文章编号:1002-7602(2010)11-0025-03大变形的剪切型橡胶弹簧稳定性问题的探讨黄友剑,张亚新,郭红锋,刘建勋(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)摘�要:从理论与工程相结合的角度剖析了一系剪切型橡胶弹簧失稳的力学原理,提出了改善橡胶弹簧稳定性的基本思路和可行措施,并在此基础上,对某型橡胶弹簧进行了优化设计及工艺制造改进。分析与试验表明,新结构、新工艺的橡胶元件与原产品相比,在工程可能的极限载荷下可有效确保稳定性。关键词:剪切型橡胶弹簧;失稳;稳定性;极限承载中图分类号:U270.2���文献标识码:B1�某型橡胶弹簧的失稳现象橡胶弹簧以其良好的隔振性能、优良的承载能力、合适的使用寿命在高速重载铁路系统获得了广泛应用。某型重载货车上使用的一系橡胶弹簧(图1),在开发研制过程中进行垂向极限承载试验时,当载荷增加到80kN时,试验出现了垂向载荷突然减少但垂向位移却还在继续增加的不正常现象(图2),这种不正常的刚度特性称为结构失稳[1]。显然这种不正常的垂向失稳将导致橡胶弹簧丧失继续承受原设计荷载的能力,而这种失稳现象又因是突然发生而无法预测,常常造成严重的后果,甚至导致整个系统的倒塌,因此橡胶弹簧在承载过程中绝对不允许出现失稳。收稿日期:2009-09-27;修订日期:2010-09-06作者简介:黄友剑(1974-),男,高级工程师。��(2)整流单元设计成前级(AC/DC)、后级(DC/DC)串联的电路,而不是简单的AC/DC电路。通过前级预稳压来提高电磁兼容性,使整流器能在输入电压AC100V~260V的宽范围内满载输出;后级采用单端正激拓扑结构,使得电路简单、高效。(3)运用分散控制设计理念和积木结构方式,将装置分散设计制作,各自独立运行,使整流器具有很高的可靠性、安全性及很好的兼容性、实用性。采用独特的抽屉式结构设计,使安装调试和维护检修变得简单方便。6�结束语研制开发的25型客车全自动开关式整流器通过了广州铁路(集团)公司的技术鉴定,在不需要大改动且不影响原外观的情况下,巧妙地解决了双供电客车无DC48V整流器的电气功能缺失问题。目前,客车全自动开关式整流器已在25型双供电客车上装车运用,至今运行稳定,安全可靠。客车全自动整流器也可作为直流电源和充电机,具有较高的推广价值和广泛的应用前景。参考文献:[1]�王增福,等.软开关原理与应用[M].北京:电子工业出版,2007.[2]�陈道炼.DC-AC逆变技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2003.(编辑:颜�纯)�25��问题讨论铁道车辆�第48卷第11期2010年11月���橡胶弹簧在极限承载时出现的失稳,不仅反应在结构的刚度特性上,而且结构的变形状态也表现为极不正常。试验与有限元分析的结果(图3)表明:在进行极限承载的过程中,橡胶弹簧的各层隔板开始时同时往下移动,但结构接近失稳时,最外一层的隔板却相比其他几层隔板有上翘的趋势,而且每层隔板不再保持刚开始时的平行平稳状态。因此橡胶弹簧承载时的这种变形状态是结构失稳的另一种表现形式。图3�橡胶弹簧在极限载荷下的变形状态2�橡胶弹簧稳定性的基本原理本文所探讨的橡胶弹簧的基本结构为剪切型。剪切型橡胶弹簧的垂向刚度特征为在承载的大部分阶段都表现为线性,因此在计算时可视为理想的弹簧。为使弹簧在承载过程中具有足够的稳定性,弹簧垂向刚度ky对横向刚度kz的比值应满足以下的经验公式[2]:kykz��stf0�0.8(1)式中:�st���垂向挠度;f0���垂向自由高。由公式(1)绘制的橡胶弹簧的稳定性曲线(图4)表明:kykz与�stH形成的反函数双曲线是一条临界失稳线,在临界失稳线下面的区域,说明结构是稳定的;反之则结构处于失稳状态。因此,设计这类剪切型橡胶弹簧时,应掌握这一基本的设计准则。图4�橡胶弹簧的稳定性曲线3�提升橡胶元件稳定性的措施为确保剪切型橡胶弹簧能够实现良好的垂向稳定性,可根据式(1)对元件的性能参数进行优化组合设计,即通过优化垂向刚度、垂向挠度、垂向等效自由高及横向刚度这4个参数组合来满足结构的稳定性要求。3.1�从系统装配的角度改善稳定性站在系统的角度设计结构,可更好地满足结构的稳定性要求。对橡胶弹簧来说,橡胶层的总厚度H0、产品的自由高f0及总长度L0(图1)是与系统相关的装配尺寸,而且这几个装配尺寸都可在一定...
