從ｒＡ２到ｒＢ２，檢測與橫向位移ｒＢ２對應(yīng)的橫向載荷 ＱＢ２；最后回復(fù)到初始位置。橫向剛度按下式計算：
在該機(jī)車彈簧試樣檢測中，廠家給出的ｒ１、ｒ２、ｒｎ 的數(shù)值２０ｍｍ，就是公式中ｒＢ，沒有給出ｒＡ的數(shù)值。試驗中，ｒＡ的數(shù)值在０－ｒＢ之間取值，本文試驗中ｒＡ取為１０ｍｍ。
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