货车缓冲器的研究及改进

1、1t yb uff e r if1 jqu i dan g r y b u1c ci aybuffer mak c s0m c e x p ig . final i y todevelop 2 5 axle in weight ia r g e capac ffer, clast1 pointthoughto f t h i s text h one and i s d c rs 4 r e n g 1 h a n a i yi s and m81hcmati北京交通人学硕士学位论文货车缓冲器的研究及改进 姓名：刘喜双申请学位级 别：硕士专业：车辆丄程指导教师：谢基龙李艳琴20050601 1

2、北京交通人学工程硕士专业学位论文a bs t r ac t，0hi s t hes1sstud1 esthe d ev e1 o pment 0fthc t f uckbuffer0fr a i 1 wa yo fourc 0u ntry , d i rectaga1ns tth e q u es t io nt h at th etruckbuffer0frai 1 w a yo fourc 0 u.n tr yex i s tsatthep resent s tage,c sp c ci a1 iya s o f0urc0untr yra i 1 w a ym ai nprod uc ts

3、s t , t r 'u 'c pr0fbuff emodel m t 3 impedance that buffer e x i s t st r e n g t h heavy,model s t buffer spiral s b c 1 1 f 8 st e n s the quest iollofbreaking etc., make i n d e p t h a n a i y s i s theoret i ca 1 ly, mathematics model that set u p , i s i t inf uence buffer impedance s

4、trength h e a v y various k i n d s o f factor t o find out, and prove pfogressively t h f o u g h t e s ' i n o f a t i o n. the f o c a a s iain in makingc s i n doing the r u b i ng typebuffer models t b u f for, set up comparavcly accuralcmathcmaucs model, and compare and a n a 1 ys c throug

5、h the t c s t that i s designed meliculousiy,rcccivc and o b t h i n compa ra ti v e 1 y sausfactory impedance strength a ndc a p acj t ythr o ug hco iit r0ilingan dru bth c har d n cssp ai dan da djus t i hcb uff e rgcometr y stru c tu rcp ro pcr1 y h avc ana i ysc d , tes t c da nd 0b tai n cdthc

6、s a t1s f actoryconci u s i0nt 0t hem od eimt . 3 buf fer t o0i n sam c thr o ug hth ei n-de p t hanaiy s is0 f thi stc xt ,i t1s c0 nvcn i c ntf 0rc v ery b o dyt 0gr as pa ndd ot hep c r f <dr m anc ewhich rub s the buffer, rcduceand d o the influence with u n s t 8 b 1 e coefficient o f f r i

7、c t i on through thceffec tjve means, gu i d e railway ent e r p r i s c s to produce, i m pr 0 v e productqua 1 i ty, offer the quality product for ra订way transportation o f o u f c o u ii t r y key o rd s： buffer capacity i p e d a n c e strength 2北京交通大学工程硕士专业学位论文 主要符号表e 缓冲器的容量h b布氏硬度h r c洛氏硬度t缓冲

8、器的阻抗力q、b和y一楔块各棱边的倾斜角p缓冲器摩擦热“一一月葬 擦系数6 压莹力。 抗拉强度6 s.屈服极限6 5_一仲长率() 北京交通大学工程硕士专业学位论文第1章绪论1 1国内缓冲器发展概况缓冲 器是用来缓和列车在运错中枫车牵引力的变化或在扁动、制动及调车作业时车辆相 曩碰攘两弓1起的缎向冲击和振动。缓冲器館耗散车辆z闻冲击程振动的功能，从 辄减轻对车体结构和装载货物瓣破坏乍用，以提高列车运行平稳性。我国货车上 使用的缓冲器有二、三号和瓢x1型缓冲嚣及弓i进积歼发的st、ma r k- 5 0、mt 2、mt-3缓冲器。根辗1 9 9 7年底的统计，我闲约有圈轴货车4 3万俩，有近9

9、0万套缓冲器与z拥配，其屮9 0 %以上为二号、三号和m x 1囊缓冲嚣。我国货车上使用的缓冲器容盈一般偏小，缓冲器性能参数见表1。ill 乎：弩、兰弩缓冲器容撩小，最人可达到2 4 ki ,雒x1型缓冲器性熊不稳 定，这样的缓冲器限制了货车嬲连挂速泼双能在5 km/h以内。如聚将车辆的连 挂速度挺您到7 km/h、甚至亚态时，货车在握遮霭载的运茜中发生制动、加速 形成冲击时。我国稱游生型缓冲器可能被厦恁，造成钩体、钩舌、钩遐櫃的硬憔冲 击，这怒提逮重载瑶，钩体、钩舌、钩愿壤裂纹数爨巨增的重要原因之一。鉴予以 上原因，我幽已逐步在淘汰三号缓冲器，斟x1型缓冲器自2 0 0 0年也被停止 装车使

10、用。现阶段缓冲器的定型产品为st、mt 3、mt-2型缓冲嚣。种类 攀一。s t型缓冲器存在如下缺点一一缓；巾器工作不稳定，阻抗大，用于大载重 货车时，容量不足。工作的不稳定楚由于这种缓冲嚣对瘁擦系数的变化敏感性较态 所致。m下一3型缓冲器同样存在阻抗人的闷離。因此现在国内货车主型缓冲器不 能适应我国铁路发联一提速重载和不同运输种类专用货车对缓冲器的需要。提速 和熏载是我国货车运输豹两个发展方向，“十五"期翔铁路桃车车辆的弱标；以快捷 货物运输、重载运输和不弼运输季屮类需耍的专用货车为发展重点，快速货物列车 最高时速达到1 2 0 1 (m；普通货物列车最离酵速达到9 0 k翔。继续

11、发展重载 运输，北京交通大学工程磯士专业学位论文在大秦线、朔黄线等运煤遵道上，积 极发展2 5 t低动力作用4轴大型货车。瓶这将给钩缓装置带來额的挑战。衷1 国内货车缓冲器性能参数一览表缓冲 二号 三号 蜒x1磷a r k mt-2 m t-3 st型器型型一5 0型型缓冲号型器类型摩猱庠擦摩擦弹簧 弹簧弹簧弹簧式式橡胶一摩一摩一摩一摩式擦式擦式擦式擦式外形5 1 4 x 5 8 8 x 5 6 8 x 5 7 6 x 2 2 7 x 5 7 7x 5 6 3 x 尺寸 3 17x31 7x31 8x 320x 320x320x388x (mm)22 82 2 522 622 62 2 62

12、2 62 3 0最大 12 0 0 9 0 0170 02 2 7 02 0 0 02 0 0 02 0 0 0 佟用力(kn)行稳 64 58 658 2.55 8 38 36 8(m臻)6 86 0 容量2 3 8405 3 8 754 >4 5>3 2( k j ) 2 42 0 43 64 吸收 1314 35 >5 0 彳5 2 能最 1 41 7 4 0 (x j > 能爨 5 778 908 69 09 08 0 吸收 8 5 率（）熏曩 1161 8 41 3 31 7 81 3 3 （kg）-o 托京交通人学工程駛士专业学位论文1。2国外缓冲器综述 为

13、了研制高 效能的、工作稳定的缓冲器，在不同的时期，不嗣豹国家研制了不陶的缓冲器。美 国近5 0年來。为了适应铁路运输发展的需要，北美铁路协会（aar）曾几度修 改有关缓冲器豹标准，从早期颁布的aar-m9 0 1规定的缓冲器容量不得低于2 4 . 8 k j o最大阻抗力1. 3 6 mn,至1 959年颁布的八a rm 9 0 1e,规定缓冲器容量不得小于4 9. 6 1 （j。最大阻抗力为2. 2 7mko 7 0 年代以后。美国发展载重9 0 t （总重约1 2 0 t ）和1 lot （总重约1 4 0 t ） 的大型货车，车辆允许连挂速度要求达到9 . 7-11 . 3 k难，要求缓

14、冲器的容量更大。除了传统的安裟在辈底架牵引梁前、后从板座z间的缓冲器装嚣z辨，对 于运输易碎、贵重货物的专用车辆，采用活动中梁。在活动中梁与底架之问装设附 加的液压阻尼装置，行程达5 0 8 mm以上，用以吸收冲击能盘。在屮梁的两端再 装设普通的缓冲器，整个系统的总容量达2 0 0 1 （j o mark5 0型缓冲器 的结构型式和性能参数，较适合我固近期发展5 0 0 0 - 6 0 0 0 t重载列车运输 和货车调车允许连挂瓣速度提亮到7 km/ h以上对缓冲器的要求，其容量为53 . 6 7 k j。行程8 2. 5 5 mmo苏联在=轴和四轴货车上采用i工【一卜t m型缓冲器。它是旧型

15、磁一卜t缓冲器的改进型，容量增人至5 5 8 5 kj ,最 大作用力达25-2. 8mno根据苏联铁路远景规划，在设计新缓冲器时，当 调车允许连挂速度按9. 5 km/h考虑时，对于四轴货车，缓冲器容量应不小于 6 0 kj .六轴和八轴货车应不小于1 1 0 kj。当调车允许连挂速度提高到1 1 km/ h时，对于四轴货车，缓冲器容量应不小于1 0 0 kj ,六轴和八轴货车应 不小于1 6 0 kj o除了摩擦式缓冲器外，国外还有采用液体來吸收冲击能量的液 殛式缓挣器、潺动中粱鹤等多种形式的缓冲装鬟。3北京交通大学工程硕士专业 学位论文13研究缓冲器的冃的和意义13. 1课题来源及生产背

16、景 我国铁路 货车中的缓冲器品种单一，性能差，容量小，难以满足国家经济迅猛的发展，与铁 路行业实现提速重载跨越式发展不相适应，于是车辆局和工厂在2 0世纪9 0年代 联合开发了 st、m卜2、mt-3型缓冲器.s t型缓冲器是在研究前苏联山一卜tm型缓冲器基础上开发的新型缓冲器.s t型缓冲器具有结构简单、维修方便 的特点。mt-2型缓冲器是在研究美国ma r k 5 （）型缓冲器的基础上，为我国 大秦线开行6 0 0 0 - 1 0 0 0 0吨运煤列车开发设计的大容量缓冲器。mt-3 型缓冲器是在mt-2型缓冲器基础上开发的大容量通用缓冲器。mt-3型缓冲 器具有容量大、检修周期长、维修方

17、便等特点，装在c 6 4等车上。s t、mt- 3型缓冲器被定为我国铁路货车缓冲器主型产品。作为我国货车缓冲器的主型产品 st、mt-3型缓冲器，在实际运用过程中发现不同程度上都存在着下述问题： 虽然由于s t缓冲黠具有结构简单、容量较大、维修方便、价格便宜（仅为mt缓 冲器价格的1 / 2）等优点.己被广泛应用到铁路货车中，并且得到广大客户的认 可和赞扬，但是它存在工作不稳定、阻抗偏大、螺拴在运用中折断等问题。这些问 题的存在困扰着s t型缓冲器的进一步推广。目前s t型缓冲器有七家生产单位： 北京二七车辆厂、内蒙古第一机械制造厂、齐齐哈尔车辆厂、株州车辆厂、牡丹江 机车车辆配件厂、天津机车

18、车辆配件厂和十八铁路工程局，其中有五家曾经在产品 抽查中发现产品不合格.被停产整顿过。我厂作为s t型缓冲器开发的主导厂在20 0 3年上半年因s t型缓冲器存在阻抗力偏人(人于2 0 0 0 kn)被停产。给 工厂带來很人经济损失。mt-3型缓冲器在生产中也存在阻抗力超限的问题。目 前有：天津机车车辆配件厂、北京二七车辆厂、牡丹江机车车辆配件厂生产。天津 机车车辆配件厂是mt-3型缓冲器的开发主导厂。在2 0 0 3年上半年铁道部产 品质量抽查中天津机车车俩配件厂和牡丹江机车车辆配件厂因阻抗力超限被停产， 而我4北京交通大学工程硕士专业学位论文厂在生产中也发现mt-3型缓冲器 存在阻抗力偏大

19、的现彖。因此st、mt-3型缓冲器存在阻抗力偏大等问题是普 遍性的，应该深入进行缓冲器性能的研究，掌握其工作原理，分析影响产品不合格 的因索，制定措施.并从设计、制作工艺上加以解决。这有利于正确指导企业生产, 加快产品的更新换代，促进铁路货车缓冲器行业的发展。为实现铁路跨越式发展做 出一点贡献。13. 2研究的内容和方法本论文主要研究作为我国铁路货车缓冲 器的主型产品s t、mt-3型缓冲器存在的问题，从理论分析、试验验证和应用 分析屮查找造成s t、mt-3型缓冲器阻抗力超限及s t型缓冲器螺拴折断的原 因。制定措施，通过理论分析和试验验证，解决s t、mt-3型缓冲器阻抗力偏 人并且不稳定

20、的问题，同时对发展2 5吨轴重的缓冲器做些探索。1. 3. 3研究 的目的和意义研究国内外货车缓冲器的发展，针对现阶段我国铁路货车缓冲器存在 的问题做深入分析。提出一套完整的思路和方法，确定改进方案，解决st、mt 一3型缓冲器阻抗力偏大、不稳定的问题，正确指导企业生产：探讨开发或引进适 应提速重载车辆的缓冲器，为实现铁路行业发展，和国民经济的飞速发展做一点贡 献。北京交通人学工程硕士专业学位论文第2章缓冲器的性能指标及评价体系 2. 1缓冲器的性能车辆缓冲器主要功能是耗散车辆z问的冲击和振动能量，从而 减轻对车体结构和装载货物的破坏作用.以提高列车运行的平稳性。缓冲器的性能 直接影响着列车的

21、牵引总重、运行速度、车辆的总重、编组作业效率、货物的完好 率等涉及铁路运输效能的主要技术经济指标。一般决定缓冲器性能的主要参数是： 缓冲器的行程、最人阻抗力、容量及能量吸收率等。具体各种类型的缓冲器乂有具 体的性能评价体系。2 . 1 . 1缓冲器的容量缓冲器的容盘是指缓冲器在全压缩过 程屮，作用力在其行程上所做的功的总和。足衡量缓冲器能量大小的主要指标，如 杲容量太小，则当冲击力较大时就会使缓冲器全压缩而导致车俩刚性冲击。缓冲器 的容量大小主耍应考虑列车的运行t况和调车t况。列车运行t况对缓冲器容量的 要求与列车的总重、列车的编组方式、制动机的性能、车钩的纵向问隙以及列车的 操纵方式等诸多因

22、索有关可以根据列车动力学试验和仿真模拟计算予以确定。对 于货车缓冲器容量很大程度上决定于调车冲击工况，根据货车允许的连挂速度和 车辆总重，可按动量守恒和能量守恒计算出各种载重货车在不同冲击速度下所需冲 击座容量值。如果两个相互冲击的车辆装设同型缓冲器，则缓冲器容量曲下式计算: e = w o w 2 v 2 / (49 ( w o + w 2 ) )(2.1)式屮：w。、w:两冲击车辆的垂量，k n： v一一冲击时两车的相对速度，即连挂速度，m / s o 21. 2缓冲器行程缓冲器行程是缓冲器受力斤产生的最大变形量。此时弹性元 件处于全压缩状态，如再加大外力。交形量也不再增加。缓冲器的行程直

23、接影响着 缓冲器的容量，行程越大，容量越大。而缓冲 北京交通大学工程硕士专业学位论文 器的行程并不能随意增大，它往往受到钩间间隙(从车钩钩间到冲击座的距离)的 限制，即缓冲器装车的一个重要原则是：车辆的钩间间隙必须大于缓冲器的行程。这样，才能保证车辆的纵向冲击力从车钩经由缓冲器传到底架牵引梁，从而避免冲 击力直接从车钩到冲击座到传到底架端梁。2.1. 3缓冲器的最大阻抗力缓冲器 的最大阻抗力：缓冲器产生最大变形量是所对应的作用力。阻抗力越大，表明缓冲 器的刚度越大，车体和货物受到的硬性冲击越大，对车体和货物越不利：阻抗力越 小.缓冲器的刚度越小，车体和货物受到的破性冲击越小，但是当缓冲器行程一

24、定 时，缓冲器的容量越小。缓冲器运用屮容易被压死，形成硬性冲击。2. 1. 4能 量的吸收率缓冲器在全压缩过程屮，有一部分能匮被阻尼所消耗，其所消耗部分的 能量与缓冲器容量z比称为能量吸收率。吸收率愈大，则农明缓冲器吸收冲击能量 的能力愈人，反冲作用就愈小。否则。缓冲器必须往复工作儿次方能将冲击能量消 耗尽，这将导致车钩、车底架过早疲劳损伤，并且加剧雷池纵向冲动。一般耍求能 屋吸收不低于7 0%。2 . 2 st和mt-3型缓冲器的评价体系22 . 1 s t型缓冲器性能及试验方法a范围技术条件规定了 s t型缓冲器（以下简称缓冲 器）性能、试验项冃、方法与评定规则。技术条件适用于缓冲器的试验

25、及结果评定。 b引用标准t b / t 2 4 1 3 9 3铁道货车用缓冲器冲击试验方法及评定。北 京交通人学工程硕士专业学位论文c术语（1 ）行程一一落锤试验中缓冲器的压缩 量。最人行程一一指在1 2 t落锤试验机上，缓冲器差0.25覷就达到全压死时 的行程，或在同一自由落程下两次自由落蚀，产生阻抗力平均值2 . omn时缓冲 器的行程。（2） 口由落程一一重锤下落至基准线的距离。基准线一一降下重锤, 使其底面刚与缓冲器上部试验夹具顶平面相接触，以此作为测定锤口由落程和缓冲 器行程的基准。锤总落程一一锤自由落程与行程的和。（3）容量一一锤的霓量与 锤的总行程的积。初始容摄新制的缓冲器，在未

26、磨合状态（供货状态）下在初始容量试验中达到的容嫩。年磨合容量一一新制的缓冲器，装于承担大运量的6 0t敞车（或货运机车）经一年的使用或累计运行1 0万k m后，在年磨合容量试验 中达到的容量。d缓冲器性能（1 ）初始容量不小于2 0 k j ,年磨合容量不小于 3 2 k j o （ 2 ）最大阻抗力不大于2o mno （ 3 ）行程为6 8： mmo （ 4 ） 吸收率大于8 0 %。（ 5）额定冲击速度为7 k m / h。（ 6）正常使用的箱体1 o年无故障，正常使用的s t型缓冲器质量保证期为6年。北京交通大学工程硕士 专业学位论文e试验项冃、方法与评定规则（1 ）试验项冃按bmcp

27、4 0 2 0 0 bj ts t型缓冲器技术条件的规主进行初始容量试验、运用试验、年磨 合容量试验和冲击试验。（2 ）试样的选取1 ）从多于5 0套的同一批新制缓冲器 屮任意抽取2 0套作为试样，均做外观检查、尺寸检查、换度测试并编号记录。在 2 0套试样屮选取2套做冲击试验、6套做初始容量试验。冲击试验、初始容量试 验均合格后，将这2 0套缓冲器作运用试验。从运用试验合格后的缓冲器中，任选 5套作年磨合容量试验。2）拙収的6套新制缓冲器，5套按相同方法做初始容盛 试验，1套餐用。3）从运用试验合格后的缓冲器屮任取5套按相同方法做年磨合 容量试验。（3 ）初始容量试验和年磨合容量试验。1 ）

28、试验应在1 2 t落锤试验 机上进行。落锤试验机的铁砧应置于坚实的基础上，砧座重应大于2 0倍的锤重。2 ）为消除外界温度的影响，试验前应将缓冲器放置在试验室内至少2 4 h.缓冲 器的摩擦面应避免受潮和油脂、灰尘等污染。3）试验中记录重锤的落程、缓冲器 的阻抗力、行程、容量、吸收率、累计输入能量等。4）试验应将缓冲器置于模拟 牵引梁中安装状况、放置于铁砧上的封闭框架内。北京交通大学工程硕士专业学位论文5）试验时应同时用机械式行程量具或其它方法校核缓冲器的行程。6）试验 中o . 5 h内累计输入能量不得人于2 5 0 k j o以免摩擦血过热。7）初始容量 试验 落锤试验阻抗力滤波频率应设为

29、16 0 hz。自由落程从零开始试验，以1 2 mm的增基进行锤击，达到或超过3 5mm的行程后，以2 5 m巾的增量进行锤 击，达到距鏤人行程差6 mm时，改用1 2 mm增量继续锤击，达到距最人行程3 mm时，改用3 mm增量锤击，直至最大行程时试验即告完毕。试验结呆评定经 主管部门认定的试验单位所出具的试验报告方为有效试验报告。受试缓冲器不得卡 死，且5套缓冲器的初始容量均不得小于2 0 k j ,最大阻抗力均不大于2. 0m n,如有1套的初始容量小于2 0 k j ,但不小于1 8 k j o允许将备用的1套补 做上述试验，如具初始容量不小于2 0 kj，则该批缓冲器合格，但必须在试验报 告中加以注明。试验报告应包括：试验h的；试验时间；缓冲器的数量、编号；晟 大行程、最大阻抗力、容量值、吸收率、锤击次数；评定结果；参试人员：滤波频 率。8 ）年磨合容量试验从运用试验合格后的缓冲器中任选5套作年磨合容量试验。 1 0北京交通大学工程硕士专业学位论文 按7）条规定的步骤测定每个缓冲器的 年磨合容量。试验结果评定受试的缓冲器不得卡死。各套缓冲器年磨合容量均不得 小于3 2 k j ,且任何1