第5章-动车组车端连接装置-5.3缓冲器

第5章动车组车端连接装置第5章

动车组车端连接装置授课内容5.1车端连接装置概述5.2密接式车钩5.3缓冲器5.4风挡装置5.5

典型动车组的车端连接装置5.6车端阻尼装置（补充知识）5.3

缓冲器学习知识点学习目标第5章

动车组车端连接装置5.3.1缓冲器概述5.3.2

缓冲器的常用类型与结构5.3.3缓冲器性能参数（1）理解缓冲器概念（2）掌握缓冲器组成（3）理解缓冲器作用及原理（4）了解并熟悉参数及分类第5章

动车组车端连接装置缓冲器又称吸能结构，用来缓和列车运行中牵引力、制动力变化或调车作业引起的列车纵向冲击和振动，保护车体和乘客。5.3.1缓冲器概述缓冲器定义1.缓冲器的结构组成第5章

动车组车端连接装置高强度合金钢制成的外壳，用于保护内部组件和承受冲击力；耐磨损材料制成的活塞杆，用于连接缓冲器与车体，用于承受和传递冲击力；缓冲介质，包括液压油、橡胶弹性体或空气等，用于吸收和耗散冲击能量；弹簧或蓄能装置，用于存储能量，并在冲击结束后帮助缓冲器复位。缓冲器缓冲器的基本组成主要有：橡胶缓冲器示意图1.缓冲器结构组成5.3.1缓冲器概述第5章

动车组车端连接装置2.

缓冲器工作原理借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用金属摩擦、液压阻尼和胶质阻尼等吸收冲击能量。5.3.1缓冲器概述第5章

动车组车端连接装置3.

缓冲器作用减少冲击力提高乘坐舒适性保护设备保证列车编组的稳定性缓冲器主要用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在启动、制动及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动；耗散车辆之间冲击和振动的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏作用，以提高列车运行的平稳性。车钩风管连接器电气连接器缓冲装置钩尾座5.3.1缓冲器概述第5章

动车组车端连接装置根据缓冲器的结构特征和工作原理，动车组缓冲器分为:液压缓冲器、弹性体缓冲器和气液缓冲器。液压缓冲器：单筒液压缓冲器、双筒液压缓冲器和调节式液压缓冲器弹性体缓冲器：橡胶缓冲器、聚氨酯缓冲器气-液缓冲器目前动车组使用最广泛的为：橡胶式缓冲器金属环簧缓冲器气-液缓冲器5.3.2

缓冲器的常用类型与结构动车组型号前端全自动钩缓装置缓冲器中间钩缓装置缓冲器CRH5气液缓冲器\橡胶缓冲器橡胶缓冲器CRH380BL气液缓冲器\橡胶缓冲器橡胶缓冲器CR400橡胶缓冲器气液缓冲器扩展阅读：《高速动车组车钩缓冲装置技术的发展》陆青松第5章

动车组车端连接装置5.3.2

缓冲器的常用类型与结构液压缓冲器定义：液压缓冲器是采用液体来吸收冲击能量的。工作原理：外力作用下，活塞右移压缩弹簧，将活塞右侧液体经溢流孔压入左侧及空腔；通过控制溢流孔截面大小，可保证缓冲器达到所需特性曲线。液压缓冲器阻抗力的影响因素：阻抗力大小取决于活塞运动速度、溢流孔截面尺寸和液体黏度；冲击速度越大，阻抗力和容量越大。液压缓冲器的优点：力-位移特性曲线形状合理，能平稳有效吸收冲击能量，减少对设备的损伤。液压缓冲器的缺点：受到缓慢压缩时（如列车平缓起动或爬坡），液体阻力小；若圆弹簧刚度较小，缓冲器几乎不起缓冲作用。第5章

动车组车端连接装置橡胶缓冲器1压头2-楔块3-箱体4-顶隔板

5-橡胶片6-中隔板:7-底隔板8-底板由于橡胶具有较好的弹性,因此具有较好的缓冲特性，橡胶缓冲器结构如下：5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置橡胶缓冲器根据其作用原理不同又分为平面拉压型缓冲器和剪切型缓冲器。平面拉压型缓冲器由多片橡胶板和金属基板粘接而成,金属基板可提供安装基础及在缓冲过程中起散热作用。该种缓冲器的缓冲作用主要是通过压缩或拉伸橡胶板，让橡胶板内的橡胶分子互相摩擦生热而消耗能量。橡胶以压缩或拉伸方式施力时,其变形量不大,而以剪切方式施力时,则变形量较纯压缩或拉伸时为大。这样就有了剪切型橡胶缓冲器。其作用原理不同于传统的橡胶缓冲器,不是依靠橡胶片之间的挤压过程吸收能量,而是依靠壳体内部的几块橡胶的剪切变形过程吸收能量。橡胶的可压缩性较小,但是其剪切位移却可以做到相对较大。同时,橡胶块的剪切变形是双向的,因此剪切型缓冲器也是一种复式双作用式冲器。5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置气液缓冲器气液缓冲器结构原理图1—柱塞2—气腔3—缸体4—浮动活塞5—油腔I6—单向锥阀

7—锥阀节流孔8—节流阻尼环9—油腔Ⅱ10—节流阻尼棒气液缓冲器是靠高压氮气和液压油的组合来起到缓冲作用的，这种缓冲器在受到较小冲击时，压缩气腔也起到一定的缓冲吸能作用。缓冲器结构如下：5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置气液缓冲器是一个主要吸收压缩载荷的气一液冲击吸收器，行程是115mm。气液缓冲器有近80%的吸收率，是与速度相关的，也就是说气液缓冲器有较强的吸收能力，对不同的连挂速度比较敏感。由于缓冲设备总是尽可能走最大行程，当冲击速度较小时，阻抗力也较小，使减速度保持在较小水平。其工作原理示意图如下：油腔1油腔2气腔气液缓冲器工作原理5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置金属环簧缓冲器金属环簧缓冲器结构示意图1-弹簧盒;2-标记环;3-牵引杆;4-端盖;5-半环弹簧;6-外环弹簧;7-弹簧前从板;8-内环弹簧;9-弹簧后从板;10-预紧螺母;11-球形支座;12一橡胶嵌块;13-开口弹簧如图所示，环弹簧缓冲器由弹簧盒、弹簧前后从板、外环弹簧(共7片)、内环弹簧(由5片内环弹簧、1片开口环弹簧和2片半环弹簧组成)、端盖、球形支座、牵引杆等组成。5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置金属环簧缓冲器的前端通过一组对开连接套筒与钩头连接后端的球形支座通过销轴与车钩支撑座相连接。其工作原理如下：注：内、外环弹簧接触面产生相对滑动，摩擦力做功也会消耗部分冲击能。5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置应当具备足够的容量。应能不可逆地吸收一部分冲击能量，冲击后的反力要小，吸收率不应小于75%。缓冲器在行程开始时的阻力不能太大，以保证列车起动时有较好的缓冲性能。缓冲器性能应稳定可靠，在重复的冲击力作用下，容量和特性不应有明显变化。应有足够的强度和耐久性、耐磨性，新造缓冲器特性应保持15年。不允许有卡住现象，在压缩之后应立即恢复原来形状。构造简单，成本低，制造检修方便。铁路车辆对缓冲器的基本要求：我国铁道车辆强度设计规范下TB1335/96规定：客车缓冲器的最大阻抗力2000kN，容量20kJ。5.3.2

缓冲器的常用类型与结构第5章

动车组车端连接装置我国几种主型缓冲器的性能参数型号1号2号3号MX-1型G1型G2型MX-2型MT-2型MT-3型类型摩擦式摩擦式摩擦式摩擦橡胶式摩擦式摩擦式摩擦橡胶式摩擦式摩擦式外形尺寸mm514x317x228514x317x228568x317x225568x318x226514x317x228514x317x228563x318x228555x320x227555x320x227最大作用力kN58012009001700800163018002000-23002000行程mm61-6864-6858-60657373768383容量kJ1423-2418-2040-4318424554-6545吸收能量kJ1013-1414-1735-4013.537-413846-5537能量吸收率%725778-8590757585≥80≥80重量kg1061161841331061161601751755.3.3缓冲器的主要性能参数第5章

动车组车端连接装置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。缓冲器的最大作用力要比车体容许的载荷要小，否则当发生超限载荷时，车体将发生永久变形而损坏。动车组缓冲器的最大作用力通常为600kN～800kN。2、最大作用力（最大阻抗力）：缓冲器产生最大变形量时所对应作用外力。5.3.3缓冲器的主要性能参数第5章

动车组车端连接装置6、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。4、回弹能量：缓冲器在复原时所放出的能量。5、耐久性：缓冲器在运用中保持其容量的能力3、缓冲器容量：缓冲器在受到冲击时，全压缩过程中所做的功称为缓冲器的容量。它是衡量缓冲器能量大小的主要指标，如果容量太小，则当冲击力较大时就会使缓冲器全压缩或全拉伸而导致车辆刚性冲击。5.3.3缓冲器的主要性能参数第5章

动车组车端连接装置典型动车组的缓冲器CRH5缓冲器CRH5型动车组采用的丹纳自动车钩内设有三种类型缓冲器，分别为气液缓冲器、金属环簧缓冲器和球形弹性橡胶轴承。缓冲器采用拉压独立的缓冲装置，受拉时环弹簧元件发生缓冲作用；受压时气液缓冲器芯子起到缓冲作用。CRH5钩缓装置丹纳自动车钩1-气液缓冲器2-环簧缓冲器3-缓冲器缸体4-球形弹性橡胶轴承补充知识第5章

动车组车端连接装置CRH380BL缓冲器CRH380BL前端车钩缓冲器CRH380BL前端采用10型半自动车钩，其缓冲装置由一个可逆部分和一个不可逆部分组成。可逆部分采用橡胶环缓冲器。超过橡胶缓冲器吸收能力的能量会被分散到车钩牵引杆内的压馈管中，这时车钩牵引杆的压馈管将产生永久塑性变形。典型动车组的缓冲器第5章

动车组车端连接装置CRH380BL缓冲器CRH380BL中间车钩缓冲器CRH380BL中间车钩采用半永久车钩缓冲装置，该缓冲装置包括一个气液缓冲器和一个金属环簧缓冲器。缓冲装置在受到拉伸和压缩时分别作用在不同的缓冲元件上，实现缓冲吸能。缓冲装置在受拉时，环弹簧受到挤压，通过内外环弹之间的摩擦吸收冲击能量。受压时则通过气-液缓冲器进行缓冲。典型动车组的缓冲器第5章

动车组车端连接装置CR400缓冲器CR400型动车组前端采用带有气液缓冲装置的10型自动钩头，中间采用半永久车钩，包含橡胶环缓冲器与压溃管。超过橡胶缓冲器吸收能力的能量会被分散到车钩牵引杆内的压馈管中，这时车钩牵引杆的压馈管将产生永久塑性变形。CR400车钩缓冲器典型动车组的缓冲器第5章

动车组车端连接装置缓冲器的容量确定（附加内容）缓冲器所需的容量取决于列车的运行工况和调车工况。两车连挂，两车重量分别为W1和W2，连挂前两车速度分别为V1和V2，且V2<V1，连挂后两车速度为V0，根据动量守恒定律：V1V2W1W2V0W1+W21.缓冲器容量的确定（调车冲击工况）列车运行工况对缓冲器容量的要求，与列车的总重、列车编组方式、制动机的性能、车钩的纵向间隙以及列车的操纵方法等诸多因素有关，可以根据列车动力学试验或仿真模拟计算予以确定。第5章

动车组车端连接装置根据能量守衡定律，在两车组成的系统中，冲击前后动能的损失应等于冲击力压缩缓冲器所作的功A1、冲击力压缩车体所作的功A2的总和。即:1.缓冲器容量的确定(调车冲击工况)V1V2W1W2V0W1+W2A1-压缩缓冲器作的功(缓冲器消耗掉的能量):A2-冲击力压缩车体作的功;缓冲器的容量确定（附加内容）第5章

动车组车端连接装置若两车装同型缓冲器，其容量为E，则，在令冲击速度

，代入上式，可得每个缓冲器的容量E为:1.缓冲器容量的确定(调车冲击工况)由于车体的变形相对于缓冲器的变形要小得多，可略去不计A2=0。简化后得:结论：①