CRH2型动车组中间车钩缓冲装置参数分析

郑 伟 孙现亮 陈书翔 郭志成

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心，266111，青岛∥第一作者，工程师）

CRH2型动车组中间车钩缓冲装置参数分析

郑 伟 孙现亮 陈书翔 郭志成

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心，266111，青岛∥第一作者，工程师）

通过分析CRH2型动车组用中间缓冲装置的结构与工作原理，提出了复式橡胶缓冲器参数的设计原则：复式缓冲装置中一侧缓冲器在受到压缩变形时，另一侧的缓冲器在预压缩力的作用下产生变形，并能充满由于立板移动而产生的空间；最大限度保证复式缓冲器零初始压力的特点，提升动车组车辆的运行舒适性。仿真分析和现车检测验证了中间车钩缓冲装置参数设计的合理性。

CRH2型动车组；中间车钩缓冲装置；复式橡胶缓冲器

Author's address CSR Qingdao Sifang Co.，Ltd.，266111，Qingdao，China

动车组用车钩缓冲器主要有橡胶缓冲器、气液缓冲器、胶泥缓冲器等［1］。CRH2型动车组中间车钩缓冲器是由橡胶缓冲器组装而成的复式橡胶缓冲装置。其特有的结构与工作原理、低廉的成本和可靠性高等优点，特别是在零初始压力下便可对动车组车辆进行缓冲、吸收能量，使得在有限的空间内可得到很大的阻抗力［2］。随着CRH2型动车组运用数量的增加，有必要对作为动车组关键零部件的中间车钩缓冲器的技术参数进行分析，以保证动车组的运行安全性，提升动车组运行的舒适性，降低运营成本。

1　中间车钩缓冲装置结构、工作原理与参数设置

1.1中间车钩缓冲装置的结构

中间车钩缓冲装置为复式橡胶缓冲装置，主要由两组橡胶缓冲器、缓冲器框体、立板、从板等组成，如图1所示。其最大的特点就是每组橡胶缓冲器只承受单方向的压缩力，分别在车钩缓冲装置受到拉伸和压缩时起作用。他们靠一定的初压力（通常为20～60 kN）组装在缓冲器框体里面。每一组缓冲器均由独立的、呈片状的橡胶片组合而成。橡胶片由钢板和橡胶硫化在一起形成［3］。

图1　中间橡胶缓冲装置

1.2 中间车钩缓冲装置的作用原理

中间车钩缓冲装置中的两组橡胶缓冲器分别在车钩缓冲装置受到拉伸和压缩时起作用。车钩缓冲装置未受到拉伸与压缩时，缓冲器的橡胶片和立板在初始压力的作用下保持平衡。中间车钩缓冲装置的静态示意图如图2所示。

图2　缓冲装置在不受力的状态

在动车组运行的过程中，中间车钩缓冲器框体的立板对两个缓冲器分别施加作用力：车钩在受到牵引时，压缩左边的缓冲器，右边的缓冲器在预压力的作用下涨开，并随时占满因压缩左边缓冲器出现的空间；车钩在受到压缩时，压缩右边的缓冲器，左边的缓冲器在预压力的作用下涨开，并随时充满因压缩右边的缓冲器而出现的空间。其工作情况见图3。因此，无论车钩缓冲装置是受到牵引力还是压缩力，中间缓冲装置中的从板均未离开从板座。只要车钩缓冲装置受到牵引力或者压缩力，缓冲器框体中的立板便开始对其中一个缓冲器进行压缩。这样，既避免了从板与从板座间因出现间隙而发生冲击，又因为缓冲器框体立板处于两组缓冲器的压缩平衡状态中，工作时的初始作用力为零而消除了缓冲盲区，大大提高了动车组的舒适度。中间缓冲装置的载荷与位移特性曲线如图4所示。

图3　缓冲装置的工作情况

图4　复式橡胶缓冲装置特性曲线

1.3中间橡胶缓冲器的参数设置

设橡胶缓冲器受到压缩力时，立板在从板座内向右移动，压缩2号橡胶缓冲器，此时1号橡胶缓冲器在预压缩力的作用下恢复，充满由于立板向右移动而产生的空间；当缓冲器受到拉伸力时，立板在从板座内向左移动，压缩1号橡胶缓冲器，此时2号橡胶缓冲器在预压缩力的作用下向自由高度恢复，充满由于立板向左移动而产生的空间。

根据上述特点，动车组中间车钩缓冲器的性能参数设计值见表1，性能曲线见图5。

表1　橡胶缓冲器性能参数

图5　中间车钩缓冲器力-位移静态曲线

2　中间车钩缓冲器动态特性分析

2.1仿真参数设置

动车组仿真计算车辆的质量见表2。动车组编组见图6。

表2　动车组各车辆的计算质量

2.2仿真分析原理

在进行仿真计算时，把列车看作一个含有质量、弹性及阻尼的多刚体系统；列车中的每辆车简化为单个质点，该质点只有一个沿着纵向的自由度。以线路上的一点作固定纵向坐标系原点，列车中各辆车的位置、速度、加速度可分别用，2，…，n）表示，则列车纵向动力学微分方程为：

mi·X··i=fti+fci-1-fci-fbi-fdbi-fωi

式中：

mi——第i车的质量；

fti——第i车的牵引力，作用于动车，且制动时该项为0；

fci-1，fci——分别为第i车的前、后车钩力，特性曲线在落锤试验结果基础上给出；

fbi——第i车的电空制动力，作用于拖车，仅制动时有该项；

fdbi——第i车的电制动力，作用于动车，仅在制动时有该项；

fωi——第i车的运行阻力。

图6　中间车钩缓冲装置布置图

车辆运行阻力一般用下式计算：

fωi=mi·ωi

其中

ωi=ωoi+ωsi+ωri

式中：

ωi——第i辆车的单位质量阻力；

ωoi——第i辆车的单位基本阻力；

ωsi——第i辆车的单位坡道阻力；

ωri——第i辆车的单位曲线阻力。

列出动车组中每辆车的动力学方程，运用数值

方法便可对列车的纵向运动规律进行研究。

2.3仿真计算

2.3.1动车组连挂时车钩力仿真

缓冲器容量设计取决于列车的最大连挂速度［5］，所以最大力出现在动车组连挂时。仿真分析时取以下10种连挂速度：0.5 km/h，1.0 km/h，1.5 km/h，2.0 km/h，2.5 km/h，3.0 km/h，3.5 km/h，4.0 km/h，4.5 km/h，5.0 km/h。中间车钩在各种连挂速度下的最大力和最大位移见表3。

表3　中间车钩在各种连挂速度下的最大力和最大位移

2.3.2动车组起动时车钩力仿真

动车组在起动时车辆各连挂面的车钩力见表4及图7。

表4　动车组起动时各连挂面最大车钩力　k N

图7　动车组起动时各连挂面车钩力

2.3.3动车组制动时车钩力仿真

动车组在制动时车辆各连挂面的车钩力见表5及图8。

表5　动车组制动时各连挂面最大车钩力　k N

图8　动车组制动时各连挂面车钩力

2.4线路试验

为测试中间车钩缓冲装置在动车组运行过程中的性能指标，在CRH2-103动车组的M1车两端设置传感器，对车辆运行过程中的车钩力进行了测试。列车编组情况为T1+M1+M2+M3+M4+ M5+M6+T2（T车为拖车，M车为动车）。动车组在运行中车钩最大力见表6。

表6　线路试验车的车钩受力统计

2.5小结

通过以上分析可以看出，在复式橡胶缓冲装置的作用下，动车组以5 km/h速度进行连挂时车钩力最大值仅为903.4 k N，距车钩缓冲装置最大阻抗力1 200 k N还有很大的裕量；而动车组在运行过程中车钩力最大值仅为6.525 kN，远小于车钩缓冲装置最大阻抗力。因此，采用复式橡胶缓冲装置的车辆能最大限度降低车辆的纵向冲动，提升车辆的运行平稳性。

3　结语

通过对CRH2型动车组中间车钩缓冲装置参数的分析，结合仿真计算和实车检测，中间车钩缓冲装置的参数设置是合理的，能够满足动车组在各类工况下的运营需要，保证了复式缓冲器零初始力的特点，降低了动车组的纵向力，提升了动车组的运行舒适性。

［1］ 严隽耄.车辆工程［M］.北京：中国铁道出版社，1991：260.

［2］ 薛懿民，刘凤刚.橡胶缓冲器在机车车辆上的应用［J］.铁道车辆，1994（9）：20.

［3］ 刘凤刚.日本车辆连接装置综述［J］.国外铁道车辆，1998（4）：14.

［4］ 沈闻起.地铁车辆用双作用式橡胶缓冲器［J］.铁道车辆，1995（3）：31.

［5］ 李瑞淳.动车组车钩缓冲装置统型研究［J］.城市轨道交通研究，2013（8）：68.

Analysis on Performance Parameters of CRH2 Motor Car Set Intermediate Coupler Buffer Device

Zheng Wei，Sun Xianliang，Chen Shuxiang，Guo Zhicheng

By analyzing the structure and working principle of CRH2 type motor car set installed with intermediate buffer device，the design principle of compound rubber buffer parameters is proposed.Namely，when deformation occurs on the side buffer of double buffer deviceunder compression，deformation of the buffer on the other side in the pre-compression force will happen to fulfill the space caused by vertical plate movement.Thus，the intermediate coupler buffer device will guarantee the feature of double buffer zero initial pressureat maximum，enhance the motor car set vehicles running comfort at the same time.Thesimulation analysis and car test has validated the rationality of the principle in intermediate coupler buffer device design.

CRH2 motor car set；intermediate coupler buffer device；compound rubber buffer

U 270.34：U 266.2

10.16037/j.1007-869x.2015.07.018

2013-11-24）