鐵路貨運車體中膠管掛帶的反作用力

馮海鳳 陳慧

摘要：本文探討了在充氣狀態下，氣連接閥脫開，并且膠管終端分開時，在膠管掛帶上所受的反作用力。通過研究和測試，發現膠管掛帶的負荷與兩邊相連車尾端聯接類型相關，越是剛性的連接安裝使得膠帶掛帶上的反作用力越?。煌瑫r也發現膠管掛帶的彈性是另外一個反作用力的關鍵因素，對于同一種車的連接，越是柔韌的掛帶產生越小反作用力。本文的目的是探討當膠管終端在充氣分開時，不同的掛帶在不同的情況下的反作用力及其產生原因和影響因素。

關鍵詞：鐵路貨運車體；膠管掛帶；測試設置

膠管掛帶用于支撐鐵路貨運車上膠管終端上的氣連接閥。掛帶通常在膠管終端上氣連接閥和車廂底部間進行連接。按美國鐵路協會AAR S-4006規范，合格的掛帶能夠提升一個300磅重量或拉伸5英寸。當膠管終端連接并加壓后，他們的大部分重量被分配出去，膠管掛帶上的負載與他們的強度相比相對較小。當膠管終端在壓力下分開時，掛帶上的負荷在反作用力下將會極度的增大，可能導致掛帶的破損或其他類型的故障，并最終導致他們脫開，由于失去空氣壓力，將導致列車制動器緊急制動。這情況可能會導致列車晚點或者出軌的問題，更有甚者發生安全事故。

1.系統說明

為了更好的研究其反作用力，我們建立了一個模擬器系統，通過一個液壓缸和一個氣缸提供動力來驅動移動機構以產生兩個不同的分離速度，以模擬兩個車廂的分離過程。系統底部，安裝了兩個鋁制軌道作為軌道。膠管一端安裝在固定框架上，一端安裝在移動機構上，以模擬車尾端連接結構。掛帶的上端通過球窩接頭與測壓元件相連，以保證掛帶的反作用力與測壓元件的縱向總是在同一直線上，這樣可以讀出準確地的數據，所有部件的位置和尺寸按照AAR的S-107，S-154，S-163]等的要求設計和安裝，線性編碼器安裝有固定架和移動機構間用以記錄行駛距離，并用于計算脫開時的瞬時速度

2.測試設置和結果

2.1 同一車體聯接下的不同膠管掛帶的測試設置和結果

為了說明同一車體聯接下的不同膠管掛帶的反作用力。對現有的4種被廣泛運用的膠管掛帶進行了測試，分別是A-橡膠體型；B-表帶型；C-鏈條型；D-鋼線型。按AAR規程S-4021要求，在模擬器上進行了安裝?？諝鈮毫φ{整為90磅/平方英寸。對“快速運動（5-10英里/小時）”和“慢速運動（小于1英里/小時）”兩脫開速度進行測試。持續時間為5秒?？焖龠\動由空氣缸驅動10秒。數據采集系統的采樣頻率是6000赫茲。得各品牌掛帶的慢速、快速作用力（磅）和慢速、快速脫開速度（英里/小時）如下：A：79.1、82.8和0.91、7.1；B：122.5、130.8和0.65、7.1；C：231.7、216.9和0.91、7.3；D：340.6、315.0和0.71、7.1。

2.2 對于相同車體連接中的不同膠管掛帶的測試結果

當兩個軌道車輛耦合時且膠管終端被加壓時，一些潛在的能量被存儲在膠管的壓縮空氣中。當兩車分離，由于分離力，軟管終端和車的機械裝置部分被拉開，從而產生更多的潛在能量。能量在分離過程中，將被釋放，并轉換為運動能量形式在膠管終端和其它組件中以猛烈的運動形式存在。一個部分能量會被掛帶的彈性所吸收；對于相同車尾端連接安排，潛在的能量是個常量，從而可以找出反作用力和彈性系數K有一個線性關系，越是柔韌的掛帶將產生越少的反作用力。各品牌的反作用力的平均值結果如下：掛帶A為10.94 Lb/ in；掛帶B為24.56Lb/in；掛帶C為76.22Lb/in；掛帶D無數據。根據上述數據，可計算得出S-4021車組潛在能量分別為：299.49、326.55和330.03，其平均值為318.69，相對平均值的誤差分別是：-6.0%、2.5%、3.6%?？梢钥闯霾煌瑨鞄У牡挠嬎憬Y果十分的接近。

2.3 同一膠管掛帶用于不同車尾端的試驗和結果

通過對不同車聯接使用同一膠管掛帶（如A掛帶）的試驗結果中可以發現，對于快速和慢速的反作用力并沒有明顯的不同。然而對于不同車尾連接裝置的應力有較大的變化。S-428，S-4021和S-4003有著幾乎一樣的反作用力，比其他兩種裝置的數值相對較小。在裝置中固定越多的產生反作用力越少。所以反作用力能夠反應出不僅是膠管掛帶的，還是兩個車連接的車尾聯接裝置的潛在能量。不同的車尾連接裝置中的潛在能量也大有不同，但是對于同一聯接裝置中使用不同的彈性掛帶卻是一致的。

3.結束語

在脫開過程中的掛帶的負載是由兩相連的車尾連接裝置所決定的，越是固定的安裝給予掛帶越少的反作用力。所以反作用力可以用于表明在膠管終端脫開時，兩車相連接的安裝裝置中的潛在能量。所以S-428，S-4021和S-4003推薦使用在車尾連接裝置中。而不是選用以前的S-4003和S-427。同時對于反作用力，掛帶的彈性也是一個關鍵因素，對于同一車尾連接裝置越柔韌的膠管掛帶產生越小的反作用力。

【參考文獻】

[1]ARR Manual of Standards and Recommended Practices，Section E，Standard S-4006，Adopted：1990，Revised：2002，2003，pp.E-352—E353.

[2]ARR Manual of Standards and Recommended Practices，Section B，Standard S-107，Adopted：1962，Revised：2002，2003，pp.B-292.