排障器吸能装置零部件国产化浅研

王保瑞 刘俐男 刘烨

摘要：本文从吸能装置各零件材质、机械性能及制造工艺过程分析着手，对吸能原理进行理论分析，结合低温冲击试验、落锤试验、腐蚀试验等验证，探究排障器吸能装置的国产化过程。

关键词：排障器;吸能装置;国产化

1  前言

吸能装置应用于CRH380系列动车组EC车前端底架排障器上，每辆EC车配备安装4个吸能装置组成，与横梁装配、防护板有装配关系。当车辆撞击到排障物产生较大的冲击能量时，吸能装置通过压溃变形及变径的方式来吸收大部分冲击能量，减少对车辆所受到的冲击，进而保证车辆的平稳性及安全性。自技术引进起，吸能装置一直依赖于进口，本文从吸能装置各零件材质、机械性能及制造工艺过程分析着手，通过低温冲击试验、落锤试验、腐蚀试验验证吸能装置性能参数，探究排障器吸能装置的国产化。

2  吸能装置构成及装配关系

吸能装置由法兰、吸能管及防护板组成，见表2.1所示。4个吸能装置共同安装于排障器上，与横梁装配有安装接口关系。法兰提供4个安装孔，用于固定在缓冲横梁上，保护板提供1个安装螺纹，用于固定在排障梁上。

3  吸能装置相关性能指标

3.1 化学成分

吸能管材质牌号E235，材质标准BS EN 10305-1-2002 中8.2条规定。法兰及防护板牌号S355J2G3，材质标准按照BS EN 10025-1-2004执行。

3.2 机械性能

吸能管的机械性能执行BS EN 10305-1-2002，见表3.2.1所示。法兰及防护板机械性能执行BS EN 10025-2-2004。

3.3 低温冲击

在吸能管上切取试样，按照GB/T229金属材料 夏比摆锤冲击试验方案进行实验。对零部件做零下40℃低温冲击试验，冲击吸收能标准为27KV2/J 。

3.4 145KN压溃

将产品放置于试验设备上进行压溃试验。对吸能全过程记录分析，吸能过程中应力-应变分析图，全过程的压溃载荷。

3.5 落锤指标

将产品放置于试验设备上，用3吨的重锤从1.2米的高空落下（重锤的下面距离吸能管的上面1.2米），吸能管的变形量：306±12mm。

4  国内选用排障器吸能装置相关性能介绍

4.1 化学成分

吸能管材质采用20号钢，材质标准执行GB/T 699-1999中相关要求。法兰及防护板牌号Q345D，材质标准执行GB/T 1591-2008中相关要求。

4.2 机械性能

吸能管的机械性能执行GB/T 8163-2008中相關要求。法兰及防护板的机械性能执行GB/T 1591-2008中相关要求。

5  国产排障器吸能装置相关性能验证

5.1 压溃阻力验证

将国产化吸能装置产品垂直放置在试验台上，法兰向下放置在试验设备上，设备以20N/s速度进行挤压，测量稳定状态时的平均压溃阻力。测试曲线在3至45mm范围内趋于稳定，平均压溃阻力为145KN，与理论计算值相符。

5.2 落锤验证

将国产化吸能装置产品垂直放置在试验台上，法兰向下放置在试验设备上，以3吨重重锤在1.2米高度自由下落进行冲击试验，测量落锤试验后吸能管变形量。

试验前尺寸简图：

试验后尺寸简图

试验产品X₁=467.7mm

试验产品X₂=159.4mm

试验结果△L=X₁-X₂=467.7-159.4=308.3mm，满足落锤要求变形量306±12mm。

5.3 变径量验证

压溃试验后测得实测高度h_测=495mm

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

根据体积不变得出：

V_前=△S_前 .H=π（R₁² -R₂²）H

V_后=△S_后 .h=π（R₃² -R₄²）h_测

则R₄=32.5 mm

试验前吸能管壁厚计算△R=R₁-R₂=42.5-38.5=4 mm

实际测量试验后吸能管壁厚△R_实测=4.2 mm

可计算出试验后R_4实际=R3-△R_实测=37-4.2=32.8 mm

与理论计算结果相符。

5.4 低温冲击试验

对吸能管材质牌号20号钢进行低温冲击试验，测试依据GB/T 229-2007，采用10（mm）x5（mm）x55（mm）试验样件，在-40℃冲击吸收能量不小于27 KV₂/J。

5.5 盐雾试验

试验依据GB/T 10125-1997使用中性盐溶液，浓度为（5±0.1）%，PH值为6.5-7.2，温度控制在（35±2）℃，湿度大于95%连续喷雾400h。

经连续400h盐雾试验后，管壁无腐蚀现象，依据GB 12335-90评价等级为B级。

6  结论与建议

（1）国内牌号20号钢低温冲击试验满足冲击吸收能标准27 KV2/J要求 。

（2）国产吸能装置经试验证明满足145KN压溃性能要求。

（3）国产吸能装置经试验证明满足3吨重锤从1.2米的高空落下，吸能管的变形量：306±12mm的性能要求，并经计算落锤后的内径与实测内径相符。

（4）根据国内零部件材质及机械性能的特点，在现有数据的基础上，可结合不同空间及更高吸能指标要求，对吸能装置进行优化设计。

参考文献

[1]可靠性工程技术 .北京：机电部机械科学研究院，1992

[2]内燃机车可靠性设计.北京：北京理工大学出版社，1988

[3]材料力学. 湖南：湖南大学出版社，2014

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）