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机车车辆缓冲器技术的最新进展 车辆06 2邓偲瀛 一 缓冲器概述 牵引缓冲装置是机车的重要部件 它的用途是把机车与车辆连接或分离列车 在运行中传递牵引力或冲击力 缓和及衰减列车运行由于牵引力的变化和制动力前后不一致而引起冲击和振动 因此 它具有连接 牵引和缓冲的作用 牵引缓冲装置的构造 性能及状态 在很大程度上影响列车的运行平稳性 牵引缓冲装置有车钩 缓冲器及车钩复原装置三个部分组成 1 弹簧摩擦式缓冲器该缓冲器由弹簧和摩擦件组成 如2号 MT 3型缓冲器 MT 3型缓冲器 2 橡胶摩擦式缓冲器该缓冲器由橡胶元件和摩擦件组成 如MX 1型缓冲器 3 液压缓冲器该缓冲器用液压系统吸收冲击能量 可以精确地进行控制 是一种新型缓冲器 其特点是 容量大 结构复杂 制造维修要求水平高 2 缓冲器的性能参数 1 行程 缓冲器受力下产生的最大变形量 称为行程 此时 弹性元件处于压死状态 当继续增大外力时 变形量不再增加 2 最大阻抗力 缓冲器达到行程时的作用外力 阻抗特性 缓冲器阻抗力的大小及变化 3 缓冲器容量 缓冲器在受到冲击时 全压缩过程中所作的功称为缓冲器的容量 4 能量吸收率 缓冲器在压缩过程中 有一部分冲击能量被阻尼所消耗 其消耗部分能量与容量之比 称为能量吸收率 它表明吸收冲击能量的能力 吸收率越大 则反拨作用小 冲击过程停止得越快 5 回弹能量 缓冲器在复原时所放出的能量 6 耐久性 缓冲器在运用中保持其容量的能力 3 缓冲器的基本要求 1 有足够的容量和较高的冲击能量吸收率 不小于75 2 有足够的强度和耐久性 3 有小冲击力作用下动作灵敏 4 摩擦件应耐用 耐磨 磨耗均匀 二 国产机车车辆缓冲器的现状及发展 1 国产机车车钩缓冲装置的发展经历了以下几个阶段 在1975年以前采用2号 3号车钩及3号机车前钩 缓冲器与货车相同 为2号环簧缓冲器和3号圆簧缓冲器 1970年货车定型了13号车钩 在此基础上 1975年将13号车钩的钩尾改为圆弧面与前从板配合 使用货车MX 1型摩擦橡胶缓冲器 形成了机车用13号车钩缓冲装置 在主型货运机车上获得全面应用 形成了货运机车主型钩缓装置 1998年缓冲器升级为与货车一致的MT 2型或MT 3型圆簧摩擦缓冲器 同期ST型缓冲器也开始生产 2005年车钩升级为13A型车钩 E级钢 13A型车钩 2005年开始在SS4 HXD1及HXD3型机车上采用QKX100型弹性胶泥缓冲器 2 国产机车车辆缓冲器在运用中的问题 在我国铁路普通货物列车车辆中 缓冲器是一个较为突出的薄弱环节 使用的主型缓冲器属美国40年代产品 容量低 可靠性差 性能随气温变化大 尤其是低温性能不好 制约着铁路运输向提速和重载方向发展 截至1998年年底 我国铁路货车保有量约为45万辆 其中 使用MX 1型 2号和3号缓冲器的车辆占94 上述3种缓冲器普遍存在的问题是作用不可靠 2号缓冲器构造复杂 内外簧卡死故障约为缓冲器数量三分之一 3号缓冲器容量小 只能满足运输要求容量的二分之一 容量约为20kJ 且重量大 磨耗严重 箱体破损严重 瓦片簧 内外圆簧折断 检修工作量大 检修成本高 MX 1型缓冲器箱体易开裂 底板易弯曲 橡胶块性能不稳定 破损丢失 断裂 低温性能恢复能力差 也不适应车辆在解冻库的高温作业 3 和谐号 机车缓冲器 1 HXD1型八轴电力机车 HXD1B型六轴电力机车 采用QKX100型弹性胶泥缓冲器 2 HXD2型八轴电力机车 原装车采用LAF型钩缓装置 国产化车采用DFC E100型钩缓装置 车钩符合AAR标准10A轮廓 弹性体缓冲器 HXD2B型六轴电力机车也采用了DFC E100型钩缓装置 3 HXD3型六轴电力机车 采用QKX100型弹性胶泥缓冲器 4 HXN4型六轴内燃机车 采用NC390型橡胶缓冲器 5 HXN5型六轴内燃机车 与HXN4型六轴内燃机车采用相同的钩缓装置 综上所述 现有 和谐号 机车钩缓装置可归纳为3类 第1类是13A型车钩 QKX100型缓冲器组成的机车钩缓装置 第2类是DFC E100型钩缓装置 第3类是SBE4936AE型车钩 NC390型橡胶缓冲器组成的机车钩缓装置 三 国外机车缓冲器 1 美国货车缓冲器的代表产品有 Mark50型 CrownSE型摩擦式钢弹簧缓冲器 MarkH60型组合式摩擦缓冲器 SL 76型摩擦式橡胶缓冲器 TF 880型摩擦式弹性体缓冲器 TwinPack型双盒缓冲器及LPD型液压缓冲器等 美国通用货运机车 2 俄罗斯开发使用的是摩擦式缓冲器 值得注意的是其重载货车及万吨列车均采用了冲击速度高 容量及行程大的缓冲器 近年 俄罗斯也在利用弹性体技术研究开发摩擦式弹性体缓冲器 该缓冲器的冲击速度大于10km h 阻抗力不大于2500kN 最大工作行程100mm 最大容量近80kJ 俄罗斯机车 3 日本的缓冲器也经历了从简单圆弹簧式 圆弹簧摩擦式 神钢型方弹簧 环簧式 环簧组合式 单型橡胶式 橡胶组合式的演变 其橡胶缓冲装置现已广泛应用于轨道交通客运车辆 四 液气缓冲器 液气缓冲器是在液压缓冲器的基础上发展起来的新型缓冲装置 于20世纪后期在欧洲铁路开始运用 相比之下 液气缓冲器取消了原有的钢弹簧 利用气体的可压缩性作为复位弹簧 不仅消除了钢弹簧的疲劳现象 且实现了无磨耗工作 从而大大提高了使用寿命 减少了维修 是未来铁道机车车辆缓冲器发展的方向 五 液压缓冲器 液压缓冲器具有容量大 性能稳定且便于调整等特点 但其对密封效果和密封寿命有较高的要求 目前 液压缓冲器在起重机 汽车及航空等领域已得到较为广泛的应用 铁道机车车辆由于运营环境和应用条件的特殊性 使得液压缓冲器在铁道机车车辆上的应用受到一定的限制 在国外铁道机车车辆上仅有少量运用实例 在我国的应用目前仍基本是空白 主要原因是液压缓冲器一般多采用钢弹簧作为复原弹簧 而铁道机车车辆经常出现往复性冲击 钢弹簧的疲劳寿命问题极大地限制了其应用 六 结论 1 目前MT 2型缓冲器性能勉强满足长大重载列车的使用需要 应采用新型缓冲器代替 在普通重载货车上可继续使用MT 2型缓冲器 为保证提速 重载的发展需要和行车安全 要加快ST型缓冲器 特别是2号缓冲器的淘汰速度 2 新型缓冲器的性能参数要考虑我国重载运输的发展需要 3 新型缓冲器要具有良好的可靠性和检修工艺性 应能满足在正常使用条件下检修周期大于8年 争取达到12年的要求 在检修周期内 只需要对其进行外观检查 分解检查时则采用以换件修为主的快捷方式 尽可能地减小检修维护工作和缩短检修时间 4 新型缓冲器要具有良好的性能价格比 要兼顾各种货车的使用特点 方便维护和检修 摩擦组合式缓冲器 如摩擦胶泥组合式缓冲器 由于结构简单 综合性