【重载列车钩缓冲器研究的理论基础综述4200字】

重载列车钩缓冲器研究的理论基础综述目录TOC\o"1-3"\h\u2526重载列车钩缓冲器研究的理论基础综述 16011.1缓冲器的类型及其工作原理 1233371.2缓冲器的主要性能参数 2266591.3缓冲器的工作原理 482931.4HM-1型缓冲器的结构分析 6106851.5HM-1型缓冲器的抗阻特性 8185041.6小结 91.1缓冲器的类型及其工作原理车钩缓冲装置是重载列车的重要部件，而缓冲器则是车钩缓冲装置的重中之重，而缓冲器这么多年发展下来，也有了各种不同类型的缓冲器。（1）弹簧摩擦式缓冲器：缓冲器在受到冲击力的时候，会将冲击力通过缓冲器的内部构件的相互摩擦将其转化成为内能。而在冲击力增大之后，大部分的冲击力反而被缓冲器转化为了自身的弹性势能，接下来缓冲器会通过内部楔块或者环弹簧，通过摩擦来发热消耗掉冲击力转化的内能。（2）橡胶缓冲器：这一类缓冲器是依靠橡胶的特性来吸收冲击力的，橡胶分子之间通过互相摩擦以及弹性形变可以有效解决冲击力过大的问题，而且头部采用楔块摩擦是这类缓冲器的特点。（3）液压缓冲器：受到冲击之后通过做功来消耗掉过多的动能是这一类缓冲器的特点，而且主要是通过活塞挤压油液来完成这个过程，在这个过程中油液会对缓冲器的柱塞有一定的缓冲作用，以此缓解过大的冲击力。（4）弹性胶泥式缓冲器：这一类缓冲器主要靠它的弹性胶泥芯子来消耗多余的冲击力，胶泥芯子会进行往复运动来吸收冲击力，而且弹性胶泥共有两种摩擦方式来消耗冲击力，第一种是胶泥分子之间的摩擦，第二种是弹性胶泥通过阻尼孔来摩擦。（5）摩擦组合式缓冲器：这类缓冲器最大的特点就是有两个方面可以吸收冲击力，一部分冲击力会在楔块之间的摩擦来消耗；另一部分冲击力可以通过有机高分子材料（弹性体材料）、液压阻尼、弹性胶泥等材料组成的弹性系统，进行分子摩擦和弹性形变来将其缓和吸收。1.2缓冲器的主要性能参数对中国的重载运输来说，缓冲器是限制相关技术发展的一大因素，不同型号的重载列车是需要不同类型的缓冲器来匹配的，只有合理搭配才能让缓冲器发挥出最佳的缓解冲击以及吸收动能的作用。总而言之，都是为了重载列车运行途中的稳定性得到保障。一般来说列车的运行速度、车辆总重、牵引重量、货物完好度、列车编组作业效率等各项技术与经济指标都会受到缓冲器性能的直接影响。而缓冲器的主要性能参数大致有以下几项：（1）行程：缓冲器在受到外力后产生的最大变形量即为其行程，而在这个时候缓冲器的弹性元件都处于全压缩状态，所以这个时候即使再有外力作用到缓冲器上，也不会让缓冲器继续形变了，这就叫做“压死”。而在压死状态的时候，重载列车的车辆之间的冲击力就会很大，这样很容易损坏所运输的货物，所以缓冲器的行程越大，就越容易减少缓冲器的阻抗力。同时影响缓冲器行程有一个重要因素，那就是钩肩间隙，即从车钩的钩肩到冲击座的距离，所以缓冲器装车的一个重要前提就是缓冲器的行程必须要小于车辆的钩肩间隙。（2）初压力：缓冲器的静预压力即为初压力，初压力会影响到列车的纵向舒适度，如果初压力适度的话，对于列车的纵向动力学性是有一定好处的，在提高缓冲器的容量方面是有不错的效果的。同时初压力作为缓冲器的静态特性指标，对列车启动的加速度是有一些影响的。（3）容量：当缓冲器在全压缩的状态下，阻抗力在行程上做功的总和叫缓冲器的容量。想要提升缓冲器的缓冲能力，就得提升缓冲器的容量，如果缓冲器的容量不够大的话，很容易出现压死状态，从而造成相邻车体出现刚性冲击的情况。列车的运行工况与编组工况是影响缓冲器容量的主要原因，同时缓冲器的容量与列车编组、列车总重、制动机性能、列车牵引重量、调车冲击速度、车钩纵向间隙、列车操控方法等方面也是息息相关的。（4）最大作用力：在缓冲器达到压死状态的时候，如果继续有外力施加在缓冲器之上，那么这个外力就是缓冲器的最大作用力，而且货车所能够承受的最大纵向作用力是需要与缓冲器的最大作用力相适应的。而且我国在《车辆强度设计规范》中有明确的规定，货车结构的最大纵向力要小于或等于2500kN，只有这样才能对车辆和货物的安全有足够的保障。（5）能量吸收率：缓冲器在压死状态下，会有一些能量被缓冲器的阻尼消耗掉，而被消耗的能量与缓冲器容量的比值就是能量吸收率，即缓冲器的吸收率。同时这也是一项用来衡量缓冲器耗散车辆冲击力的指标，能量吸收率的高低表现了缓冲器阻尼耗散的能量的大小，也就是反冲作用的大小。如果能量吸收率太低的话，就会出现缓冲器多进行几次往复振动来保证将冲击能量消耗殆尽，这样就会导致列车车钩以及底架等部位损耗加剧。所以我国铁道部对能量吸收率有硬性规定，缓冲器的能量吸收率要保持在70%以上。下面的表格2-1将展现我国的重载列车缓冲器的一些性能参数。表2-1中国货车缓冲器性能参数缓冲器型号2号3号MX-1STMT-2MT-3HM-1HM-2类型摩擦式摩擦橡胶式摩擦式摩擦式摩擦式组合式行程（mm）64-6858-60656983838383容量（kJ）23-2418-2040-4328.554-65458080最大作用力（kN）1200900170020002300200024502450能量吸收率（%）5778-859080≥80≥80≥80≥801.3缓冲器的工作原理缓解纵向冲击力振动并且吸收冲击动能是缓冲器的主要功能，在车辆的连接装置上安装了缓冲器，就是用来延长冲击的作用时间，同时吸收并转化冲击能量的。缓冲器的工作原理是：当受到外界冲击力的的时候，缓冲器的内部弹性元件被压缩，这个过程中会消耗掉一些动能，并且将其转化为弹性元件的弹性势能；当外界冲击力消失的时候，弹性元件就会释放弹性势能，一些通过摩擦生热散发掉，余下的转化为动能。接下来通过一个简单的物体碰撞小实验，就可以更直观的了解到缓冲器的工作原理。假设有A、B两个物体，物体A和物体B的质量都为m，物体B固定在原地。物体A将以速度v1撞向物体B，然后物体A将以速度v2反弹回去。当物体A与物体B刚刚接触的时候，由于两物体相互挤压，所以都会发生一定程度的形变，而在这个过程中，物体A的速度将由速度v1图2-1实验示意图（1）压缩过程：这个过程假定为只有物体B会发生弹性形变，所以根据能量守恒定律可得：E=F1式中：E—物体A的动能；k—物体B的刚度；x—物体B的变形量；F1F2由式（2-1）可知：x=由式（2-2）和式（2-3）可知：F=由上述公式可知，当一个具有一定动能的物体去撞击静止物体的时候，这个过程中产生的冲击力F1（2）恢复过程：在压缩过程的最后，物体A的速度已经降到了零，但是由于这个时候物体B已经开始反弹，反弹返还给物体A一部分的动能，当然这部分动能是扣除撞击消耗的能量E0的。而反弹到物体A上的能量将带给它一个反向的速度，让物体A逐渐以速度v由此可知：E−由式（2-5）与式（2-1）相除可得：v2其中：η=E0这里的η根据不同的数值，可以表示三种不同的情况：（1）完全弹性碰撞：当η=0，v2=v（2）非弹性碰撞：当η=1，v2=0（3）弹性碰撞：当0<η<1，0<v2<v1的时候，物体在碰撞过程之中的动能会因为摩擦等原因消耗掉一部分，而剩余的弹性势能就会反弹回去，这就是最常见的一种碰撞情况。在这个过程中，1.4HM-1型缓冲器的结构分析HM-1型缓冲器是由中国北车集团齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司在2005年独立完成设计的，这款HM-1型缓冲器是一种大容量胶泥式摩擦缓冲器，由胶泥和弹簧共同组成了弹簧系统。HM-1缓冲器主要由一个箱体、两个角弹簧座、四个角弹簧、一个中心弹簧、一个弹性胶泥体、一个中心弹簧座，一个复原弹簧、两个动板、两个外固定板、两个固定斜板、两个楔块、一个中心楔块组成，在未装车状态下还会有两个缩短销，它的结构如图2-2所示。1-箱体2-销子3-中心弹簧4-角弹簧5-角弹簧座6-弹性胶泥体7-中心弹簧座8-复原弹簧9-中心楔块10-楔块11-固定斜板12-动板13-外固定板图2-2HM-1型缓冲器结构爆炸图HM-1型缓冲器主要分为箱体、弹性单元、摩擦机构三个部分组成。它采用了以两楔块、单压头带两动板组成了摩擦机构，以胶泥体和钢弹簧组成了弹性元件。缓冲器的工作过程是：当受到外界冲击力的时候，楔块与中心楔块沿着固定斜板滑动，这个过程中会夹紧动板；当楔块移动一段距离之后会和动板一同移动，这个时候固定斜板、外固定板、动板一起构成了摩擦机构，摩擦机构首先消耗一些冲击力，接下来会推动中心弹簧座一起压缩角弹簧、中心弹簧、弹性胶泥体，将剩余的动能转化为弹性势能。当外力消失之后，复原弹簧会反弹回去，给中心楔块足够复位的弹力。下面的表格2-2将显示HM-1型缓冲器的主要性能及技术参数。表2-2HM-1型缓冲器主要性能及技术参数主要性能及技术参数HM-1行程83mm容量≥80kJ吸收率≥80%额定冲击速度10km/h额定阻抗力≤2500kN外形尺寸227mm×320mm×555mm检修周期≥10年以上数据可知，HM-1型缓冲器具有阻抗低、容量大、吸收率高、性能稳定、使用寿命长、方便装车的优点。1.5HM-1型缓冲器的抗阻特性我国的重载列车上大量装载了HM-1型缓冲器，因为这类缓冲器能够快速缓解突如其来的冲击力，所以这一类缓冲器光看抗阻特性的话，还是比较实用的。摩擦胶泥式缓冲器是一种组合缓冲器，而通过之前的介绍可知，HM-1型缓冲器正是这类缓冲器，它的工作过程主要是由弹簧、胶泥体、摩擦副结构一起消耗冲击力的。缓冲器的压缩过程中，最先开始运动的是内部的楔块，首先消耗的一些动能是通过摩擦副的运动化为内能消耗掉的，接下来消耗掉剩余部分的能量的是靠阻尼体和弹簧的运动达成的；缓冲器的恢复过程中，由于复原弹簧的存在