车钩弹性缓冲器与贯通道的匹配设计

张云峰

摘 要：车钩弹性缓冲器与贯通道相互匹配是车端连接设计的重点，如匹配不合适，轻则造成贯通道损坏，重则在某些运用工况下伤及乘客。本文通过理论及示例介绍了匹配设计的理论基础、计算方法、注意事项等。

关键词：弹性缓冲器;贯通道;匹配设计

0 引言

随着地铁车辆对撞击安全性的重视，车钩和缓冲装置在车辆吸能设计中的比重越来越大，吸能要求的提高，致使车钩需要设置的弹性行程也越来越大，而贯通道的设计也越来越美观复杂，在这样的条件下，很可能会忽略或考虑不充分车钩弹性缓冲器行程与贯通道的匹配性，轻则造成贯通道损坏，重则在某些运用工况下伤及乘客。因此，车钩缓冲器的选型要合适，贯通道的设计也必须能适应列车极限运用工况下车钩弹性缓冲器产生的位移，并考虑通过相应曲线的叠加工况。

因此，设计时需要分析车钩在列车极限受力工况下最大拉伸/压缩量，涉及到列车牵引力、坡道阻力、启动加速度力、弯道阻力、不同的缓冲器静态特性等，工况十分复杂。若考虑不全，对缓冲器与贯通道匹配估计错误，极易造成某些特殊工况下贯通道损坏。

1 设计考虑参数

（1）被救援车状态：施加停放制动/制动缓解。

（2）坡度：一般指运用线路上的最大坡道坡度。

（3）启动加速度：列车启动的最大加速度，加速度会产生一个作用力F=ma。

（4）启动阻力：根据TB/T 1407-1998《列车牵引计算规程》中2.4.1条规定，取5kg/t。

（5）曲线附加阻力：当列车通过曲线时，由于惯性力的作用，外侧车轮轮缘紧压外轨，使其磨耗增大。又由于曲线外轨长于内轨，外轮在外轨上的滑行等原因，运行中的列车所受阻力比直线上所受阻力大，两者之差称为曲线附加阻力，经验公式：

Wr = 7000/R（N/t）

式中： Wr——单位曲线附加阻力（N/t）

R——曲线半径

7000——据试验得出的数据

（6）车钩弹性缓冲器静态曲线：即静态力和位移曲线。

2理论计算示例

一般认为，车钩缓冲器最大受力发生在列车救援工况，本节通过某项目的实际参数来介绍车钩缓冲器极限受力计算方法。

工况简述：一列满载的8辆编组列车救援另一列满载的8辆编组并施加停放制动的故障列车，坡道为30‰，救援时的启动加速度为0.2m/s2，坡道上同时有R300m的水平曲线。列车头尾为拖车，救援时最大受力将出现在救援车靠近被救援车的头车二位端，如图所示7车和8车之间。

受力计算如下：

（1）被救援车辆为M4载荷，重量为：M1=329500（一列空车重）+312*60*8（一列乘客重）= 479260kg

（2）救援时前9辆车的总重为：M2=M1+38700（单车重）+312*60（单车乘客重）=536700kg

（3）救援时前9辆车在30‰的坡道上的分力为：F1=536700*9.8*0.03=157.8kN

（4）停放制动力取：F2=170kN

（5）车輛的起动阻力：F3=20kN

（6）启动加速度力：F4=536700*0.2=107.34kN

（7）曲线阻力：F5=（7000/300）*536.7t=12.53kN

根据以上计算，救援车靠近被救援车的头车二位端的理论最小受力为：F=F1+F2+F3+F4+F5=157.8+170+20+107.34+12.53 = 467.67kN。

如有必要，还应考虑一定的安全系数，例如1.2倍。

3 注意事项

（1）根据最恶劣受力工况的计算结果，对照所选用缓冲器的静态力-位移曲线，得出缓冲器在该力下的最大压缩量，此压缩量须用于贯通道的设计输入参数，以保证贯通道与车钩缓冲器匹配。

（2）力-位移曲线一定要采用静态曲线，不可以用动态曲线代替。因为有些缓冲器的静态特性和动态特性差别很大，例如气液缓冲器，其静态曲线很平缓，只要受力超过其初始动作力，就可能被一直压到底，造成贯通道损坏，而动态曲线随不同的冲击速度变化，不具备参考性。

（3）气液缓冲器设计时，尽可能保证其静态初始力达到200kN以上，减少特殊工况如救援时缓冲器过量压缩。

（4）须告知项目牵引设计人员，在救援工况下，一定要控制牵引力缓慢施加，启动加速度要低，否则，如果牵引力直接最大输出，救援车与被救援车之间产生冲击，极易造成车钩缓冲器瞬间压缩到底而造成贯通道损坏。

4结语

通过以上分析可以看出，车钩弹性缓冲器运用时的最大拉伸/压缩量影响因素很多，包括车辆状态、坡度、启动加速度、启动阻力、曲线附加阻力，缓冲器本身特性等，都会影响最终的缓冲器位移。设计时，应尽可能减小极限工况的车钩受力，以减少缓冲器位移，相应减少贯通道的设计难度。

设计贯通道时一定要对车钩弹性缓冲器可能出现的最大位移充分考虑，包括与一些水平曲线叠加的工况，都要在贯通道设计时考虑，并在试验中模拟验证。最终保证车钩弹性缓冲器与贯通道两者设计匹配。

参考文献：

[1]TB/T 1407-1998《列车牵引计算规程》[S].