排障器吸能裝置零部件國產(chǎn)化淺研

王保瑞 劉俐男 劉燁

摘要：本文從吸能裝置各零件材質(zhì)、機械性能及制造工藝過程分析著手，對吸能原理進行理論分析，結(jié)合低溫沖擊試驗、落錘試驗、腐蝕試驗等驗證，探究排障器吸能裝置的國產(chǎn)化過程。

關(guān)鍵詞：排障器;吸能裝置;國產(chǎn)化

1 ?前言

吸能裝置應用于CRH380系列動車組EC車前端底架排障器上，每輛EC車配備安裝4個吸能裝置組成，與橫梁裝配、防護板有裝配關(guān)系。當車輛撞擊到排障物產(chǎn)生較大的沖擊能量時，吸能裝置通過壓潰變形及變徑的方式來吸收大部分沖擊能量，減少對車輛所受到的沖擊，進而保證車輛的平穩(wěn)性及安全性。自技術(shù)引進起，吸能裝置一直依賴于進口，本文從吸能裝置各零件材質(zhì)、機械性能及制造工藝過程分析著手，通過低溫沖擊試驗、落錘試驗、腐蝕試驗驗證吸能裝置性能參數(shù)，探究排障器吸能裝置的國產(chǎn)化。

2 ?吸能裝置構(gòu)成及裝配關(guān)系

吸能裝置由法蘭、吸能管及防護板組成，見表2.1所示。4個吸能裝置共同安裝于排障器上，與橫梁裝配有安裝接口關(guān)系。法蘭提供4個安裝孔，用于固定在緩沖橫梁上，保護板提供1個安裝螺紋，用于固定在排障梁上。

3 ?吸能裝置相關(guān)性能指標

3.1?化學成分

吸能管材質(zhì)牌號E235，材質(zhì)標準BS EN 10305-1-2002 中8.2條規(guī)定。法蘭及防護板牌號S355J2G3，材質(zhì)標準按照BS EN 10025-1-2004執(zhí)行。

3.2?機械性能

吸能管的機械性能執(zhí)行BS EN 10305-1-2002，見表3.2.1所示。法蘭及防護板機械性能執(zhí)行BS EN 10025-2-2004。

3.3?低溫沖擊

在吸能管上切取試樣，按照GB/T229金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方案進行實驗。對零部件做零下40℃低溫沖擊試驗，沖擊吸收能標準為27KV2/J 。

3.4?145KN壓潰

將產(chǎn)品放置于試驗設備上進行壓潰試驗。對吸能全過程記錄分析，吸能過程中應力-應變分析圖，全過程的壓潰載荷。

3.5?落錘指標

將產(chǎn)品放置于試驗設備上，用3噸的重錘從1.2米的高空落下（重錘的下面距離吸能管的上面1.2米），吸能管的變形量：306±12mm。

4 ?國內(nèi)選用排障器吸能裝置相關(guān)性能介紹

4.1?化學成分

吸能管材質(zhì)采用20號鋼，材質(zhì)標準執(zhí)行GB/T 699-1999中相關(guān)要求。法蘭及防護板牌號Q345D，材質(zhì)標準執(zhí)行GB/T 1591-2008中相關(guān)要求。

4.2?機械性能

吸能管的機械性能執(zhí)行GB/T 8163-2008中相關(guān)要求。法蘭及防護板的機械性能執(zhí)行GB/T 1591-2008中相關(guān)要求。

5 ?國產(chǎn)排障器吸能裝置相關(guān)性能驗證

5.1?壓潰阻力驗證

將國產(chǎn)化吸能裝置產(chǎn)品垂直放置在試驗臺上，法蘭向下放置在試驗設備上，設備以20N/s速度進行擠壓，測量穩(wěn)定狀態(tài)時的平均壓潰阻力。測試曲線在3至45mm范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定，平均壓潰阻力為145KN，與理論計算值相符。

5.2?落錘驗證

將國產(chǎn)化吸能裝置產(chǎn)品垂直放置在試驗臺上，法蘭向下放置在試驗設備上，以3噸重重錘在1.2米高度自由下落進行沖擊試驗，測量落錘試驗后吸能管變形量。

試驗前尺寸簡圖：

試驗后尺寸簡圖

試驗產(chǎn)品X₁=467.7mm

試驗產(chǎn)品X₂=159.4mm

試驗結(jié)果△L=X₁-X₂=467.7-159.4=308.3mm，滿足落錘要求變形量306±12mm。

5.3?變徑量驗證

壓潰試驗后測得實測高度h_測=495mm

由R₁=42.5 mm ?R₂=38.5 mm ?R₃=37 mm ?H=477 mm

根據(jù)體積不變得出：

V_前=△S_前?.H=π（R₁²?-R₂²）H

V_后=△S_后?.h=π（R₃²?-R₄²）h_測

則R₄=32.5 mm

試驗前吸能管壁厚計算△R=R₁-R₂=42.5-38.5=4 mm

實際測量試驗后吸能管壁厚△R_實測=4.2 mm

可計算出試驗后R_4實際=R3-△R_實測=37-4.2=32.8 mm

與理論計算結(jié)果相符。

5.4?低溫沖擊試驗

對吸能管材質(zhì)牌號20號鋼進行低溫沖擊試驗，測試依據(jù)GB/T 229-2007，采用10（mm）x5（mm）x55（mm）試驗樣件，在-40℃沖擊吸收能量不小于27 KV₂/J。

5.5?鹽霧試驗

試驗依據(jù)GB/T 10125-1997使用中性鹽溶液，濃度為（5±0.1）%，PH值為6.5-7.2，溫度控制在（35±2）℃，濕度大于95%連續(xù)噴霧400h。

經(jīng)連續(xù)400h鹽霧試驗后，管壁無腐蝕現(xiàn)象，依據(jù)GB 12335-90評價等級為B級。

6 ?結(jié)論與建議

（1）國內(nèi)牌號20號鋼低溫沖擊試驗滿足沖擊吸收能標準27 KV2/J要求 。

（2）國產(chǎn)吸能裝置經(jīng)試驗證明滿足145KN壓潰性能要求。

（3）國產(chǎn)吸能裝置經(jīng)試驗證明滿足3噸重錘從1.2米的高空落下，吸能管的變形量：306±12mm的性能要求，并經(jīng)計算落錘后的內(nèi)徑與實測內(nèi)徑相符。

（4）根據(jù)國內(nèi)零部件材質(zhì)及機械性能的特點，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可結(jié)合不同空間及更高吸能指標要求，對吸能裝置進行優(yōu)化設計。

參考文獻

[1]可靠性工程技術(shù) .北京：機電部機械科學研究院，1992

[2]內(nèi)燃機車可靠性設計.北京：北京理工大學出版社，1988

[3]材料力學. 湖南：湖南大學出版社，2014

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）