CRH2型動車組中間車鉤緩沖裝置參數(shù)分析

鄭 偉 孫現(xiàn)亮 陳書翔 郭志成

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司技術(shù)中心，266111，青島∥第一作者，工程師）

CRH2型動車組中間車鉤緩沖裝置參數(shù)分析

鄭 偉 孫現(xiàn)亮 陳書翔 郭志成

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司技術(shù)中心，266111，青島∥第一作者，工程師）

通過分析CRH2型動車組用中間緩沖裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理，提出了復(fù)式橡膠緩沖器參數(shù)的設(shè)計原則：復(fù)式緩沖裝置中一側(cè)緩沖器在受到壓縮變形時，另一側(cè)的緩沖器在預(yù)壓縮力的作用下產(chǎn)生變形，并能充滿由于立板移動而產(chǎn)生的空間；最大限度保證復(fù)式緩沖器零初始壓力的特點(diǎn)，提升動車組車輛的運(yùn)行舒適性。仿真分析和現(xiàn)車檢測驗(yàn)證了中間車鉤緩沖裝置參數(shù)設(shè)計的合理性。

CRH2型動車組；中間車鉤緩沖裝置；復(fù)式橡膠緩沖器

Author's address CSR Qingdao Sifang Co.，Ltd.，266111，Qingdao，China

動車組用車鉤緩沖器主要有橡膠緩沖器、氣液緩沖器、膠泥緩沖器等［1］。CRH2型動車組中間車鉤緩沖器是由橡膠緩沖器組裝而成的復(fù)式橡膠緩沖裝置。其特有的結(jié)構(gòu)與工作原理、低廉的成本和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別是在零初始壓力下便可對動車組車輛進(jìn)行緩沖、吸收能量，使得在有限的空間內(nèi)可得到很大的阻抗力［2］。隨著CRH2型動車組運(yùn)用數(shù)量的增加，有必要對作為動車組關(guān)鍵零部件的中間車鉤緩沖器的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，以保證動車組的運(yùn)行安全性，提升動車組運(yùn)行的舒適性，降低運(yùn)營成本。

1　中間車鉤緩沖裝置結(jié)構(gòu)、工作原理與參數(shù)設(shè)置

1.1中間車鉤緩沖裝置的結(jié)構(gòu)

中間車鉤緩沖裝置為復(fù)式橡膠緩沖裝置，主要由兩組橡膠緩沖器、緩沖器框體、立板、從板等組成，如圖1所示。其最大的特點(diǎn)就是每組橡膠緩沖器只承受單方向的壓縮力，分別在車鉤緩沖裝置受到拉伸和壓縮時起作用。他們靠一定的初壓力（通常為20～60 kN）組裝在緩沖器框體里面。每一組緩沖器均由獨(dú)立的、呈片狀的橡膠片組合而成。橡膠片由鋼板和橡膠硫化在一起形成［3］。

圖1　中間橡膠緩沖裝置

1.2 中間車鉤緩沖裝置的作用原理

中間車鉤緩沖裝置中的兩組橡膠緩沖器分別在車鉤緩沖裝置受到拉伸和壓縮時起作用。車鉤緩沖裝置未受到拉伸與壓縮時，緩沖器的橡膠片和立板在初始壓力的作用下保持平衡。中間車鉤緩沖裝置的靜態(tài)示意圖如圖2所示。

圖2　緩沖裝置在不受力的狀態(tài)

在動車組運(yùn)行的過程中，中間車鉤緩沖器框體的立板對兩個緩沖器分別施加作用力：車鉤在受到牽引時，壓縮左邊的緩沖器，右邊的緩沖器在預(yù)壓力的作用下漲開，并隨時占滿因壓縮左邊緩沖器出現(xiàn)的空間；車鉤在受到壓縮時，壓縮右邊的緩沖器，左邊的緩沖器在預(yù)壓力的作用下漲開，并隨時充滿因壓縮右邊的緩沖器而出現(xiàn)的空間。其工作情況見圖3。因此，無論車鉤緩沖裝置是受到牽引力還是壓縮力，中間緩沖裝置中的從板均未離開從板座。只要車鉤緩沖裝置受到牽引力或者壓縮力，緩沖器框體中的立板便開始對其中一個緩沖器進(jìn)行壓縮。這樣，既避免了從板與從板座間因出現(xiàn)間隙而發(fā)生沖擊，又因?yàn)榫彌_器框體立板處于兩組緩沖器的壓縮平衡狀態(tài)中，工作時的初始作用力為零而消除了緩沖盲區(qū)，大大提高了動車組的舒適度。中間緩沖裝置的載荷與位移特性曲線如圖4所示。

圖3　緩沖裝置的工作情況

圖4　復(fù)式橡膠緩沖裝置特性曲線

1.3中間橡膠緩沖器的參數(shù)設(shè)置

設(shè)橡膠緩沖器受到壓縮力時，立板在從板座內(nèi)向右移動，壓縮2號橡膠緩沖器，此時1號橡膠緩沖器在預(yù)壓縮力的作用下恢復(fù)，充滿由于立板向右移動而產(chǎn)生的空間；當(dāng)緩沖器受到拉伸力時，立板在從板座內(nèi)向左移動，壓縮1號橡膠緩沖器，此時2號橡膠緩沖器在預(yù)壓縮力的作用下向自由高度恢復(fù)，充滿由于立板向左移動而產(chǎn)生的空間。

根據(jù)上述特點(diǎn)，動車組中間車鉤緩沖器的性能參數(shù)設(shè)計值見表1，性能曲線見圖5。

表1　橡膠緩沖器性能參數(shù)

圖5　中間車鉤緩沖器力-位移靜態(tài)曲線

2　中間車鉤緩沖器動態(tài)特性分析

2.1仿真參數(shù)設(shè)置

動車組仿真計算車輛的質(zhì)量見表2。動車組編組見圖6。

表2　動車組各車輛的計算質(zhì)量

2.2仿真分析原理

在進(jìn)行仿真計算時，把列車看作一個含有質(zhì)量、彈性及阻尼的多剛體系統(tǒng)；列車中的每輛車簡化為單個質(zhì)點(diǎn)，該質(zhì)點(diǎn)只有一個沿著縱向的自由度。以線路上的一點(diǎn)作固定縱向坐標(biāo)系原點(diǎn)，列車中各輛車的位置、速度、加速度可分別用，2，…，n）表示，則列車縱向動力學(xué)微分方程為：

mi·X··i=fti+fci-1-fci-fbi-fdbi-fωi

式中：

mi——第i車的質(zhì)量；

fti——第i車的牽引力，作用于動車，且制動時該項為0；

fci-1，fci——分別為第i車的前、后車鉤力，特性曲線在落錘試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上給出；

fbi——第i車的電空制動力，作用于拖車，僅制動時有該項；

fdbi——第i車的電制動力，作用于動車，僅在制動時有該項；

fωi——第i車的運(yùn)行阻力。

圖6　中間車鉤緩沖裝置布置圖

車輛運(yùn)行阻力一般用下式計算：

fωi=mi·ωi

其中

ωi=ωoi+ωsi+ωri

式中：

ωi——第i輛車的單位質(zhì)量阻力；

ωoi——第i輛車的單位基本阻力；

ωsi——第i輛車的單位坡道阻力；

ωri——第i輛車的單位曲線阻力。

列出動車組中每輛車的動力學(xué)方程，運(yùn)用數(shù)值

方法便可對列車的縱向運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行研究。

2.3仿真計算

2.3.1動車組連掛時車鉤力仿真

緩沖器容量設(shè)計取決于列車的最大連掛速度［5］，所以最大力出現(xiàn)在動車組連掛時。仿真分析時取以下10種連掛速度：0.5 km/h，1.0 km/h，1.5 km/h，2.0 km/h，2.5 km/h，3.0 km/h，3.5 km/h，4.0 km/h，4.5 km/h，5.0 km/h。中間車鉤在各種連掛速度下的最大力和最大位移見表3。

表3　中間車鉤在各種連掛速度下的最大力和最大位移

2.3.2動車組起動時車鉤力仿真

動車組在起動時車輛各連掛面的車鉤力見表4及圖7。

表4　動車組起動時各連掛面最大車鉤力　k N

圖7　動車組起動時各連掛面車鉤力

2.3.3動車組制動時車鉤力仿真

動車組在制動時車輛各連掛面的車鉤力見表5及圖8。

表5　動車組制動時各連掛面最大車鉤力　k N

圖8　動車組制動時各連掛面車鉤力

2.4線路試驗(yàn)

為測試中間車鉤緩沖裝置在動車組運(yùn)行過程中的性能指標(biāo)，在CRH2-103動車組的M1車兩端設(shè)置傳感器，對車輛運(yùn)行過程中的車鉤力進(jìn)行了測試。列車編組情況為T1+M1+M2+M3+M4+ M5+M6+T2（T車為拖車，M車為動車）。動車組在運(yùn)行中車鉤最大力見表6。

表6　線路試驗(yàn)車的車鉤受力統(tǒng)計

2.5小結(jié)

通過以上分析可以看出，在復(fù)式橡膠緩沖裝置的作用下，動車組以5 km/h速度進(jìn)行連掛時車鉤力最大值僅為903.4 k N，距車鉤緩沖裝置最大阻抗力1 200 k N還有很大的裕量；而動車組在運(yùn)行過程中車鉤力最大值僅為6.525 kN，遠(yuǎn)小于車鉤緩沖裝置最大阻抗力。因此，采用復(fù)式橡膠緩沖裝置的車輛能最大限度降低車輛的縱向沖動，提升車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性。

3　結(jié)語

通過對CRH2型動車組中間車鉤緩沖裝置參數(shù)的分析，結(jié)合仿真計算和實(shí)車檢測，中間車鉤緩沖裝置的參數(shù)設(shè)置是合理的，能夠滿足動車組在各類工況下的運(yùn)營需要，保證了復(fù)式緩沖器零初始力的特點(diǎn)，降低了動車組的縱向力，提升了動車組的運(yùn)行舒適性。

［1］ 嚴(yán)雋耄.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，1991：260.

［2］ 薛懿民，劉鳳剛.橡膠緩沖器在機(jī)車車輛上的應(yīng)用［J］.鐵道車輛，1994（9）：20.

［3］ 劉鳳剛.日本車輛連接裝置綜述［J］.國外鐵道車輛，1998（4）：14.

［4］ 沈聞起.地鐵車輛用雙作用式橡膠緩沖器［J］.鐵道車輛，1995（3）：31.

［5］ 李瑞淳.動車組車鉤緩沖裝置統(tǒng)型研究［J］.城市軌道交通研究，2013（8）：68.

Analysis on Performance Parameters of CRH2 Motor Car Set Intermediate Coupler Buffer Device

Zheng Wei，Sun Xianliang，Chen Shuxiang，Guo Zhicheng

By analyzing the structure and working principle of CRH2 type motor car set installed with intermediate buffer device，the design principle of compound rubber buffer parameters is proposed.Namely，when deformation occurs on the side buffer of double buffer deviceunder compression，deformation of the buffer on the other side in the pre-compression force will happen to fulfill the space caused by vertical plate movement.Thus，the intermediate coupler buffer device will guarantee the feature of double buffer zero initial pressureat maximum，enhance the motor car set vehicles running comfort at the same time.Thesimulation analysis and car test has validated the rationality of the principle in intermediate coupler buffer device design.

CRH2 motor car set；intermediate coupler buffer device；compound rubber buffer

U 270.34：U 266.2

10.16037/j.1007-869x.2015.07.018

2013-11-24）