彈性膠泥緩沖器在軌道交通車輛應用

 前言

    緩沖器是軌道交通車輛的重要部件之一，其作用是緩和車輛在運行中由于機車牽引力的變化或在啟動、制動及調車作業時車輛相互碰撞而引起的縱向沖動和振動，它直接影響著列車的牽引總重、運行速度、車輛的總重、編組作業效率等涉及鐵路運輸效能的主要技術經濟指標。緩沖器性能的好壞直接影響行車安全和旅客舒適度，因此世界各國均重視對性能優良緩沖器的開發研究。

    目前國內典型的緩沖器有油脂潤滑的環彈簧摩擦式緩沖器、液壓緩沖器，但是它們分別存在低溫性能和耐老化性能差、壽命短、制造與維修工藝復雜、成本高、自重大、制造加工精度要求高等缺點，所以都很難得到廣泛的推廣。

    我國客車緩沖器基本上都是具有油脂潤滑的環簧結構，環簧結構的緩沖器不能滿足提速客車的性能要求，主要表現在以下幾個方面：

    ①初壓力過大，其初壓力可達100KN以上；

    ②剛度過大，在20輛編組的旅客列車中很少緩沖器起緩沖作用，起緩沖作用的緩沖器可利用的能量很??；

    ③吸收率較小，落錘試驗證明，G1號緩沖器的吸收率較小，容易造成列車連續的縱向沖動；

④檢修周期短，由于G1號緩沖器采用了油脂潤滑，油脂的有效期短，油脂失效后可能造成卡環、傷環、斷環的問題，必須定期檢修。

一、彈性膠泥緩沖器簡介

   用于彈性膠泥緩沖器研究的緩沖介質彈性膠泥材料，是一種高粘度、可壓縮、可流動的未經硫化的有機硅化合物，在-80～+250℃范圍內具有較高的穩定性，并且無臭、無毒，對環境和人員無污染。它有固、液2種狀態，是車鉤緩沖器理想的緩沖介質材料。在沒有復原彈簧作用的條件下，利用其高彈性特點可以實現緩沖器的復原回程;利用其壓縮性實現緩沖器的壓縮行程;利用其良好的流動性可以實現緩沖器的大容量、低阻抗能力。這種材料的流動粘度大小可根據實際使用的需要進行調整，可以使其運動粘度比普通液壓油大幾十甚至上百倍。這樣就將液壓緩沖器密封難的問題簡單化。這種材料如果能解決生產工藝問題，其成本不會高于60美元/ｋｇ，而1個 彈性膠泥緩沖器容量在15ｋＪ的條件下，其彈性膠泥的用量不會超過3ｋｇ，因此彈性膠泥材料的價格能夠滿足彈性膠泥緩沖器推廣的市場要求。

二、彈性膠泥緩沖器的基本結構原理

    彈性膠泥緩沖器主要由活塞和活塞桿、缸蓋、缸體、充料閥等組成(見圖1)，其工作原理是：將彈性膠泥材料裝入緩沖器體內，根據需要施加一定的預壓力，當緩沖器活塞桿受到一定的壓力時，彈性膠泥受壓縮產生阻抗力，并利用活塞的環形間隙(或節流孔)的節流作用和彈性膠泥材料的壓縮變形吸收沖擊能量。由于膠泥材料的特性，當彈性膠泥的預壓力和活塞的運動速度越大，阻抗也就越大，這有利于提高緩沖器在大沖擊下的容量，即沖擊越大，緩沖器的容量就越大;沖擊小，緩沖器的容量就越小。當作用在活塞桿上的外力撤銷后，彈性膠泥自行體積膨脹，將活塞推回到原位，在這個過程中彈性膠泥材料以較慢的速度通過活塞的環形間隙(或節流孔)流回原位，實現緩沖器的回程動作。

該緩沖器頭部與車鉤的連接方式可以采用法蘭連接或用成對連接環連接，尾部需要安裝橡膠球關節來調節因線路曲線造成車鉤之間的高度差。

三、彈性膠泥緩沖器的標準條件分析

    緩沖器的技術參數要與車輛相匹配，不同技術狀態的車輛要求緩沖器的技術參數也不一樣。緩沖器是否優良主要看其性能是否與車輛相匹配，能否最大限度地降低列車的縱向沖擊力，以提高旅客的舒適度。彈性膠泥緩沖器力-位移曲線圖如圖2所示。

1、彈性膠泥緩沖器的額定容量額定容量

緩沖器在額定的行程、阻抗力范圍內能夠接受的最大沖擊或者壓縮動能，這是緩沖器的基本指標，例如上海地鐵調車速度5ｋm/ｈ時， 車輛緩沖器容量為18.7ｋＪ。

2、彈性膠泥緩沖器的額定阻抗力

額定阻抗力對車輛的縱向加速度、車輛零部件的使用壽命、旅客的舒適度影響很大，一般越小越好。但有時因條件所限，為了滿足緩沖器的吸收能量和快速回位的要求，最小阻抗力不宜選得過小(如上海地鐵車輛緩沖器的額定阻抗力為590ｋＮ)。

3、彈性膠泥緩沖器的額定行程

額定行程是緩沖器的重要參數之一。一般來說，緩沖器的額定行程大對提高緩沖器的額定容量，降低額定阻抗力有利。如上海地鐵車輛緩沖器的為58mm，國內城市軌道用緩沖器有做到73mm的。它的大小往往受到車輛構造因素的制約。

4、彈性膠泥緩沖器的初壓力

初壓力是緩沖器的重要參數之一。據有關資料介紹，緩沖器的初壓力大小不僅影響列車的縱向加速度，還影響車輛縱向振動的頻率。緩沖器的初壓力越大，車輛的縱向振動幅度和頻率也就越大，旅客的縱向舒適度也就越差。所以緩沖器的初壓力越小越好，但是受我國緩沖器制造水平的限制，一般都在15ｋＮ～25ｋＮ左右。

5、緩沖器的吸收率

吸收率是緩沖器在一次沖擊中消耗的能量與接受的能量的比值，緩沖器吸收率的大小表示其衰減沖擊動能的能力。緩沖器的吸收率為阻尼耗能和彈性耗能之和與總能量的比值(見圖2)。一般是越大越好，城市軌道車用緩沖器吸收率以80%左右為最佳值。

四、結束語

彈性膠泥緩沖器與普通緩沖器相比具有容量大、阻抗力小、體積小、質量輕、檢修周期長等優點，在同樣容量下可減輕30%～50%的重量，檢修周期長達10ａ。隨著城市軌道交通的發展以及旅客舒適度要求的提高，彈性膠泥緩沖器將得到極為廣泛的應用。

參考文獻：

[1]李克興，林樂.彈性膠泥緩沖器的試驗研究情況[Ｊ].鐵道車輛，1996，№10，23～24

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[3]杜利清. 城市軌道車用彈性膠泥緩沖器及其應用.

[4]四方車輛研究所技術報告.2002

本文為轉載文章.

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