铁路货运车体中胶管挂带的反作用力

冯海凤 陈慧

摘要：本文探讨了在充气状态下，气连接阀脱开，并且胶管终端分开时，在胶管挂带上所受的反作用力。通过研究和测试，发现胶管挂带的负荷与两边相连车尾端联接类型相关，越是刚性的连接安装使得胶带挂带上的反作用力越小；同时也发现胶管挂带的弹性是另外一个反作用力的关键因素，对于同一种车的连接，越是柔韧的挂带产生越小反作用力。本文的目的是探讨当胶管终端在充气分开时，不同的挂带在不同的情况下的反作用力及其产生原因和影响因素。

关键词：铁路货运车体；胶管挂带；测试设置

胶管挂带用于支撑铁路货运车上胶管终端上的气连接阀。挂带通常在胶管终端上气连接阀和车厢底部间进行连接。按美国铁路协会AAR S-4006规范，合格的挂带能够提升一个300磅重量或拉伸5英寸。当胶管终端连接并加压后，他们的大部分重量被分配出去，胶管挂带上的负载与他们的强度相比相对较小。当胶管终端在压力下分开时，挂带上的负荷在反作用力下将会极度的增大，可能导致挂带的破损或其他类型的故障，并最终导致他们脱开，由于失去空气压力，将导致列车制动器紧急制动。这情况可能会导致列车晚点或者出轨的问题，更有甚者发生安全事故。

1.系统说明

为了更好的研究其反作用力，我们建立了一个模拟器系统，通过一个液压缸和一个气缸提供动力来驱动移动机构以产生两个不同的分离速度，以模拟两个车厢的分离过程。系统底部，安装了两个铝制轨道作为轨道。胶管一端安装在固定框架上，一端安装在移动机构上，以模拟车尾端连接结构。挂带的上端通过球窝接头与测压元件相连，以保证挂带的反作用力与测压元件的纵向总是在同一直线上，这样可以读出准确地的数据，所有部件的位置和尺寸按照AAR的S-107，S-154，S-163]等的要求设计和安装，线性编码器安装有固定架和移动机构间用以记录行驶距离，并用于计算脱开时的瞬时速度

2.测试设置和结果

2.1 同一车体联接下的不同胶管挂带的测试设置和结果

为了说明同一车体联接下的不同胶管挂带的反作用力。对现有的4种被广泛运用的胶管挂带进行了测试，分别是A-橡胶体型；B-表带型；C-链条型；D-钢线型。按AAR规程S-4021要求，在模拟器上进行了安装。空气压力调整为90磅/平方英寸。对“快速运动（5-10英里/小时）”和“慢速运动（小于1英里/小时）”两脱开速度进行测试。持续时间为5秒。快速运动由空气缸驱动10秒。数据采集系统的采样频率是6000赫兹。得各品牌挂带的慢速、快速作用力（磅）和慢速、快速脱开速度（英里/小时）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 對于相同车体连接中的不同胶管挂带的测试结果

当两个轨道车辆耦合时且胶管终端被加压时，一些潜在的能量被存储在胶管的压缩空气中。当两车分离，由于分离力，软管终端和车的机械装置部分被拉开，从而产生更多的潜在能量。能量在分离过程中，将被释放，并转换为运动能量形式在胶管终端和其它组件中以猛烈的运动形式存在。一个部分能量会被挂带的弹性所吸收；对于相同车尾端连接安排，潜在的能量是个常量，从而可以找出反作用力和弹性系数K有一个线性关系，越是柔韧的挂带将产生越少的反作用力。各品牌的反作用力的平均值结果如下：挂带A为10.94 Lb/ in；挂带B为24.56Lb/in；挂带C为76.22Lb/in；挂带D无数据。根据上述数据，可计算得出S-4021车组潜在能量分别为：299.49、326.55和330.03，其平均值为318.69，相对平均值的误差分别是：-6.0%、2.5%、3.6%。可以看出不同挂带的的计算结果十分的接近。

2.3 同一胶管挂带用于不同车尾端的试验和结果

通过对不同车联接使用同一胶管挂带（如A挂带）的试验结果中可以发现，对于快速和慢速的反作用力并没有明显的不同。然而对于不同车尾连接装置的应力有较大的变化。S-428，S-4021和S-4003有着几乎一样的反作用力，比其他两种装置的数值相对较小。在装置中固定越多的产生反作用力越少。所以反作用力能够反应出不仅是胶管挂带的，还是两个车连接的车尾联接装置的潜在能量。不同的车尾连接装置中的潜在能量也大有不同，但是对于同一联接装置中使用不同的弹性挂带却是一致的。

3.结束语

在脱开过程中的挂带的负载是由两相连的车尾连接装置所决定的，越是固定的安装给予挂带越少的反作用力。所以反作用力可以用于表明在胶管终端脱开时，两车相连接的安装装置中的潜在能量。所以S-428，S-4021和S-4003推荐使用在车尾连接装置中。而不是选用以前的S-4003和S-427。同时对于反作用力，挂带的弹性也是一个关键因素，对于同一车尾连接装置越柔韧的胶管挂带产生越小的反作用力。

【参考文献】

[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.