運(yùn)用于動(dòng)車上的新型氣液緩沖器

于 龍, 王 慶, 程云艷, 鄭召豐

(北京金自天和緩沖技術(shù)有限公司, 北京 100071)

運(yùn)用于動(dòng)車上的新型氣液緩沖器

于 龍, 王 慶, 程云艷, 鄭召豐

(北京金自天和緩沖技術(shù)有限公司, 北京 100071)

介紹了一種能同時(shí)滿足低速、高速及重載情況下的新型結(jié)構(gòu)的氣液緩沖器，分析其優(yōu)點(diǎn)，并通過各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證其性能對鐵道緩沖裝置的發(fā)展具有重要意義。

氣液緩沖器; 動(dòng)車; 緩沖裝置

高速動(dòng)車組的車鉤緩沖裝置是用來連接列車中各車輛的部件，是組成車輛五大部件之一，也是最基本最重要的部件。緩沖裝置的作用主要是緩和車輛間的沖擊并傳遞車輛間的縱向力[1]。緩沖裝置的安裝對整列車的連接運(yùn)行安全性具有舉足輕重的作用。我國動(dòng)車組各單元之間大都采用密接式車鉤連掛[2]，車鉤上廣泛使用的緩沖器大多屬于進(jìn)口的氣液緩沖器。隨著中國改革開放進(jìn)程的不斷深入，提速和重載已成為鐵路發(fā)展的既定目標(biāo)。列車運(yùn)行速度和質(zhì)量的不斷提高，對緩沖器性能提出了更高的要求[3]。本文介紹一種能同時(shí)滿足低速、高速及重載情況下的性能要求，且安裝簡便，壽命可靠的氣液緩沖器結(jié)構(gòu)。

1 新型氣液緩沖器的工作原理

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該新型氣液緩沖器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由缸體2、柱塞11、芯棒1、柱塞頭4、浮動(dòng)滑塊9、活塞16及氣室封頭18等組成。柱塞頭4上安裝有導(dǎo)向系統(tǒng)5，導(dǎo)向系統(tǒng)5起著減壓及導(dǎo)向的作用。柱塞11上安裝有密封導(dǎo)向系統(tǒng)12。氣室封頭18上安裝有充氣閥，用于建立氣液緩沖器的初始壓強(qiáng)。可在撞頭19內(nèi)安裝靜密封，更好的保證氣液緩沖器的使用壽命。

1-芯棒;2-缸體;3-液室;4-柱塞頭; 5-導(dǎo)向系統(tǒng);6-氣室;7-密封;8-密封;9-浮動(dòng)滑塊;10-壓蓋;11-柱塞;12-柱塞密封導(dǎo)向系統(tǒng);13-回油閥組成;14-液室;15-活塞密封導(dǎo)向系統(tǒng);16-活塞;17-氣室;18-氣室封頭;19-撞頭。圖1 新型氣液緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

新型氣液緩沖器與傳統(tǒng)的氣液緩沖器相比，其產(chǎn)生阻尼力的方式不同。該新型氣液緩沖器工作行程按工況需求設(shè)定為兩個(gè)階段，在壓縮的前期過程中，芯棒不提供阻尼力，阻尼力的產(chǎn)生主要是由于液壓油流過柱塞頭4與回油閥組成13之間的自適應(yīng)縫隙而產(chǎn)生。行程運(yùn)動(dòng)到第2階段后，液壓油流經(jīng)芯棒1與柱塞頭4之間形成環(huán)形縫隙，產(chǎn)生二級阻尼力。當(dāng)氣液緩沖器受到外界沖擊時(shí)，壓縮液室3中的液壓油，液壓油通過柱塞頭與回油閥組成之間的環(huán)形縫隙流入液室14，液壓油推動(dòng)活塞16壓縮氣室17中的氣體；氣液緩沖器復(fù)位時(shí)，回油閥組成13中的單向閥在壓力作用下打開，此時(shí)氣室17中被壓縮的氣體推動(dòng)活塞16將液室14中的液壓油通過單向閥流回液室3中，直到氣液緩沖器回復(fù)到初始位置。

2 新型氣液緩沖器的優(yōu)點(diǎn)

2.1 浮動(dòng)滑塊阻尼結(jié)構(gòu)

在低速情況下，浮動(dòng)滑塊能夠在氣液緩沖器一開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)完成的結(jié)構(gòu)尺寸可以按比例關(guān)系自適應(yīng)出阻尼縫隙。浮動(dòng)滑塊9與回油閥組成13通過機(jī)械方式形成一體(為了簡便安裝，浮動(dòng)滑塊9與回油閥組成13也可加工成一體)，在浮動(dòng)滑塊9上安裝有密封7和密封8，因此在柱塞頭內(nèi)形成密閉氣室6，氣液緩沖器初始狀態(tài)氣室6和氣室封頭中按比例充入一定的氣壓。在氣液緩沖器受到外界沖擊的瞬間，浮動(dòng)滑塊在高壓液壓油的作用下被推動(dòng)向圖1示意的右端移動(dòng)到平衡位置，此時(shí)，柱塞頭4與回油閥組成13之間形成一環(huán)形縫隙，如圖2所示斜面22與斜面23之間的縫隙，液壓油在壓力作用下如圖2箭頭所示方向流動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不受裝配誤差的影響，阻尼的縫隙大小按照初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而自適應(yīng)精確確定。在高速情況下，瞬間液室3中的高壓油推動(dòng)浮動(dòng)滑塊至阻尼縫隙設(shè)計(jì)的最大值，即浮動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)到圖1示意的右端極限位置，此時(shí)柱塞頭4與回油閥組成13之間形成的環(huán)形縫隙最大。

1-氣室;2-密封1;3-氣室封頭;4-浮動(dòng)滑塊;5-壓蓋;6-斜面1;7-斜面2;8-回油閥組成。

圖2 浮動(dòng)滑塊結(jié)構(gòu)

氣室6和氣室18的預(yù)制壓力根據(jù)工況按比例調(diào)整，當(dāng)氣室氣壓受緩沖器結(jié)構(gòu)所限不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，也可通過在氣室中附加彈簧、膠片、發(fā)泡記憶材料等彈性元件提高預(yù)制壓力。

2.2 回油閥組成

回油閥組成為一單向閥結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在氣液緩沖器被壓縮的過程中，回油閥是關(guān)閉的；當(dāng)氣液緩沖器復(fù)位向外伸張時(shí)，高壓油推動(dòng)鋼珠壓縮彈簧，回油閥被打開，高壓油迅速流回液室3。在固定板及球托上設(shè)計(jì)了盡可能多的孔，減小油液流過時(shí)受到的阻尼力。該結(jié)構(gòu)保證了氣液緩沖器能夠快速回復(fù)，并且回復(fù)力小，吸收能量大。圖3所示的為鋼珠結(jié)構(gòu)的單向閥，在設(shè)計(jì)過程中可以采用多種形式的單向閥結(jié)構(gòu)，如錐閥式、升降式、旋啟式和蝶式等，具體可參見機(jī)械手冊單向閥設(shè)計(jì)。

1-回油閥套;2-固定板;3-彈簧;4-球托; 5-鋼珠。圖3 回油閥組成結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

新型氣液緩沖器對密封導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，取消了原氣液緩沖器采用的進(jìn)口組合式密封，密封件采用自制的Y型密封，導(dǎo)向系統(tǒng)采用國產(chǎn)自潤滑復(fù)合材料，在保證壽命的基礎(chǔ)上降低了成本，縮短了采購周期，減少了氣液緩沖器對進(jìn)口部件的依賴性，易于在行業(yè)內(nèi)推廣。

3 性能試驗(yàn)

3.1 力學(xué)性能

對于緩沖器，一般通過沖擊試驗(yàn)或落錘試驗(yàn)來評定其動(dòng)態(tài)性能。采用落錘試驗(yàn)，將落錘提升到設(shè)定高度后，落錘作自由落體運(yùn)動(dòng)沖擊試驗(yàn)件，并記錄沖擊過程中緩沖器的力學(xué)性能，進(jìn)而考核緩沖器的額定能量及額定阻抗力。動(dòng)態(tài)性能曲線如圖4所示。

圖4 落錘試驗(yàn)性能圖

3.2 耐久性能

按某車輛廠對氣液緩沖器的性能要求，試制了該結(jié)構(gòu)的氣液緩沖器，對試驗(yàn)件進(jìn)行10萬次的耐久試驗(yàn)，耐久試驗(yàn)最后一循環(huán)曲線如圖5所示，對比耐久試驗(yàn)前測試的性能曲線，如表1所示，試驗(yàn)后力值衰減很小，力學(xué)性能比較穩(wěn)定，壽命可靠。

圖5 疲勞試驗(yàn)結(jié)束前最后一循環(huán)力值曲線

10mm行程時(shí)力值/kN45mm行程時(shí)力值/kN耐久試驗(yàn)前24.0168.97耐久試驗(yàn)后23.3566.66衰減率%2.753.35

4 結(jié)束語

新型氣液緩沖器通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，在運(yùn)動(dòng)一開始，就能提供較大的阻抗力，而傳統(tǒng)的氣液緩沖器初始阻抗力主要是通過氣壓產(chǎn)生，力值較??；并且新型氣液緩沖器可以提供兩級緩沖，適用于低速、高速及重載等多種工況；采用國產(chǎn)密封導(dǎo)向，減少了對進(jìn)口部件的依賴，易于推廣。整個(gè)試驗(yàn)過程中，氣液緩沖器的動(dòng)態(tài)曲線圖比較平滑、飽滿、無明顯抖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)副良好，運(yùn)動(dòng)過程中沒有卡滯。耐久試驗(yàn)10萬次后力值曲線基本無衰減，密封導(dǎo)向系統(tǒng)性能可靠。新型氣液緩沖器性能良好，壽命可靠，吸收率高，是鐵道車輛緩沖器發(fā)展的方向，具有廣闊的市場前景。

[1] 李 明, 繆忠海,王悅明.我國鐵路貨車緩沖器的現(xiàn)狀及其發(fā)展中的幾個(gè)問題[J].中國鐵道科學(xué),1994,15(3):16-26.

[2] 劉長青 關(guān)于國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置的探討[J].鐵道車輛，2005,43(6)：27，43.

[3] 黃運(yùn)華，李 芾，廖小平，等.機(jī)車車輛液氣緩沖器特性研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2005,27(5):31-35.

A New Hydraulic Buffer Used In the Motor Car

YULong,WANGQing,CHENGYunyan,ZHENGZhaofeng

(Beijing JZTH Buffer Technology Co., Ltd., Beijing 100071, China)

This paper introduces a new structure of hydraulic buffer which is capable for the low speed, high speed and heavy load conditions. Its advantage is analyzed and it is verified to be excellent and reliable through various tests, and it's important to the development of railway buffer device.

hydraulic buffer; motor car; buffer device

1008-7842 (2015) 06-0112-03

男，工程師(

2015-06-24)

U266,U331+.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.29