关于铁路车辆编组连挂中车钩缓冲装置冲击特性分析孙中原--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

关于铁路车辆编组连挂中车钩缓冲装置冲击特性分析孙中原

发表时间：2021/7/8 来源：《基层建设》2021年第12期作者：孙中原

[导读] 科技的发展带动了我国铁路行业的不断进步，为了增加铁路车辆编组连挂稳定性，确保连挂期间车内乘客不受影响，就要结合车钩缓冲装置来减少冲击影响

        关于铁路车辆编组连挂中车钩缓冲装置冲击特性分析
        孙中原
        北京轨道交通技术装备集团有限公司 100071
        摘要：科技的发展带动了我国铁路行业的不断进步，为了增加铁路车辆编组连挂稳定性，确保连挂期间车内乘客不受影响，就要结合车钩缓冲装置来减少冲击影响。本文通过对编组连挂展开研究，并结合实际对车钩缓冲装置冲击特性提出个人观点，希望能够为关注铁路编组连挂车钩缓冲装置的人群带来帮助。
        关键词：铁路车辆；编组连挂；车钩缓冲装置；冲击特性

        引言：在铁路车辆编组时，带编组的车辆将会与静止车辆碰撞，碰撞将会促使车辆车钩自动连接，在冲击期间出现的冲击力则会作用于底板部位，此时便会导致车厢内部的物品出现滑动的情况。当装置量增加之后，列车的行驶速度将会有所提高，此时冲击力将会变得更强。因此，为了降低冲击力带来的损伤，提高编组连挂稳定性，就必须对编组连挂车钩缓冲装置进行研究。
        一、车钩缓冲装置综述
        车钩缓冲装置的主要作用就是在车辆连接时对牵引力进行传递，降低冲击力带来的影响，缓冲装置通常会在牵引梁内进行安装，为了确保车辆连挂时的安全可靠，车钩缓冲器的各项性能参数必须满足铁路车辆的相关规定。车钩能够完成车辆相互之间的连挂，并完成牵引力的传递，根据开启方式的不同可以分为上、下作用式两类。车钩结构可以分为密接式、旋转式多种，要结合实际需求来选择不同的结构类型。缓冲器可以在车辆运行中降低由碰撞引发的各种冲击与振动，降低冲击力对车辆结构、乘客带来的影响。在运行期间，缓冲器将会借助弹性元件的压缩来降低冲击力，在弹性元件变形时，则可以利用摩擦、阻尼来降低冲击能量。根据其结构、原理的不同，缓冲器的类型可以分为摩擦、液压等多种形式。其中摩擦式缓冲装置可以分为前、后两个部分，缓冲装置可以利用弹簧来吸收能量，降低由撞击带来的冲击力，不同的弹簧相互之间可以利用锥面来进行配合[1]。在缓冲装置受力后，各环便会出现挤压，并在外环弹簧中存入冲击能量，这时内外环簧便会通过摩擦的方式来实现能量转化。不同类型的缓冲设备转化方式各不相同，无论是哪一种类型的缓冲装置，其最终目的都是消除车辆撞击产生的冲击力，进而保证编组连挂时的安全性与稳定性。
        二、车钩缓冲装置性能分析
        车钩缓冲装置作为铁路车辆最为重要的零部件之一，列车可以利用车钩缓冲装置来完成车辆相互之间的连挂，并对列车运行、调车时产生的作用力进行缓冲，连挂、牵引、缓冲便是车钩缓冲装置必须具备的核心基础功能。在车辆受到冲击时，作用力将会按照车钩、前从板、缓冲器、后从板、牵引梁的顺序来实现力的传导，因此车钩缓冲装置在面对牵引、冲击力时都必须通过缓冲器来完成力的传导，所以缓冲装置的重要性毋庸置疑。一般而言，缓冲器可以通过压缩弹性元件的方式来完成对冲击力的缓冲，由于缓冲器性能参数将会影响到缓冲能力，所以必须重点关注缓冲器的各项性能参数，如冲击速度、容量等。弹性元件可以通过材料弹性与结构来实现能量转换，通过将机械能、动能进行转化，可以进一步提高缓冲稳定性，而弹簧则能够吸收外界振源能量，在元件变形时则可以通过摩擦、阻尼来实现能量吸收，保证车辆内装物的安全。
        车辆缓冲装置中的阻尼能够用来消耗冲击振动产生的能量，并实现对车体之间距离的控制，对于缓冲装置中的阻尼系统而言，铁路车辆必须使用专用的阻尼系统，只有性能、大小满足车辆行驶条件，才能够真正保证车辆运行时的稳定性。当铁路车辆的阻尼系统为大阻尼时，此时衰减指数将会明显强于系统固有频率，这是车钩将会进行非周期振动，在离开平衡位置之后需要利用很长时间才可以重新返回平衡。当铁路车辆的阻尼系统处于小阻尼时，衰减系数将会降低至系统固有频率以下，此时车钩则会在平衡位置处进行左右振动[2]。除此之外，若阻尼系统处于临界阻尼，衰减指数与系统固有频率相等，此时的车钩的状态便会介于非周期振动、振动之间。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

专用阻尼系统的阻尼较大，但多数都属于小系统。
        三、车钩缓冲装置冲击特性研究
        在针对弹性元件进行研究分析时，应该是重点关注对于车辆冲击振动的研究，因为车辆编组连挂期间的冲击振动特性，其本质就是编组连挂期间的铁路车辆冲击振动响应量，诸如位移、速度、加速度等性能参数都可以归纳为冲击振动特性。能够影响到冲击振动特性的原因有很多，例如铁路车辆的固定动态参数以及行驶条件、激扰源特性等。在对冲击振动特性进行分析时，可以通过构建冲击振动微分方程的方式来获取编组连挂时的位移、速度等性能参数之间的联系，并从各项性能中找出影响因素。
        在分析铁路车辆编组连挂问题时，由于缓冲装置的内部弹簧具有一定程度的材料阻力，所以必须重点关注缓冲器的阻尼特性，通过将车辆、缓冲器最初进行接触的位置作为原点进行Y轴取值，可以构建出车辆运动时的微分方程。如图1（微分方程）。

        图 1 微分方程
        在微分方程中M为铁路列车质量（自重+载重），单位kg；K为车钩缓冲装置弹性常数，单位N/m；C为车钩缓冲装置的阻尼数据，单位N·s/m。
        在铁路车辆进行编组连挂时，其撞击力是由待编组车辆撞击静止车辆产生的。因此在分析冲击特性时，同样需要关注撞击持续时间以及车辆的位移情况。在撞击过程中，带编组车辆的车速越高，则在编组连挂时所产生的撞击力度就会变得越强，而车钩的加速度也将有所提高。编组连挂加速度持续时间将会与其本身的固有频率、阻尼比具有直接联系。
        能够对编组连挂加速度造成影响的主要因素如下：第一，编组连挂加速度与连挂前待编组车辆速度成正比。即待编组车辆的车速越快，连挂加速度将会随之上升。第二，连挂加速度与缓冲装置固有频率成正比。当固有频率、弹性常数增加之后，连挂加速度便会一同增加。第三，连挂加速度与阻尼比相关。当阻尼比小于等于0.5时，阻尼能够发挥出缓冲的效果在阻尼系数介于0.2～0.3时，缓冲装置的缓冲效果能够达到最佳。若阻尼比大于0.5，则此时连挂加速度就将与其形成正比，即阻尼提高后将会促使连挂加速度增加。
        当车钩缓冲系统的固有频率为153rad/s且阻尼比为0.25时，铁路车辆在开展编组连挂作业时，其安全连挂速度为1.4m/s。根据国家规定，铁路列车编组连挂期间，需要将连挂速度控制在5km/s，此时车钩加速度约为18g，当阻尼比达到0.75之后，车钩加速度将会提高至33g，相较于阻尼比0.25时，其车钩加速度提高了15g，即是增长了1.84倍[3]。因此当阻尼存在时，铁路车辆的编组连挂非常重要，阻尼比将会大幅影响到编组连挂时的车钩冲击加速度。而且根据阻尼比值的改变，所带来的影响也将一同发生改变，只有将阻尼比尽量控制在0.2～0.3，才能够真正提高编组连挂时的稳定性。
        结论：总而言之，铁路车辆在开展编组连挂时将会产生强大的冲击力，待编组车辆所带来的撞击不仅会对车辆性能带来影响，还会对车内乘客造成冲击。为了降低车辆冲击带来的影响，需要通过车钩缓冲装置来消减冲击力，进而提高编组连挂时的稳定性。相信随着更多人了解到编组连挂期间车钩缓冲装置的重要性，车钩缓冲装置的各项性能指标一定会变得更好。
        参考文献：
        [1]艾启耀，朱水金.车钩缓冲装置组装尺寸链分析及选配探讨[J].内燃机与配件，2020（24）：150-151..
        [2]赵士斌.铁路列车车钩缓冲装置故障分析及解决措施[J].哈尔滨铁道科技，2020（04）：.7-8+32..
        [3]康凤伟，辛民，丛盛国.铁路货车钩缓装置延长检修周期可行性与意义[J].铁道车辆，2020，58（12）：31.-32+6..