車鉤彈性緩沖器與貫通道的匹配設(shè)計(jì)

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摘 要：車鉤彈性緩沖器與貫通道相互匹配是車端連接設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，如匹配不合適，輕則造成貫通道損壞，重則在某些運(yùn)用工況下傷及乘客。本文通過理論及示例介紹了匹配設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、計(jì)算方法、注意事項(xiàng)等。

關(guān)鍵詞：彈性緩沖器;貫通道;匹配設(shè)計(jì)

0 引言

隨著地鐵車輛對撞擊安全性的重視，車鉤和緩沖裝置在車輛吸能設(shè)計(jì)中的比重越來越大，吸能要求的提高，致使車鉤需要設(shè)置的彈性行程也越來越大，而貫通道的設(shè)計(jì)也越來越美觀復(fù)雜，在這樣的條件下，很可能會忽略或考慮不充分車鉤彈性緩沖器行程與貫通道的匹配性，輕則造成貫通道損壞，重則在某些運(yùn)用工況下傷及乘客。因此，車鉤緩沖器的選型要合適，貫通道的設(shè)計(jì)也必須能適應(yīng)列車極限運(yùn)用工況下車鉤彈性緩沖器產(chǎn)生的位移，并考慮通過相應(yīng)曲線的疊加工況。

因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要分析車鉤在列車極限受力工況下最大拉伸/壓縮量，涉及到列車牽引力、坡道阻力、啟動加速度力、彎道阻力、不同的緩沖器靜態(tài)特性等，工況十分復(fù)雜。若考慮不全，對緩沖器與貫通道匹配估計(jì)錯(cuò)誤，極易造成某些特殊工況下貫通道損壞。

1 設(shè)計(jì)考慮參數(shù)

（1）被救援車狀態(tài)：施加停放制動/制動緩解。

（2）坡度：一般指運(yùn)用線路上的最大坡道坡度。

（3）啟動加速度：列車啟動的最大加速度，加速度會產(chǎn)生一個(gè)作用力F=ma。

（4）啟動阻力：根據(jù)TB/T 1407-1998《列車牽引計(jì)算規(guī)程》中2.4.1條規(guī)定，取5kg/t。

（5）曲線附加阻力：當(dāng)列車通過曲線時(shí)，由于慣性力的作用，外側(cè)車輪輪緣緊壓外軌，使其磨耗增大。又由于曲線外軌長于內(nèi)軌，外輪在外軌上的滑行等原因，運(yùn)行中的列車所受阻力比直線上所受阻力大，兩者之差稱為曲線附加阻力，經(jīng)驗(yàn)公式：

Wr = 7000/R（N/t）

式中： Wr——單位曲線附加阻力（N/t）

R——曲線半徑

7000——據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)

（6）車鉤彈性緩沖器靜態(tài)曲線：即靜態(tài)力和位移曲線。

2理論計(jì)算示例

一般認(rèn)為，車鉤緩沖器最大受力發(fā)生在列車救援工況，本節(jié)通過某項(xiàng)目的實(shí)際參數(shù)來介紹車鉤緩沖器極限受力計(jì)算方法。

工況簡述：一列滿載的8輛編組列車救援另一列滿載的8輛編組并施加停放制動的故障列車，坡道為30‰，救援時(shí)的啟動加速度為0.2m/s2，坡道上同時(shí)有R300m的水平曲線。列車頭尾為拖車，救援時(shí)最大受力將出現(xiàn)在救援車靠近被救援車的頭車二位端，如圖所示7車和8車之間。

受力計(jì)算如下：

（1）被救援車輛為M4載荷，重量為：M1=329500（一列空車重）+312*60*8（一列乘客重）= 479260kg

（2）救援時(shí)前9輛車的總重為：M2=M1+38700（單車重）+312*60（單車乘客重）=536700kg

（3）救援時(shí)前9輛車在30‰的坡道上的分力為：F1=536700*9.8*0.03=157.8kN

（4）停放制動力取：F2=170kN

（5）車輛的起動阻力：F3=20kN

（6）啟動加速度力：F4=536700*0.2=107.34kN

（7）曲線阻力：F5=（7000/300）*536.7t=12.53kN

根據(jù)以上計(jì)算，救援車靠近被救援車的頭車二位端的理論最小受力為：F=F1+F2+F3+F4+F5=157.8+170+20+107.34+12.53 = 467.67kN。

如有必要，還應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)，例如1.2倍。

3 注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)最惡劣受力工況的計(jì)算結(jié)果，對照所選用緩沖器的靜態(tài)力-位移曲線，得出緩沖器在該力下的最大壓縮量，此壓縮量須用于貫通道的設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，以保證貫通道與車鉤緩沖器匹配。

（2）力-位移曲線一定要采用靜態(tài)曲線，不可以用動態(tài)曲線代替。因?yàn)橛行┚彌_器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性差別很大，例如氣液緩沖器，其靜態(tài)曲線很平緩，只要受力超過其初始動作力，就可能被一直壓到底，造成貫通道損壞，而動態(tài)曲線隨不同的沖擊速度變化，不具備參考性。

（3）氣液緩沖器設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能保證其靜態(tài)初始力達(dá)到200kN以上，減少特殊工況如救援時(shí)緩沖器過量壓縮。

（4）須告知項(xiàng)目牽引設(shè)計(jì)人員，在救援工況下，一定要控制牽引力緩慢施加，啟動加速度要低，否則，如果牽引力直接最大輸出，救援車與被救援車之間產(chǎn)生沖擊，極易造成車鉤緩沖器瞬間壓縮到底而造成貫通道損壞。

4結(jié)語

通過以上分析可以看出，車鉤彈性緩沖器運(yùn)用時(shí)的最大拉伸/壓縮量影響因素很多，包括車輛狀態(tài)、坡度、啟動加速度、啟動阻力、曲線附加阻力，緩沖器本身特性等，都會影響最終的緩沖器位移。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能減小極限工況的車鉤受力，以減少緩沖器位移，相應(yīng)減少貫通道的設(shè)計(jì)難度。

設(shè)計(jì)貫通道時(shí)一定要對車鉤彈性緩沖器可能出現(xiàn)的最大位移充分考慮，包括與一些水平曲線疊加的工況，都要在貫通道設(shè)計(jì)時(shí)考慮，并在試驗(yàn)中模擬驗(yàn)證。最終保證車鉤彈性緩沖器與貫通道兩者設(shè)計(jì)匹配。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB/T 1407-1998《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[S].