城市軌道車用彈性膠泥緩沖器及其應(yīng)用摘 要:著重介紹了彈性膠泥和城軌用彈性膠泥緩沖器的性能優(yōu)點(diǎn)、工作原理。關(guān)鍵詞:城市軌道、彈性膠泥、緩沖器引言 發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)已成為我國(guó)解決城市交通問(wèn)題的必由之路,城市軌道交通車輛的產(chǎn)業(yè)化是我國(guó)機(jī)車車輛工業(yè)的重要工作之一,而軌道車輛關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化是城市軌道交通車輛產(chǎn)業(yè)化的重要保證。 緩沖器是城市軌道交通車輛的重要部件之一,其作用是緩和車輛沖擊減小車輛縱向沖動(dòng)。緩沖器性能的好壞直接影響行車安全和旅客舒適度,因此世界各國(guó)均重視對(duì)性能優(yōu)良緩沖器的開(kāi)發(fā)研究。 目前國(guó)內(nèi)典型的緩沖器有橡膠緩沖器、油脂潤(rùn)滑的環(huán)彈簧摩擦式緩沖器、液壓緩沖器,但是它們分別存在低溫性能和耐老化性能差、壽命短、制造與維修工藝復(fù)雜、成本高、自重大、制造加工精度要求高等缺點(diǎn),所以都很難得到廣泛的推廣。1彈性膠泥簡(jiǎn)介 用于彈性膠泥緩沖器研究的緩沖介質(zhì)彈性膠泥材料,是一種高粘度、可壓縮、可流動(dòng)的未經(jīng)硫化的有機(jī)硅化合物,在-80～+250℃范圍內(nèi)具有較高的穩(wěn)定性,并且無(wú)臭、無(wú)毒,對(duì)環(huán)境和人員無(wú)污染。它有固、液2種狀態(tài),是車鉤緩沖器理想的緩沖介質(zhì)材料。在沒(méi)有復(fù)原彈簧作用的條件下,利用其高彈性特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)緩沖器的復(fù)原回程;利用其壓縮性實(shí)現(xiàn)緩沖器的壓縮行程;利用其良好的流動(dòng)性可以實(shí)現(xiàn)緩沖器的大容量、低阻抗能力。這種材料的流動(dòng)粘度大小可根據(jù)實(shí)際使用的需要進(jìn)行調(diào)整,可以使其運(yùn)動(dòng)粘度比普通液壓油大幾十甚至上百倍。這樣就將液壓緩沖器密封難的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。這種材料如果能解決生產(chǎn)工藝問(wèn)題,其成本不會(huì)高于60美元/ｋｇ,而1個(gè)城市軌道車輛用緩沖器容量在15ｋＪ的條件下,其彈性膠泥的用量不會(huì)超過(guò)3ｋｇ,因此彈性膠泥材料的價(jià)格能夠滿足彈性膠泥緩沖器推廣的市場(chǎng)要求。2彈性膠泥緩沖器的基本結(jié)構(gòu)原理 彈性膠泥緩沖器主要由活塞和活塞桿、缸蓋、缸體、充料閥等組成(見(jiàn)圖1),其工作原理是:將彈性膠泥材料裝入緩沖器體內(nèi),根據(jù)需要施加一定的預(yù)壓力,當(dāng)緩沖器活塞桿受到一定的壓力時(shí),彈性膠泥受壓縮產(chǎn)生阻抗力,并利用活塞的環(huán)形間隙(或節(jié)流孔)的節(jié)流作用和彈性膠泥材料的壓縮變形吸收沖擊能量。由于膠泥材料的特性,當(dāng)彈性膠泥的預(yù)壓力和活塞的運(yùn)動(dòng)速度越大,阻抗也就越大,這有利于提高緩沖器在大沖擊下的容量,即沖擊越大,緩沖器的容量就越大;沖擊小,緩沖器的容量就越小。當(dāng)作用在活塞桿上的外力撤銷后,彈性膠泥自行體積膨脹,將活塞推回到原位,在這個(gè)過(guò)程中彈性膠泥材料以較慢的速度通過(guò)活塞的環(huán)形間隙(或節(jié)流孔)流回原位,實(shí)現(xiàn)緩沖器的回程動(dòng)作。 該緩沖器頭部與車鉤的連接方式可以采用法蘭連接或用成對(duì)連接環(huán)連接,尾部需要安裝橡膠球關(guān)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)因線路曲線造成車鉤之間的高度差。
3 彈性膠泥緩沖器的標(biāo)準(zhǔn)條件分析 緩沖器的技術(shù)參數(shù)要與車輛相匹配,不同技術(shù)狀態(tài)的車輛要求緩沖器的技術(shù)參數(shù)也不一樣。緩沖器是否優(yōu)良主要看其性能是否與車輛相匹配,能否最大限度地降低列車的縱向沖擊力,以提高旅客的舒適度。彈性膠泥緩沖器力-位移曲線圖如圖2所示。3.1彈性膠泥緩沖器的額定容量額定容量 是緩沖器在額定的行程、阻抗力范圍內(nèi)能夠接受的最大沖擊或者壓縮動(dòng)能,這是緩沖器的基本指標(biāo),例如上海地鐵調(diào)車速度5ｋｍ/ｈ時(shí), 車輛緩沖器容量為18.7ｋＪ。3.2彈性膠泥緩沖器的額定阻抗力 額定阻抗力對(duì)車輛的縱向加速度、車輛零部件的使用壽命、旅客的舒適度影響很大,一般越小越好。但有時(shí)因條件所限,為了滿足緩沖器的吸收能量和快速回位的要求,最小阻抗力不宜選得過(guò)小(如上海地鐵車輛緩沖器的額定阻抗力為590ｋＮ)。3.3彈性膠泥緩沖器的額定行程 額定行程是緩沖器的重要參數(shù)之一。一般來(lái)說(shuō),緩沖器的額定行程大對(duì)提高緩沖器的額定容量,降低額定阻抗力有利。如上海地鐵車輛緩沖器的為58ｍｍ,國(guó)內(nèi)城市軌道用緩沖器有做到73ｍｍ的。它的大小往往受到車輛構(gòu)造因素的制約。3.4彈性膠泥緩沖器的初壓力 初壓力是緩沖器的重要參數(shù)之一。據(jù)有關(guān)資料介紹,緩沖器的初壓力大小不僅影響列車的縱向加速度,還影響車輛縱向振動(dòng)的頻率。緩沖器的初壓力越大,車輛的縱向振動(dòng)幅度和頻率也就越大,旅客的縱向舒適度也就越差。所以緩沖器的初壓力越小越好,但是受我國(guó)緩沖器制造水平的限制,一般都在15ｋＮ～25ｋＮ左右。3.5緩沖器的吸收率 吸收率是緩沖器在一次沖擊中消耗的能量與接受的能量的比值,緩沖器吸收率的大小表示其衰減沖擊動(dòng)能的能力。緩沖器的吸收率為阻尼耗能和彈性耗能之和與總能量的比值(見(jiàn)圖2)。一般是越大越好,城市軌道車用緩沖器吸收率以80%左右為最佳值。4結(jié)束語(yǔ) 彈性膠泥緩沖器與普通緩沖器相比具有容量大、阻抗力小、體積小、質(zhì)量輕、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在同樣容量下可減輕30%～50%的重量,檢修周期長(zhǎng)達(dá)10ａ。隨著城市軌道交通的發(fā)展以及旅客舒適度要求的提高,彈性膠泥緩沖器將得到極為廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):[1]李克興,林樂(lè).彈性膠泥緩沖器的試驗(yàn)研究情況[Ｊ].鐵道車輛,1996,№10,23～24[2]張振淼.城市軌道交通車輛[Ｍ].北京:中國(guó)鐵道出版社,1998□
3 彈性膠泥緩沖器的標(biāo)準(zhǔn)條件分析 緩沖器的技術(shù)參數(shù)要與車輛相匹配,不同技術(shù)狀態(tài)的車輛要求緩沖器的技術(shù)參數(shù)也不一樣。緩沖器是否優(yōu)良主要看其性能是否與車輛相匹配,能否最大限度地降低列車的縱向沖擊力,以提高旅客的舒適度。彈性膠泥緩沖器力-位移曲線圖如圖2所示。3.1彈性膠泥緩沖器的額定容量額定容量 是緩沖器在額定的行程、阻抗力范圍內(nèi)能夠接受的最大沖擊或者壓縮動(dòng)能,這是緩沖器的基本指標(biāo),例如上海地鐵調(diào)車速度5ｋｍ/ｈ時(shí), 車輛緩沖器容量為18.7ｋＪ。3.2彈性膠泥緩沖器的額定阻抗力 額定阻抗力對(duì)車輛的縱向加速度、車輛零部件的使用壽命、旅客的舒適度影響很大,一般越小越好。但有時(shí)因條件所限,為了滿足緩沖器的吸收能量和快速回位的要求,最小阻抗力不宜選得過(guò)小(如上海地鐵車輛緩沖器的額定阻抗力為590ｋＮ)。3.3彈性膠泥緩沖器的額定行程 額定行程是緩沖器的重要參數(shù)之一。一般來(lái)說(shuō),緩沖器的額定行程大對(duì)提高緩沖器的額定容量,降低額定阻抗力有利。如上海地鐵車輛緩沖器的為58ｍｍ,國(guó)內(nèi)城市軌道用緩沖器有做到73ｍｍ的。它的大小往往受到車輛構(gòu)造因素的制約。3.4彈性膠泥緩沖器的初壓力 初壓力是緩沖器的重要參數(shù)之一。據(jù)有關(guān)資料介紹,緩沖器的初壓力大小不僅影響列車的縱向加速度,還影響車輛縱向振動(dòng)的頻率。緩沖器的初壓力越大,車輛的縱向振動(dòng)幅度和頻率也就越大,旅客的縱向舒適度也就越差。所以緩沖器的初壓力越小越好,但是受我國(guó)緩沖器制造水平的限制,一般都在15ｋＮ～25ｋＮ左右。3.5緩沖器的吸收率 吸收率是緩沖器在一次沖擊中消耗的能量與接受的能量的比值,緩沖器吸收率的大小表示其衰減沖擊動(dòng)能的能力。緩沖器的吸收率為阻尼耗能和彈性耗能之和與總能量的比值(見(jiàn)圖2)。一般是越大越好,城市軌道車用緩沖器吸收率以80%左右為最佳值。4結(jié)束語(yǔ) 彈性膠泥緩沖器與普通緩沖器相比具有容量大、阻抗力小、體積小、質(zhì)量輕、檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在同樣容量下可減輕30%～50%的重量,檢修周期長(zhǎng)達(dá)10ａ。隨著城市軌道交通的發(fā)展以及旅客舒適度要求的提高,彈性膠泥緩沖器將得到極為廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):[1]李克興,林樂(lè).彈性膠泥緩沖器的試驗(yàn)研究情況[Ｊ].鐵道車輛,1996,№10,23～24[2]張振淼.城市軌道交通車輛[Ｍ].北京:中國(guó)鐵道出版社,1998□
