运用于动车上的新型气液缓冲器

于 龙, 王 庆, 程云艳, 郑召丰

(北京金自天和缓冲技术有限公司, 北京 100071)

运用于动车上的新型气液缓冲器

于 龙, 王 庆, 程云艳, 郑召丰

(北京金自天和缓冲技术有限公司, 北京 100071)

介绍了一种能同时满足低速、高速及重载情况下的新型结构的气液缓冲器，分析其优点，并通过各项试验验证其性能对铁道缓冲装置的发展具有重要意义。

气液缓冲器; 动车; 缓冲装置

高速动车组的车钩缓冲装置是用来连接列车中各车辆的部件，是组成车辆五大部件之一，也是最基本最重要的部件。缓冲装置的作用主要是缓和车辆间的冲击并传递车辆间的纵向力[1]。缓冲装置的安装对整列车的连接运行安全性具有举足轻重的作用。我国动车组各单元之间大都采用密接式车钩连挂[2]，车钩上广泛使用的缓冲器大多属于进口的气液缓冲器。随着中国改革开放进程的不断深入，提速和重载已成为铁路发展的既定目标。列车运行速度和质量的不断提高，对缓冲器性能提出了更高的要求[3]。本文介绍一种能同时满足低速、高速及重载情况下的性能要求，且安装简便，寿命可靠的气液缓冲器结构。

1 新型气液缓冲器的工作原理

1.1 内部结构

该新型气液缓冲器内部结构如图1所示。主要由缸体2、柱塞11、芯棒1、柱塞头4、浮动滑块9、活塞16及气室封头18等组成。柱塞头4上安装有导向系统5，导向系统5起着减压及导向的作用。柱塞11上安装有密封导向系统12。气室封头18上安装有充气阀，用于建立气液缓冲器的初始压强。可在撞头19内安装静密封，更好的保证气液缓冲器的使用寿命。

1-芯棒;2-缸体;3-液室;4-柱塞头; 5-导向系统;6-气室;7-密封;8-密封;9-浮动滑块;10-压盖;11-柱塞;12-柱塞密封导向系统;13-回油阀组成;14-液室;15-活塞密封导向系统;16-活塞;17-气室;18-气室封头;19-撞头。图1 新型气液缓冲器结构示意图

1.2 工作原理

新型气液缓冲器与传统的气液缓冲器相比，其产生阻尼力的方式不同。该新型气液缓冲器工作行程按工况需求设定为两个阶段，在压缩的前期过程中，芯棒不提供阻尼力，阻尼力的产生主要是由于液压油流过柱塞头4与回油阀组成13之间的自适应缝隙而产生。行程运动到第2阶段后，液压油流经芯棒1与柱塞头4之间形成环形缝隙，产生二级阻尼力。当气液缓冲器受到外界冲击时，压缩液室3中的液压油，液压油通过柱塞头与回油阀组成之间的环形缝隙流入液室14，液压油推动活塞16压缩气室17中的气体；气液缓冲器复位时，回油阀组成13中的单向阀在压力作用下打开，此时气室17中被压缩的气体推动活塞16将液室14中的液压油通过单向阀流回液室3中，直到气液缓冲器回复到初始位置。

2 新型气液缓冲器的优点

2.1 浮动滑块阻尼结构

在低速情况下，浮动滑块能够在气液缓冲器一开始运动时，根据使用要求设计完成的结构尺寸可以按比例关系自适应出阻尼缝隙。浮动滑块9与回油阀组成13通过机械方式形成一体(为了简便安装，浮动滑块9与回油阀组成13也可加工成一体)，在浮动滑块9上安装有密封7和密封8，因此在柱塞头内形成密闭气室6，气液缓冲器初始状态气室6和气室封头中按比例充入一定的气压。在气液缓冲器受到外界冲击的瞬间，浮动滑块在高压液压油的作用下被推动向图1示意的右端移动到平衡位置，此时，柱塞头4与回油阀组成13之间形成一环形缝隙，如图2所示斜面22与斜面23之间的缝隙，液压油在压力作用下如图2箭头所示方向流动。这种结构不受装配误差的影响，阻尼的缝隙大小按照初始结构设计而自适应精确确定。在高速情况下，瞬间液室3中的高压油推动浮动滑块至阻尼缝隙设计的最大值，即浮动滑块运动到图1示意的右端极限位置，此时柱塞头4与回油阀组成13之间形成的环形缝隙最大。

1-气室;2-密封1;3-气室封头;4-浮动滑块;5-压盖;6-斜面1;7-斜面2;8-回油阀组成。

图2 浮动滑块结构

气室6和气室18的预制压力根据工况按比例调整，当气室气压受缓冲器结构所限不能满足设计要求时，也可通过在气室中附加弹簧、胶片、发泡记忆材料等弹性元件提高预制压力。

2.2 回油阀组成

回油阀组成为一单向阀结构，如图3所示。在气液缓冲器被压缩的过程中，回油阀是关闭的；当气液缓冲器复位向外伸张时，高压油推动钢珠压缩弹簧，回油阀被打开，高压油迅速流回液室3。在固定板及球托上设计了尽可能多的孔，减小油液流过时受到的阻尼力。该结构保证了气液缓冲器能够快速回复，并且回复力小，吸收能量大。图3所示的为钢珠结构的单向阀，在设计过程中可以采用多种形式的单向阀结构，如锥阀式、升降式、旋启式和蝶式等，具体可参见机械手册单向阀设计。

1-回油阀套;2-固定板;3-弹簧;4-球托; 5-钢珠。图3 回油阀组成结构示意图

2.3 结构优化

新型气液缓冲器对密封导向结构进行了优化，取消了原气液缓冲器采用的进口组合式密封，密封件采用自制的Y型密封，导向系统采用国产自润滑复合材料，在保证寿命的基础上降低了成本，缩短了采购周期，减少了气液缓冲器对进口部件的依赖性，易于在行业内推广。

3 性能试验

3.1 力学性能

对于缓冲器，一般通过冲击试验或落锤试验来评定其动态性能。采用落锤试验，将落锤提升到设定高度后，落锤作自由落体运动冲击试验件，并记录冲击过程中缓冲器的力学性能，进而考核缓冲器的额定能量及额定阻抗力。动态性能曲线如图4所示。

图4 落锤试验性能图

3.2 耐久性能

按某车辆厂对气液缓冲器的性能要求，试制了该结构的气液缓冲器，对试验件进行10万次的耐久试验，耐久试验最后一循环曲线如图5所示，对比耐久试验前测试的性能曲线，如表1所示，试验后力值衰减很小，力学性能比较稳定，寿命可靠。

图5 疲劳试验结束前最后一循环力值曲线

10mm行程时力值/kN45mm行程时力值/kN耐久试验前24.0168.97耐久试验后23.3566.66衰减率%2.753.35

4 结束语

新型气液缓冲器通过内部结构的重新设计，在运动一开始，就能提供较大的阻抗力，而传统的气液缓冲器初始阻抗力主要是通过气压产生，力值较小；并且新型气液缓冲器可以提供两级缓冲，适用于低速、高速及重载等多种工况；采用国产密封导向，减少了对进口部件的依赖，易于推广。整个试验过程中，气液缓冲器的动态曲线图比较平滑、饱满、无明显抖动，运动副良好，运动过程中没有卡滞。耐久试验10万次后力值曲线基本无衰减，密封导向系统性能可靠。新型气液缓冲器性能良好，寿命可靠，吸收率高，是铁道车辆缓冲器发展的方向，具有广阔的市场前景。

[1] 李 明, 缪忠海,王悦明.我国铁路货车缓冲器的现状及其发展中的几个问题[J].中国铁道科学,1994,15(3):16-26.

[2] 刘长青 关于国产密接式车钩缓冲装置的探讨[J].铁道车辆，2005,43(6)：27，43.

[3] 黄运华，李 芾，廖小平，等.机车车辆液气缓冲器特性研究[J].铁道学报，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，工程师(

2015-06-24)

U266,U331+.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.29