摘 要:着重介绍了弹性胶泥和城轨用弹性胶泥缓冲器的性能优点、工作原理。
关键词:城市轨道、弹性胶泥、缓冲器
引言
发展城市轨道交通系统已成为我国解决城市交通问题的必由之路,城市轨道交通车辆的产业化是我国机车车辆工业的重要工作之一,而轨道车辆关键零部件的国产化是城市轨道交通车辆产业化的重要保证。
缓冲器是城市轨道交通车辆的重要部件之一,其作用是缓和车辆冲击减小车辆纵向冲动。缓冲器性能的好坏直接影响行车安全和旅客舒适度,因此世界各国均重视对性能优良缓冲器的开发研究。
目前国内典型的缓冲器有橡胶缓冲器、油脂润滑的环弹簧摩擦式缓冲器、液压缓冲器,但是它们分别存在低温性能和耐老化性能差、寿命短、制造与维修工艺复杂、成本高、自重大、制造加工精度要求高等缺点,所以都很难得到广泛的推广。
1 弹性胶泥简介
用于弹性胶泥缓冲器研究的缓冲介质弹性胶泥材料,是一种高粘度、可压缩、可流动的未经硫化的有机硅化合物,在-80～+250℃范围内具有较高的稳定性,并且无臭、无毒,对环境和人员无污染。它有固、液2种状态,是车钩缓冲器理想的缓冲介质材料。在没有复原弹簧作用的条件下,利用其高弹性特点可以实现缓冲器的复原回程;利用其压缩性实现缓冲器的压缩行程;利用其良好的流动性可以实现缓冲器的大容量、低阻抗能力。这种材料的流动粘度大小可根据实际使用的需要进行调整,可以使其运动粘度比普通液压油大几十甚至上百倍。这样就将液压缓冲器密封难的问题简单化。这种材料如果能解决生产工艺问题,其成本不会高于60美元/ｋｇ,而1个城市轨道车辆用缓冲器容量在15ｋｊ的条件下,其弹性胶泥的用量不会超过3ｋｇ,因此弹性胶泥材料的价格能够满足弹性胶泥缓冲器推广的市场要求。
2 弹性胶泥缓冲器的基本结构原理
弹性胶泥缓冲器主要由活塞和活塞杆、缸盖、缸体、充料阀等组成(见图1),其工作原理是:将弹性胶泥材料装入缓冲器体内,根据需要施加一定的预压力,当缓冲器活塞杆受到一定的压力时,弹性胶泥受压缩产生阻抗力,并利用活塞的环形间隙(或节流孔)的节流作用和弹性胶泥材料的压缩变形吸收冲击能量。由于胶泥材料的特性,当弹性胶泥的预压力和活塞的运动速度越大,阻抗也就越大,这有利于提高缓冲器在大冲击下的容量,即冲击越大,缓冲器的容量就越大;冲击小,缓冲器的容量就越小。当作用在活塞杆上的外力撤销后,弹性胶泥自行体积膨胀,将活塞推回到原位,在这个过程中弹性胶泥材料以较慢的速度通过活塞的环形间隙(或节流孔)流回原位,实现缓冲器的回程动作。
该缓冲器头部与车钩的连接方式可以采用法兰连接或用成对连接环连接,尾部需要安装橡胶球关节来调节因线路曲线造成车钩之间的高度差。
3 弹性胶泥缓冲器的标准条件分析
缓冲器的技术参数要与车辆相匹配,不同技术状态的车辆要求缓冲器的技术参数也不一样。缓冲器是否优良主要看其性能是否与车辆相匹配,能否最大限度地降低列车的纵向冲击力,以提高旅客的舒适度。弹性胶泥缓冲器力-位移曲线图如图2所示。
3.1 弹性胶泥缓冲器的额定容量额定容量
是缓冲器在额定的行程、阻抗力范围内能够接受的最大冲击或者压缩动能,这是缓冲器的基本指标,例如上海地铁调车速度5ｋｍ/ｈ时, 车辆缓冲器容量为18.7ｋｊ。
3.2 弹性胶泥缓冲器的额定阻抗力
额定阻抗力对车辆的纵向加速度、车辆零部件的使用寿命、旅客的舒适度影响很大,一般越小越好。但有时因条件所限,为了满足缓冲器的吸收能量和快速回位的要求,最小阻抗力不宜选得过小(如上海地铁车辆缓冲器的额定阻抗力为590ｋｎ)。
3.3 弹性胶泥缓冲器的额定行程
额定行程是缓冲器的重要参数之一。一般来说,缓冲器的额定行程大对提高缓冲器的额定容量,降低额定阻抗力有利。如上海地铁车辆缓冲器的为58ｍｍ,国内城市轨道用缓冲器有做到73ｍｍ的。它的大小往往受到车辆构造因素的制约。
3.4 弹性胶泥缓冲器的初压力
初压力是缓冲器的重要参数之一。据有关资料介绍,缓冲器的初压力大小不仅影响列车的纵向加速度,还影响车辆纵向振动的频率。缓冲器的初压力越大,车辆的纵向振动幅度和频率也就越大,旅客的纵向舒适度也就越差。所以缓冲器的初压力越小越好,但是受我国缓冲器制造水平的限制,一般都在15ｋｎ～25ｋｎ左右。
3.5 缓冲器的吸收率
吸收率是缓冲器在一次冲击中消耗的能量与接受的能量的比值,缓冲器吸收率的大小表示其衰减冲击动能的能力。缓冲器的吸收率为阻尼耗能和弹性耗能之和与总能量的比值(见图2)。一般是越大越好,城市轨道车用缓冲器吸收率以80%左右为最佳值。
4 结束语
弹性胶泥缓冲器与普通缓冲器相比具有容量大、阻抗力小、体积小、质量轻、检修周期长等优点,在同样容量下可减轻30%～50%的重量,检修周期长达10ａ。随着城市轨道交通的发展以及旅客舒适度要求的提高,弹性胶泥缓冲器将得到极为广泛的应用。
参考文献:
[1]李克兴,林乐.弹性胶泥缓冲器的试验研究情况[ｊ].铁道车辆,1996,№10,23～24
[2]张振淼.城市轨道交通车辆[ｍ].北京:中国铁道出版社,1998□
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