車鉤彈性緩沖器與貫通道的匹配設計

張云峰

摘 要：車鉤彈性緩沖器與貫通道相互匹配是車端連接設計的重點，如匹配不合適，輕則造成貫通道損壞，重則在某些運用工況下傷及乘客。本文通過理論及示例介紹了匹配設計的理論基礎、計算方法、注意事項等。

關鍵詞：彈性緩沖器;貫通道;匹配設計

0 引言

隨著地鐵車輛對撞擊安全性的重視，車鉤和緩沖裝置在車輛吸能設計中的比重越來越大，吸能要求的提高，致使車鉤需要設置的彈性行程也越來越大，而貫通道的設計也越來越美觀復雜，在這樣的條件下，很可能會忽略或考慮不充分車鉤彈性緩沖器行程與貫通道的匹配性，輕則造成貫通道損壞，重則在某些運用工況下傷及乘客。因此，車鉤緩沖器的選型要合適，貫通道的設計也必須能適應列車極限運用工況下車鉤彈性緩沖器產生的位移，并考慮通過相應曲線的疊加工況。

因此，設計時需要分析車鉤在列車極限受力工況下最大拉伸/壓縮量，涉及到列車牽引力、坡道阻力、啟動加速度力、彎道阻力、不同的緩沖器靜態特性等，工況十分復雜。若考慮不全，對緩沖器與貫通道匹配估計錯誤，極易造成某些特殊工況下貫通道損壞。

1 設計考慮參數

（1）被救援車狀態：施加停放制動/制動緩解。

（2）坡度：一般指運用線路上的最大坡道坡度。

（3）啟動加速度：列車啟動的最大加速度，加速度會產生一個作用力F=ma。

（4）啟動阻力：根據TB/T 1407-1998《列車牽引計算規程》中2.4.1條規定，取5kg/t。

（5）曲線附加阻力：當列車通過曲線時，由于慣性力的作用，外側車輪輪緣緊壓外軌，使其磨耗增大。又由于曲線外軌長于內軌，外輪在外軌上的滑行等原因，運行中的列車所受阻力比直線上所受阻力大，兩者之差稱為曲線附加阻力，經驗公式：

Wr = 7000/R（N/t）

式中： Wr——單位曲線附加阻力（N/t）

R——曲線半徑

7000——據試驗得出的數據

（6）車鉤彈性緩沖器靜態曲線：即靜態力和位移曲線。

2理論計算示例

一般認為，車鉤緩沖器最大受力發生在列車救援工況，本節通過某項目的實際參數來介紹車鉤緩沖器極限受力計算方法。

工況簡述：一列滿載的8輛編組列車救援另一列滿載的8輛編組并施加停放制動的故障列車，坡道為30‰，救援時的啟動加速度為0.2m/s2，坡道上同時有R300m的水平曲線。列車頭尾為拖車，救援時最大受力將出現在救援車靠近被救援車的頭車二位端，如圖所示7車和8車之間。

受力計算如下：

（1）被救援車輛為M4載荷，重量為：M1=329500（一列空車重）+312*60*8（一列乘客重）= 479260kg

（2）救援時前9輛車的總重為：M2=M1+38700（單車重）+312*60（單車乘客重）=536700kg

（3）救援時前9輛車在30‰的坡道上的分力為：F1=536700*9.8*0.03=157.8kN

（4）停放制動力取：F2=170kN

（5）車輛的起動阻力：F3=20kN

（6）啟動加速度力：F4=536700*0.2=107.34kN

（7）曲線阻力：F5=（7000/300）*536.7t=12.53kN

根據以上計算，救援車靠近被救援車的頭車二位端的理論最小受力為：F=F1+F2+F3+F4+F5=157.8+170+20+107.34+12.53 = 467.67kN。

如有必要，還應考慮一定的安全系數，例如1.2倍。

3 注意事項

（1）根據最惡劣受力工況的計算結果，對照所選用緩沖器的靜態力-位移曲線，得出緩沖器在該力下的最大壓縮量，此壓縮量須用于貫通道的設計輸入參數，以保證貫通道與車鉤緩沖器匹配。

（2）力-位移曲線一定要采用靜態曲線，不可以用動態曲線代替。因為有些緩沖器的靜態特性和動態特性差別很大，例如氣液緩沖器，其靜態曲線很平緩，只要受力超過其初始動作力，就可能被一直壓到底，造成貫通道損壞，而動態曲線隨不同的沖擊速度變化，不具備參考性。

（3）氣液緩沖器設計時，盡可能保證其靜態初始力達到200kN以上，減少特殊工況如救援時緩沖器過量壓縮。

（4）須告知項目牽引設計人員，在救援工況下，一定要控制牽引力緩慢施加，啟動加速度要低，否則，如果牽引力直接最大輸出，救援車與被救援車之間產生沖擊，極易造成車鉤緩沖器瞬間壓縮到底而造成貫通道損壞。

4結語

通過以上分析可以看出，車鉤彈性緩沖器運用時的最大拉伸/壓縮量影響因素很多，包括車輛狀態、坡度、啟動加速度、啟動阻力、曲線附加阻力，緩沖器本身特性等，都會影響最終的緩沖器位移。設計時，應盡可能減小極限工況的車鉤受力，以減少緩沖器位移，相應減少貫通道的設計難度。

設計貫通道時一定要對車鉤彈性緩沖器可能出現的最大位移充分考慮，包括與一些水平曲線疊加的工況，都要在貫通道設計時考慮，并在試驗中模擬驗證。最終保證車鉤彈性緩沖器與貫通道兩者設計匹配。

參考文獻：

[1]TB/T 1407-1998《列車牽引計算規程》[S].