关于重载铁路货车缓冲器技术的研究.pdf

收藏

编号:20181110220908047362    类型:共享资源    大小:354.14KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
3
金币
关 键 词:
的探讨 货车技术 货车缓冲器 重载货车 重载铁路 缓冲器 铁路货车 铁路重载 技术的
资源描述:
综述·述评 轶道车辆第45卷第8期2007年8月 文章编号:1002-7602(2舯7)08一呻06一08 关于重载铁路货车缓冲器技带的研究 陈 雷1,姜岩2,孙蕾3 (1.铁道部运输局装备部货丰处,北京100844;2.中国北车集团齐齐啥尔铁路车辆(集团)有限责任公司技术中心 黑龙江齐齐哈尔161002;3.中国南车集团北京二七车辆厂工艺技术部,北京100072) 摘要:通过对国内外重载货车缓冲嚣的发展趋势和存在问题的分析,结合太秦线重戢列车运输试验蛄果的研究 对我国重载货车缓冲器的主要性能参数的选取、试验压评定方法提出了建议。 关键词:重栽;货车}援冲嚣 中圈分类号:U270.3矿2 文献标识码:B 重载运输作为铁路大宗货物运输的重要手段,已成 为我国铁路发展的重点之一。其基本运用要求是运行 速度在120 krn/h及以下,一般干线开行5 000 t列车和 10 000 t组合列车、大秦线开行10 000 t单元列车和20 ooO t及以上的组合列车。 开行重载列车的关键之一 是控制列车纵向冲动,缓冲 器是其核心部件之一。 缓冲器的功能是缓和 列车在运行或调车作业时 机车车辆间的纵向冲动,降 低车钩纵向力,避免或减轻 对车辆及货物的损坏;提高 列车运行的稳定性,确保运 输安全。为使我国缓冲器 能够满足重载运输要求,本 文对缓冲器的主要技术参 数进行了研究。 (1)美国货车缓冲器的代表产品有:Mark 50型、 crown sE型摩擦式钢弹簧缓冲器,Mark H60型组合 式摩擦缓冲器,sL 76型摩擦式橡胶缓冲器,TF~ 880型摩擦式弹性体缓冲器,Twin Pack型双盒缓冲 表1 美国近20年开发的主型缓冲器性能参数裹 注;表中括号中的数据为冲击速度 1国内外重载货车缓 冲器的现状 目前,世界上应用最广泛的货车缓冲器是符合 AAR标准的缓冲器,其次是符合uIc标准的缓冲器。 符合uIc标准的缓冲器主要在欧洲铁路联盟内部使 用,由于欧洲以快捷运输为主,重载运输技术不成熟, 因此本文不进行讨论。符合AAR标准的缓冲器在美 国、加拿大、澳大利亚、南非、巴西等重载运输发达国家 被广泛采用;中国、印度和俄罗斯等国家也开发应用了 类似的缓冲器。 收稿捌期:2007—04—26 作者简介:胨雷(1957一),男,高级工程师 ·6- 器及LPD型液压缓冲器等,性能参数见表1。 应用新结构及新材料研制组合式摩擦缓冲器以提 高缓冲器的性能,是美国近20年来货车缓冲器的主要 特点。以Mark 50型为基型的摩擦式钢弹簧缓冲器 的应用最为广泛,主要有Mark 50型、Mark 325型、 crown sE型、Crown sG型缓冲器,其性能可靠,适应 范围广,目前已在世界各国铁路货车上广泛应用。为 进一步提高缓冲器的容量,1975年在Mark 50型缓冲 器的基础上,研制了Mark H60型缓冲器。Mark H60 型缓冲器是组合式摩擦缓冲器,内部加装有液压芯体, 充分利用了全钢弹簧摩擦式缓冲器的位移(阻抗型缓 冲有利于长大列车牵引使用)以及阻尼缓冲器的速度 (阻尼型缓冲有利于缓解列车内部冲动和调车连挂冲 击的特点),是一种比较理想的缓冲器。该缓冲器在行 万方数据 万方数据 万方数据 关于重戢铁路货车缓冲器技术的研究 陈 雷,姜岩,孙蕾 裹5大秦线20 000t列车l+2+1编组车钧力比较 注:新cm,列车平遭紧急试验时通讯中断 表6大秦线20∞0t列车4×5 000t编组车钧力比较 3重载货车缓冲器的性能及评定标准 缓冲器主要有2种工况,即调车作业时的冲击工 况和列车运行时的纵向冲动工况。 2种工况的实质都是缓冲器受到冲击,因此缓冲 器的理论设计依据是碰撞理论,按照动量守恒和能量 守恒理论,可推导出相应的理论计算公式。 3.1调车工况 根据国内外缓冲器设计计算经验,考虑了车体、轨 道、货物等吸收能量后的经验系数d,修正后,缓冲器 的计算可采用以下经验公式: E一{睁揣·扩(1) 式中:Mt、M2——相邻车辆的质量,t} —一车辆的调车速度,m/s;卜修正系数; E——缓冲器吸收的能量,kJ。 3.2列车调速时的内部纵向冲动工况 列车调速时的内部纵向冲动比较复杂,受缓冲器 性能、车辆性能、车钩缓冲装置问的自由间隙大小、编 组数量、运行速度、制动及缓解波速等因素的综合影 响。理论仿真分析及试验结果表明,当缓冲器的性能、 车辆性能一定时,列车内部纵向力随着车钩缓冲装置 连挂自由间隙的增大、列车编组数量的增加以非线性 几何特性急剧增大;如果不采取必要的技术措施,可能 会引发车辆及零部件过早疲劳损坏,甚至导致车辆脱 轨、倾覆等事故的发生。 由于列车制动及缓解作用沿列车长度方向的不同 步性,造成了车辆问产生速度差,引起列车内部的纵向 冲动。纵向力计算的经验公式为: E T。2 F皿x一丧(尸吼)一‘乏三= 佗’ 式中:F。。——列车纵向压缩力,kN} L——每辆车的长度,m; n——车辆数; P——每辆车的闸瓦压力总和,kN; ∞,——闸瓦摩擦因数; fzc——制动缸充气时间,s; ∞口——制动波速,m/s。 由式(2)可见,纵向力与列车编组数量n的平方值 成正比。据此推算,100辆编组列车的最大纵向力是 50辆编组列车的4倍;依此类推,150辆、200辆的重 载列车纵向力是非常大的。如果不采用小间隙或无间 隙连挂技术及列车制动同步控制技术、合理的列车编 组方式,仅靠常规的高强度车钩、缓冲器将无法开行长 大重载列车。 调车工况下,缓冲器为速度冲动型;运行工况时列 车内部车辆间产生挤压性冲击作用,并延续很长时间, 使车辆间形成很大的冲击力,缓冲器受到的冲击为载 荷冲动型。但是,当调车工况下车辆速度差与列车工 况下车辆速度差相同时,2种工况下的最大车钩力大 致相同。 3.3缓冲器基本参数的设置 缓冲器的基本参数主要有冲击速度、阻抗力、行 程、容量、吸收率、初压力等,下面对各参数进行逐项分 析。 3.3.1冲击速度 随着列车运行速度的提高、轴重和列车总重的 增加,车辆间纵向冲击必然呈非线性增长。所以,缓 冲器设计时,要留有一定的技术储备裕量,以应对生 产工艺质量产生的性能波动和使用过程中性能的衰 减。因此,缓冲器设计时冲击速度应不小于10 km/h。 3.3.2阻抗力 缓冲器阻抗力应与车体强度相匹配,不能超过车 体所能承受的纵向载荷,否则将难以保护车辆。 TB/T 1335 1996《铁道车辆强度设计及试验鉴 ·9· 万方数据 铁道车辆第45卷第8期2007年8月 定规范》中规定:货车第一工况纵向压缩载荷为1 400 kN,第二工况的纵向压缩载荷为2 250 kN;当以8 km/h冲击速度进行车辆冲击试验时,最大车钩力应 不大于2 250 kN。这是MT一2、MT 3型缓冲器的 阻抗力分别设定为不大于2 250 kN、2 000 kN的主要 原因。 为满足大秦线开行20 000 t重载列车的要求,运 装货车[2003]63号文件规定:大秦铁路重载货车强度 设计需满足第一工况纵向拉伸力2 250 kN,纵向压缩 力2 500 kN;第二工况纵向压缩力2 800 kN的要求。 科技装函[2004] 104号文件规定: 23t~25 t轴重的 通用货车车辆强度 设计的纵向载荷 为,第一工况纵向 拉伸载荷1 780 kN,纵向压缩载荷 效果的不均匀性,会使车辆间产生相对速度差(△。)。 国外研究及试验表明:车辆间相对速度差最大为o.16 km/h~0.32 km/h。 因速度差引起的动能差需要缓冲器、车体、货物、 轨道等进行吸收。动能差可通过式(3)计算,计算工况 为车辆总重84 t~100 t、运行速度70 km/h~120 km/h,计算结果见表8。 1 E一÷·6·M·(诉一u:) (3) t 式中:州——车辆总重,t。 表8列车在运行中车辆间动能差分布在每个缓冲器上的能量(E) kJ 1 920 kN;第二工况纵向压缩载荷2 500 kN。因此,结 合我国铁路货车的发展工况,新型缓冲器的阻抗力以 不大于2 500 kN为宜。 3.3.3容量 容量与冲击速度、车辆总重密切相关。通常情 况下,以冲击工况进行设计,并由公式(1)计算得出。 研究表明,不同用途的车辆,修正系数8值也不 同。日本的试验研究结果是:散装货物车辆d值为 o.7,装运液体的车辆8值为o.8。另外,uIc标准规 定d值为O.65~o.75。四方车辆研究所的研究结果 认为,我国现有车辆的d值应在o.55~o.83之间,平 均为0.68,建议在近似计算时修正系数取o.68。因 此,在计算缓冲器容量时,修正系数取o.65~o.8为 宜。当车辆冲击速度为10 km/h时,根据上述修正系 数,按公式(1)可近似计算出不同轴重的车辆需要缓冲 器的容量(见表7)。 衰7 10 ldIl/h冲击速度下需要的缓冲器容量 由于车钩缓冲装置“自由闯隙”的存在、列车制动 ·』0· 通过上述分析,总重84 t~92 t的车辆在列车运 行速度为120 km/h时,因车辆问速度差引起的纵向 冲动能量小于冲击速度10 km/h时缓冲器的容量,因 此用调车工况确定缓冲器容量即可满足列车运用工况 要求。 为满足铁路货车提速、重载的发展要求,并考虑留 有一定裕量,缓冲器容量定在65 kJ~80 kJ为宜。 3.3.4行程 增大行程有利于提高缓冲器的容量,但行程增大 后,一是要增大列车的弹性连挂间隙;二是必须同步加 大钩肩与冲击座之问的距离;三是影响缓冲器的互换 性。基于目前我国现有重载货车结构是按缓冲器最大 工作行程83 mm设计的,因此,缓冲器工作行程定为 不大于83 mm,自由行程定为9l mm左右为宜。 3.3.5吸收率 吸收率是缓冲器工作中消耗的能量与容量之 比。吸收率越大,缓冲性能就越好。但是,当吸收率 达到百分之百时缓冲器将不能复位。根据国内外试 验研究及运用经验,缓冲器的吸收率定为不小于 80%为宜。 3.3.6初压力 初压力是指缓冲器装车后的预压缩力。太大的初 压力将使列车在启动、调速和常用制动等工况下的冲 动加大,对列车纵向平稳性不利;过小的初压力会增加 列车的弹性间隙,易造成列车内部“抖动性”冲动,同时 加剧车辆及缓冲器的磨耗。AAR M 901G和M一 901K标准规定:缓冲器装车后的初压力不小于356 万方数据 关于重栽铁路货车缓冲器技术的研究 陈 雷,姜岩,孙蕾 kN;前苏联标准规定:货车缓冲器的初压力应在100 kN~300 kN范围内。由于运用中车辆结构及缓冲器 的磨耗势必衰减缓冲器的初压力,因此,新型缓冲器的 初压力取50 kN~300 kN为宜。 3.4评定方法 目前确定缓冲器基本性能的试验方法主要是落锤 试验和冲击试验。 3.4.1落锤试验 研究表明,冲击速度小于8 km/h的缓冲器,考核 容量时采用落锤试验方法比较准确;但对冲击速度大 于8 km/h的缓冲器,采用落锤试验方法考核容量时 与实际应用存在一定的差别。 3.4.2冲击试验 冲能力强,阻抗低,性能稳定,结构复杂,密封可靠性要 求高,制造及检修工艺要求严,成本高,静态与动态性 能差别大。 4.4干摩擦阻尼与粘性阻尼组合式缓冲器 由摩擦系统、钢弹簧、弹性胶泥体或液压阻尼体和 箱体构成,具有2种阻尼的特点,只是根据使用要求的 不同在阻尼组合比例上有差异。主要特点:结构简单, 性能可靠,缓冲能力强,性能稳定。 5缓冲器性能试验研究 为全面掌握我国货车缓冲器的性能,同时研究不同 试验方法对缓冲器性能的影响,对既有和新型缓冲器进 行了综合试验研究。受试缓冲器的技术参数见表9。 目前,UIC标 准规定,缓冲器均 墨:垦苎竺!竺翌竺兰兰竺兰苎竺兰苎苎兰兰竺 采用冲击试验方法 评定,对于液压 (气)类缓冲器,辅 之固定载荷下的疲 劳试验;AAR M一 901G、AARM一 901K标准规定冲 击速度不小于8 km/h(5 mph)的 注:冲击速度≥8 km/h的缓冲器容量作为参考值。 缓冲器采用冲击试验方法评定,同时用落锤试验方法 对缓冲器的稳定性、耐久性、坚固性进行考核。 因此,借鉴国内外成熟的试验经验,在研制开发新 型缓冲器时,应以冲击试验方法为主、落锤试验方法为 辅。 4我国新型缓冲器的结构特点和特性 目前,我国除既有的4种(2号、MT一2型、MT~ 3型、sT型)缓冲器外,还新开发了胶泥、液气、液压、 弹性体、摩擦弹性体和摩擦胶泥等6种结构的缓冲器。 这些缓冲器可分为如下几类。 4.1干摩擦阻尼+钢弹簧缓冲器 由摩擦系统、钢弹簧和箱体构成。主要特点:结构 简单,性能可靠,制造及维修成本低,适应环境范围广。 4.2干摩擦阻尼+橡胶(弹性体)组合式缓冲器 由摩擦系统、橡胶或弹性体和箱体构成:主要特 点:结构简单,性能可靠,重量轻,制造和维修成本低。 4.3粘性阻尼式缓冲器 包括液气、液压、胶泥等缓冲器,由腔体、阻尼机 构、密封结构、阻尼介质、复原系统构成。主要特点:缓 5.1落锤试验 试验中,对不同厂家生产的缓冲器进行了容量试 验,其中2号缓冲器1套、MT一2型8套、MT一3型 11套、液气类2套、胶泥类3套、摩擦胶泥类2套、弹 性体1套、sT型3套,试验结果见表10。 从表10中可以看出: (1)2号缓冲器各项指标均极低,不但满足不了 重载列车的要求,对提速后的列车要求也不能满足。 (2)MT 2型缓冲器交货容量在55 kJ~61 I【丁 之间,平均值为52 kJ;正式容量在5 7 l【J~68 kJ之 间,平均值为56 kJ,性能因制造厂的工艺影响波动 较大。 (3,MT 3型缓冲器交货容量在44蚶~6I kJ 之间,平均值为53 kJ;正式容量在46 kJ~62 kJ之 间,平均值为55 l【J,性能因制造厂的工艺影响波动 较大。 (4)液气(压)类中的液气缓冲器的正式容量和行 程均比较小,落锤方法的试验结果与后续的采用冲击 方法的试验结果相差较大。 (5)sT型缓冲器性能极不稳定,特别是在使用后 性能衰减非常严重,已不能满足使用要求。 ·71‘ 万方数据 铁道车辆第45卷第8期2007年8月 表10我国既有和新型货车缓冲器落镶试验结果 缓冲器型号 序号 壹货容量 锤高 额定阻 行程 /mm 抗力/kN /mm 2号 MT一2型 液气(压)类 胶泥类 摩擦腔泥类 弹性体 M’r一3运用 ST型 sT型运用 sT型检修 725 1 998 70 725 I 656 86 725 1 605 73 600 1 019 84 600 1 992 87 500 2 393 91 窖量 /” 吸收率 /% 正式容量 锤高 额定阻 行程 容量 /mm 抗力/kN /mm /kJ 264 1 194 66 40 吸收率 /% 248 1 606 86 260 1 997 70 151 l 784 70 132 2 000 68 27 5.2冲击试验 将上述各型缓冲器分别安装在2辆总重为100 t 的同一试验敞车上进行冲击试验,试验工况和结果见 表1l。 从表11中的冲击试验结果可以看出: (1)MT 2型缓冲器互冲试验类型的额定冲击 ·12· 速度在6.32 km/h~9.71 km/h之间,最大冲击速度 在6.37 km/h~10.28 km/h之间,最大车钩力在2 349 kN~3 437 kN之间,性能波动较大。 (2)落锤和冲击的试验方法对不同缓冲器的试验 结果存在差异。对于额定冲击速度在8 km/h以下的 缓冲器,采用落锤试验方法评定较好;对于额定冲击速 % 种 瞄 % 儿 踮 舯 盯 % 盯 % % % 蛆 粕 ” 略 昨 鲥 % 帖 盯 伟 加 % ∞ % 乩 鼢 孙 “ 硒 “ 盯 盯 姆 ∞ ∞ ¨ 蚰 ∞ 曲 柏 眈 % 叭 弘 ∞ 甜 衢 舳 % 钯 ∞ 踮 耄呈 n ¨ ∞ 踮 蛇 蛆 踮 ” ” 帅 帅 ∞ 盯 帅 阻 踮 跎 吣 曲 曲 粘 拢 “ 他 踮 “ 鼯 ¨ ;= 拟 Ⅲ ;童 Ⅲ ㈣ 似 眦 ㈣ 季| 啪 兰| 季| ㈣ Ⅲ 唧 Ⅲ l|i m ㈣ 抛 呲 ㈣ {尝 猫 m 批 i}i i:}i 1 90 90 螂 螂 ㈣ 啪 拼 埘 Ⅲ m m 揪 Ⅲ Ⅲ 香_ ㈣ Ⅲ 靴 蛳 郴 |墨 Ⅲ m |兰 l曼 ㈣ 呲 孝| ¨ 舛 % 窑; 帖 % 舳 舳 吣 附 % % ;宝 % 姒 孵 眈 时 孵 6 5 5 6 6 5;5 i 4 6 4 i 5 S ∞ 雌 姑 姑 眈 帅 吣 帅 跳 螂 ㈨ Ⅲ Ⅲ 瑚 m 营} 暑| i i l 1 m 蓍i l量 珊 螂 Ⅲ m Ⅲ ” 蛇 鲫 蚰 帅 ” 曲 ∞ 曲 黯 啪 Ⅲ 蛳 拟 Ⅲ 喜i ㈣ ;耋 萼! 啪 ㈣ 啪 |§ 蓦| Ⅲ 呲 瑚 善} ㈣ 螂 鲫 踮帅曲 蜉 % 曲 舯 鲫瞄 ∞ 鼬 鹊 n ● 0 0 o ; o , o o “ u “ ¨ H ¨ M ” ” ” ∞ n 站 船 弘 外 辨 盯 詈号 曲 骑 叭 万方数据 综述·述评 铁道车辆第45卷第8期2007年8月 文章螭号:1002 7602(2007】o{卜0014-05 关于我国铁路货车装备现代化问题的研究 王春山 (铁道部运输局装备部货车处.北京100844) 摘要:回顾了我国铁路货车技术发展的巨太成就,介绍了国外铁路货车与货运发展的技术水平,分析了目前我国 铁路货车技术发展的现状,提出了“十一五”期问我国铁路货车应从设计、工艺、标准,制造、试验、验证等方面加强技术研 究,大力提升货车整体技术水平,努力实现铰珞货车技术装备现代化。 美键词:货车;技术;装备;现代化 中圈分类号:U272 文献标识码:B 近年来,为提高我国铁路货物运输能力,缓解制约 国民经济发展的瓶颈问题,在铁路跨越式发展战略的 指导下,铁路货车系统全面落实科学发展观,坚持技术 引进与自主创新相结合,走引进、消化吸收再创新与自 主刨新之路,在提速、重载方面通过集成创新、通力合 作,及时推出了一系列货车新品种及配套技术,实现了 铁路货车由60 t级向70 t级全面升级换代,形成了以 产、学、研、用相结合的技术开发体系,装备的制造与保 证能力也取得了重大进步。 按照“十一五”规划,未来5年我国国民经济将继 续保持持续、快速和稳定增长。到2010年,人均国内 生产总值将比2000年翻一番。这一宏伟规划,为深入 推进铁路跨越式发展提供了更为广阔的空间。铁路货 车作为完成运输任务的重要装备,随着铁路跨越式发 展的不断深化,需不断提升其技术水平,全面实现货车 装备现代化。 l我国铁路货车发展回顾 1949年新中国成立后,铁路货车发展经历了3个 阶段,实现了3次大的升级换代。 第1阶段是从1949年一1956年的引进与仿制国 外产品阶段,在此阶段中国铁路用8年的时间结束了 仿制国外货车的历史。20世纪50年代末60年代初, 新中国第1辆自主设计的棚车诞生,货车载重由30 t 提高到50 t,转向架由几十个旧杂型实现了简统化, 淘汰了铸铁车轮,采用辗钢车轮,推出r 13号车钩, 制动机由K2型改进为GK型,中国铁路货车实现了 载重由30 t级向50 t级的第1次大的升级换代。 第2阶段是从1957年一2003年的自行研发、自 收稿口期:2007一04—20 作者简介:工春山(1958),男,高级工程师(教授级)。 ·』4· 主创新阶段。20世纪70年代末80年代初,载重60 t 的c。。。型敞车研制成功,该车车体由钢木混合结构改 万方数据
展开阅读全文
  皮皮文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:关于重载铁路货车缓冲器技术的研究.pdf
链接地址:http://www.ppdoc.com/p-10914211.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2008-2018 皮皮文库网站版权所有
经营许可证编号:京ICP备12026657号-3 

收起
展开