重载货车用缓冲器选型的研究及分析

刘诚波

(中国铁路济南局集团有限公司 青岛机车车辆监造项目部，山东 青岛 266031)

目前我国铁路货车装用的缓冲器主要为MT-2型缓冲器，其他如2号缓冲器、G2型缓冲器、MX与ST系列缓冲器已基本淘汰完毕。MT-2型缓冲器是从20世纪90年代初通过原中华人民共和国铁道部技术审查后开始在我国广泛装用的一种摩擦/弹簧式缓冲器，用于取代容量和稳定性不足的MX-1型缓冲器[1]。为了满足我国铁路货运载重不断提升的要求，2006年开发了性能更好的HN-1型缓冲器，目前主要在部分特种货车和动力集中动车组上使用。

1 HN-1型与MT-2型缓冲器性能分析与主要技术参数对比

MT-2型缓冲器是一种摩擦/弹簧式缓冲器，通过楔形角放大弹簧力与摩擦力形成缓冲器阻抗力并吸收能量，容量达到50 kJ， 满足7 km/h的安全连挂速度要求，该类缓冲器经济性好，在1992年得到推广应用。HN-1型缓冲器是采用高性能弹性胶泥芯子作为吸能元件的缓冲器，具有优良的动态性能[2]。

HN-1型与MT-2型缓冲器的主要技术参数见表1。从技术参数上看， HN-1型缓冲器的冲击速度和容量均显著优于MT-2型缓冲器。HN-1型缓冲器的容量比MT-2型缓冲器的设计容量大30 kJ；在保持最大阻抗力2 270 kN不变的条件下，HN-1型缓冲器优良的性能曲线使其动态性能比MT-2型缓冲器有显著提高。另外，HN-1型缓冲器的行程为73 mm，可以安装在钩肩间隙为76 mm、车体强度为2 270 kN的货车上。

表1 HN-1型与MT-2型缓冲器主要技术参数

图1为HN-1型与MT-2型缓冲器落锤性能曲线。从结构特征上看，MT-2型缓冲器的性能取决于金属零件之间的摩擦特性，金属零件摩擦副之间的摩擦因数具有较大的离散性，受压过程中摩擦副特有的“黏着-滑动”造成其性能曲线呈振荡状态，因此，MT-2型缓冲器的性能不稳定，且不仅不同批次MT-2型缓冲器的性能相差很大，即使是同批次甚至同一套MT-2型缓冲器落锤试验时的特性曲线也没有重复性。而HN-1型缓冲器的特性曲线取决于弹性胶泥与活塞杆之间的节流特性，同样试验条件下性能十分稳定，个体差异极小。

图1 HN-1型与MT-2型缓冲器落锤性能曲线

对HN-1型缓冲器进行冲击试验，在冲击车与被冲击车质量均为100 t、阻抗力均为2 270 kN条件下，HN-1型缓冲器的最大冲击速度达到了10.2 km/h，比MT-2型缓冲器高出近30%。图2 为HN-1型缓冲器冲击试验曲线(冲击速度10.2 km/h)。

图2 HN-1型缓冲器冲击试验曲线(冲击速度10.2 km/h)

由于MT-2型缓冲器阻抗力特性的个体差异，在成对使用时很容易出现一侧缓冲器动作频繁而另一侧缓冲器不动作或两侧动作幅度不同的情况，从而导致故障率增加。另外，在运用中对称布置的缓冲器楔形摩擦块两翼的阻抗力形成差异也会对缓冲器稳定性造成一定影响。2008年中国铁道科学研究院进行的车钩稳定性环行线试验报告表明，楔形摩擦块式缓冲器在压钩力较大的情况下有导致安全性参数恶化的倾向，然而采用圆柱导向的胶泥缓冲器在所有工况下的表现均稳定可靠。

2 连挂仿真分析

缓冲器的性能主要与连挂工况和列车运行工况相关，列车运行工况又与列车总重、编组方式、制动机性能、车钩间隙、操纵方式等诸多因素有关。除紧急制动和低速缓解等工况外，一般情况下连挂工况的车钩力比运行工况的车钩力都要小[3]。本文重点以连挂工况对缓冲器适应性要求进行仿真计算。

连挂工况中，多辆车与多辆车连挂、1辆车与1辆车连挂的车钩力相差不是很大，因此以2辆总重均为92 t的货车连挂为计算条件进行仿真。分别装用HN-1、MT-2型缓冲器的车辆在连挂工况下车钩力与车体纵向加速度的仿真分析结果见表2。从连挂仿真分析结果可以看出：HN-1型缓冲器抗冲击效果优于MT-2型缓冲器。

表2 分别装用HN-1、MT-2型缓冲器在连挂工况下车钩力与车体纵向加速度仿真分析结果

3 试验

3.1 冲击试验

车辆分别装用HN-1型、MT-2型缓冲器进行试验，实测的车钩力和车体纵向加速度情况见表3。 试验结果显示，HN-1、MT-2型缓冲器冲击试验均能满足设计要求，MT-2型缓冲器达到最大阻抗力2 270 kN时，冲击速度为8～9 km/h；HN-1型缓冲器达到最大阻抗力2 270 kN时，冲击速度大于10 km/h，表明HN-1型缓冲器抗冲击效果更优。

表3 分别装用HN-1、MT-2型缓冲器进行冲击试验实测的车钩力和车体纵向加速度对比

3.2 重载列车试验

2005年在大秦线多次进行了2万t重载列车试验，试验中在车钩力最大部位之一的中间机车分别装用了MT-2型缓冲器和HN-1型缓冲器。从试验结果看，HN-1型缓冲器实测的车钩力和车体纵向加速度比MT-2型缓冲器要小且柔和。这说明HN-1型缓冲器比MT-2型缓冲器更能有效减小列车的车钩力和车体纵向加速度，能更好地保护车体和货物，从而减小机车的车钩力，保护机车和车载设备。

4 货车缓冲器选型分析

4.1 冲击适应性分析

从仿真计算和冲击试验的结果看，在连挂工况下，MT-2型缓冲器的车钩力比HN-1型缓冲器的车钩力都要大。在5～8 km/h的冲击速度下，MT-2型缓冲器比HN-1型缓冲器车钩力增加20%左右，车体纵向加速度增加50%左右；在9～10 km/h的冲击速度下，MT-2型缓冲器已经无法满足要求。

《铁路技术管理规程》规定：连挂作业的速度为5 km/h，而通过现场调研，发现连挂作业速度在8 km/h左右的很多，有的达到10 km/h。在8 km/h以上的冲击速度下，MT-2型缓冲器已经无法满足要求，而HN-1型缓冲器可满足9 km/h以上的冲击速度要求，最大可满足10 km/h的冲击速度，从而有利于保护机车车辆、车载设备和装运的货物。

4.2 对钩尾框裂损和车体磨耗的影响

从MT-2型缓冲器和HN-1型缓冲器性能特性可知，在车辆运行时，MT-2型缓冲器摩擦副特有的“黏着-滑动”造成性能曲线呈振荡状态，加速度幅值明显超过HN-1型缓冲器，性能存在较大不确定性，会给钩尾框磨损与车体磨耗带来不利影响。从对已装用HN-1型缓冲器的黄磷罐车的调研情况可以看出，由于其良好的缓冲作用，与缓冲器接触的各个部位的磨损都非常轻微(图3)，这也验证了装用HN-1型缓冲器的车体在运用中车钩力小和稳定性优良。而且，对运用近9年的HN-1型缓冲器进行了返厂检修，检修结果显示其情况良好，磨损较轻，配套的车钩、钩尾框均未发现裂纹和异常磨耗。

图3 黄磷罐车上装用HN-1型缓冲器的磨损情况

4.3 综合经济成本分析

从仿真分析与试验结果可以看出，采用HN-1型缓冲器的车辆运行时的车钩力水平较低，对车体与车载设备、货物具有良好的保护作用，可有效减轻钩尾框出现裂纹的倾向，减少钩尾框、缓冲器与从板、托板间的磨耗；由于HN-1型缓冲器的金属零部件具有30年使用寿命，约是MT-2型缓冲器16年寿命的2倍，尽管单个缓冲器成本比MT-2型缓冲器高，但从机车车辆整体生命周期中来看，其综合经济性更好；采用HN-1型缓冲器的配套车钩、钩尾框因阻抗力低且稳定，裂损倾向小，磨耗轻，运用安全性高，维修费用低，在日常检修中维修任务小，维修成本低，且检修周期可由2年延长到4年，经济效益明显提高。

5 结束语

综上所述，MT-2型缓冲器由于其制造误差、运用条件的差异，导致性能不稳定；个体差异大，性能离散度高，同一套缓冲器在相同工况下性能差别也很大；而且随着运用时间的增加，金属摩擦面的摩擦状态也发生变化，导致缓冲器性能进一步降低。而HN-1型缓冲器产品的性能一致性好，个体差异小，是一种性能更可靠的缓冲器。因此，在HN-1型缓冲器已获得小批量装车运用业绩的情况下，建议扩大HN-1型缓冲器的装车运用范围，实施进一步性能确认。