车钩缓冲装置用过载保护吸能装置综述

部 分 ： 性 铰 弯 曲 所 吸 收 的 能 量 和 塑 性 铰 之 间 的 直 塑
臂 伸 张 变 形 所 吸 收 的 能 量 。屈 曲 管 稳 态 力 计 算 公 式 为 ：
３ Ｉ
在研 制车辆 时均 要求安 装过 载保护 吸能装 置 ， 目前 ， 国 内的地 铁轻轨 市场大 多采用 欧洲 的带有 过载保 护 吸能装置 的车钩缓 冲 系统 。
２ 南车戚 墅堰机 车车辆 工 艺研 究所 有限公 司 ， ． 江苏 常 州 ２ ３ １ ） １０ １
摘 要 ： 缓 用 过 载保 护 吸 能装 置根 据 其 变形 模 式 的 不 同分 为 ２类 。 文 中 重 点 介 绍 了 圆 管 、 管 、 钩 方
扩 张 式 、 缩 式 和 折 叠 式 的 作 用原 理 和 优 缺 点 ， 收 并介 绍 了容 量 的 计 算 方 法 和 行 程 的确 定 方 法 ， 出 列
．
硬化 指数 ， 相对 于 “ 式 １ 更 符 合 实 际工 况 。计 算 公 ” 前 ， 预 先测 出材 料 的强度 系数 和加 工硬 化指 数 需
图３
折叠 式 吸 能 装 置
ｎ ｏ
车的动 能直 接作用 于 被 冲击 车辆 ， 而忽 略 冲 击车 辆
数 量 。首端 能量 的计 算公式 为 ：
目前 ， 曲管应 用 较 多 的是 圆管 和方 管 。 常见 屈 的变 形方式 主要 有轴对 称屈 曲和 翻转变 形 ２种 。
１ １ １ 轴 对 称 屈 曲 变 形 ．．
传递 给车体 底架 ， 造成 刚性 冲击 ， 对车体 设备及 人 会
员 安 全 造 成 一 定 的 伤 害 。 因 此 ， 洲 的 车 辆 制 造 商 欧
３ 结 束 语
目前 ， 曲管 主要用 于 列 车端 部 吸能 模块 的设 屈 计上 ， 而套筒 式 多 与钩 缓集 成 在 一 起使 用 。 国 内地 铁 、 轨车辆 ， 轻 以及 Ｃ Ｈ１ Ｃ Ｈ 、 Ｒ ５型动 车组 均 Ｒ 、 Ｒ ３Ｃ Ｈ 在车钩 缓 冲装 置 中集 成过 载保 护吸 能装置 。 国内对 钩缓用 过载保 护 吸能 装 置 的研 究 尚处 于起 步 阶段 ， 对于可 能存在 的设 备 故 障 ， 防 患 于未 然 ， 需 因此 ， 有
度一般 控制 在 ４ 。 右 。 ０左 （ ） 轴 应 具 有 较 低 的 粗 糙 度 和 较 高 的强 度 ， ２芯
一
其强度 要求 应能 承受 车钩 的拉 伸载荷 。 （） ３ 变形 管和 涨套 的结构 尺 寸 应 考虑 变 形 管 的 极 限扩 张率 ， 如涨 套 尺寸过 大 ， 超过 了变 形管 的极 限 扩张率 ， 变 形 管 会 产 生 开 裂 的现 象 ， 响 吸 能 效 则 影
２ 基 本 参数 及 计 算
过 载保 护吸能 装 置容量 计算 可按 照照动 力学 的 方 法计算 ， 可按 照经 验公 式 进行 估 计 。Ｇ Ｌ （ ） 也 ｕ 英 通 过对 Ａ ｓ ｍ公 司 车 的计算 分 析认 为 ， 用 首 ｌｏ ｔ 可
ｌ ５
综 述 述 评
变 形 管 缩 减 环
轴对称 屈 曲最 早用 于带有 垂直燃 料 管道 的原 子 反应 堆 的安 全 结 构 设 计 中 ， 先 由 Ｊ Ｍ． ｌ ａｄ ｒ 最 ． Ａｅ ｎ ｅ ｘ 对其 吸能原 理进行 理论 分析 ， 引入 了塑性 铰 的概 念 ， 并确定 了计 算模 型 。屈 曲变形 所 吸 收 的能 量分 为 ２
１ ３ ２种 类 型 吸 能 装 置 比 较 ．
（ ） 形 管 内部考 虑增 加一 定 的润滑 。 ４变 １２ ２ 收 缩 式 ．．
屈 曲 管 和 套 筒 式 吸 能 装 置 的优 缺 点 如 表 １所
示
表 １ 屈 曲 管和 套 简 式 吸 能 装 置 比较
收缩 式 作用 原 理 与 扩 张式 类 似 ， 当其 受 到 纵 向
变 化 ， 生 中性 面 的 拉 压 应 变 。稳 态 力 的 计 算 公 产
ｆ ２］
：
Ｐ ＝７． ５Ｒ ｔ
比 较 发 现 ， 转 变 形 的 承 载 能 力 比轴 对 称 屈 陆 翻
变 形 的平 均 承载力 约 高 ２ ％ 。同 时 ， 承 载 能 力更 ５ 其
加 稳 定 ， 近 于 常 数 。 短 点 是 需 配 置 导 向模 具 和 润 接
综 述述评
文 章 编 号 ：０ ７ ６ ３ （ ０ １ ０ ４０ ４ １ １ ０ －０ ４ ２ １ ） ３ １１ ４３
机 车车辆工 艺 第 ３期 ２ １ 年 ６月 ０１
车钩缓冲装置用过载保 护吸能装置综述
王 学亮 姜 晓 东 ，
（． １ 南车青 岛四方机 车 车辆股份 有 限公 司 ， 东 青 岛 ２ ６ １ ； 山 ６１１
１ 过 载 保 护 吸 能 装 置 类 型 分 析
目前 ， 外 使 用 的 过 载 保 护 吸 能 装 置 一 般 可 分 国 为 ２大 类 ：
Ｐ ＝６ ｔ Ｄ ＿ Ｒ 丁 『
（） １ 管形 薄壁梁 （ 以下 简 称 “ 曲 管 ” ， 要有 屈 ）主
方管 、 形管 、 形 管 和 正 弦形 式 薄 壁梁 ， 类元 件 矩 锥 这 主要 用 于 车 辆 端 部 的 吸 能 结 构 设 计 上 ， 车 辆 端 部 如
滑 系统 ， 使结 构复 杂 ； 同时 ， 翻转后 行 程损 失 了一半 ，
材 料利用 率低 。 １ ２ 套 简 式 ． １ ２ １ 扩 张 式 ．．
扩 张 式 所 采 用 的 变 形 管 是 一 段 经 过 特 殊 热 处
ｆ ｂ１
理， 屈服 强度偏 差 非 常小 的钢 管 。安 装 在 车 钩 钩 身
果。
图 ２
收 缩 式 吸 能 装 萱
叠 式吸 能装置 的结 构 和发生 作用后 的简图 。 其优 点是 所能 承受 的轴 向载荷 比较 稳定 。缺点 是 结构 复杂 ， 行程 短 ， 料利 用率低 ； 外 ， 材 此 当受到纵 向冲击 时 ， 芯轴 不一 定朝 着理想 的纵 向方 向运动 。 其
方 形或 方锥形 等结 构 ； 张式 和收 缩 式 多为 圆 筒形 扩
结构。
在 受到 意外撞 击时也 能对 车体设备 及乘 客安全 提供
一
定 的保 护 ， 除了在 车辆端 部设置 吸能 区外 ， 有一 还
这 ２类 过载 保护 吸能装 置均利 用 了材料 的塑性
变形 达 到吸 能 的 目的 ， 为 一 次 性 使 用 ， 旦 破 坏 均 一
了扩 张 式 触发 力 的计 算 公 式 。 关键 词 ： 车钩 缓 冲 装 置 ； 载 保 护 ； 能 过 吸
中 图分 类 号 ： ２ ０ ３ Ｕ ６ ．４
文献 标 识 码 ： Ｂ
０ 引 言
车 钩 缓 冲装 置为 列 车十 大 配套 技术 之 一 ， 主要
（） ２ 套筒 式 ， 其 工作 原 理 分 ， 要 有扩 张式 、 按 主 收缩式 、 折叠 式等 。其 中 ， 扩张 式和 收缩式 多与钩缓 装 置集 成在一 起使 用 ； 叠 式 多单 独 使用 于 车 辆端 折
— — — —— — — — — 兰
变形 ， 也忽 略 了材 料厚度 的变化 （ 变薄 ） 和硬化 的影
响 。 “ 式 ２ 则 充 分 考 虑 了 材 料 厚 度 的 变 化 和 变 形 公 ”
过程 中硬 化的影 响 ， 引人 了材 料 的强 度 系 数 和加 工
＿Ｒ 一
ｉ
一
对 圆管 一 端施 加 轴 向载 荷 ， 另一 端 配 以导 向模 具 ， 的材料 经历 弯 曲 与 反 弯 曲 的塑 性 变 形 过程 。 管
王学亮， 晓 东 姜 车 钩 缓 冲装 置 用过 载 保 护 吸 能 装 置 综 述
同 时 ， 于 无 论 向 外 翻 转 还 是 向 内 翻 转 ， 径 都 发 生 由 管
机车车辆工艺 第 ３期 ２ １ 年 ６月 ０１
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（ ２＋ ） ＿ （ １ ｎｎ ＿ ＿ — 二！
式 中 ： 一 扩 径 系 数 ， 。 ｋ＝
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“ 式 １ 忽 略 了 壁 厚 的 应 力 变 形 以 及 管 的 弹 性 公 ”
Ｒｌ
。
根据容 量和 行程 的合理选 择 ， 以及触 发力公 式 ，
通 过 选 择 不 同 的 材 料 和 结 构 参 数 ， 基 本 确 定 材 料 可 的机 械 性 能 和 结 构 尺 寸 。
１
踟
２
式 中 ： 一分 界面 １的动能 吸收率 ，． ７ ０ ９ ４， Ｒ。 ０ ８ ３～ ．０
必 须更换 。 图 １ ａ 和 （ ） 别 为 扩 张 式 吸 能 装 （） ｂ 分
置的结 构 和发生 作 用 后 的 简 图 。在 结 构设 计 时 ， 需 考 虑 以下 几方面 ： （ ） 套 硬 度 应 大 于变 形 管 的 硬 度 ， 表 面粗 １涨 且
糙度较 小 ， 防止压 人 过 程 中 ， 生 粘 滞 现 象 ， 形 角 产 锥
里 ， 受 压 缩 力 。 车 钩 拉 伸 力 由 变 形 管 内 的 芯 轴 承 承
１一芯 轴 ； ２一变形 管 ； ３一胀 套 ； ４一销 轴 ； ５一圆螺 母 ； ６一盖 板 ； ７一螺钉 ； ８一牵 引 杆
图 １ 扩 张 式 吸 能 装 置
变 形 管 缩 减 环
受 。变形 管 的强度 略低 于车 体 底 架 的 强度 ， 于 车 高
起 到联接 车辆 、 传递 牵引力 和缓 和纵 向冲击 的作用 。 目前 ， 辆正 朝着 高速 化 的 方 向发 展 ， 此 ， 客对 车 因 乘
列车运行 安全 性的要 求也 就越来 越高 。为 了使 车辆