林結(jié)良，李 冬

（南車眉山車輛有限公司，四川眉山620032）

鐵路貨車緩沖器技術(shù)及其評定標準分析

林結(jié)良，李 冬

（南車眉山車輛有限公司，四川眉山620032）

通過對美國、俄羅斯、歐州及我國鐵路貨車緩沖器技術(shù)及相關(guān)技術(shù)標準的介紹，對其相關(guān)的AAR、ГОСТ、UIC標準及我國鐵路行業(yè)有關(guān)貨車緩沖器評定、試驗驗證標準進行了對比分析，提出了我國鐵路貨車緩沖器發(fā)展方向及評定標準的改進建議。

緩沖器；試驗；標準；分析

緩沖器是鐵路機車車輛的重要部件，其主要作用是吸收列車運行或編組調(diào)車作業(yè)時機車與車輛、車輛與車輛間的縱向沖動能量，緩和車輛間的沖擊，降低車鉤縱向力，減輕車輛及所運貨物的損壞，改善列車縱向動力學(xué)性能；同時還可以降低由縱向沖擊力引起的車鉤橫向分力和車輛脫軌系數(shù)，從而提高列車運行的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，確保鐵路運輸安全。

緩沖器的性能直接影響著列車牽引噸位、運行速度、車輛總重、列車編組作業(yè)效率、貨物完好率等涉及鐵路運輸效率的經(jīng)濟指標和技術(shù)水平。評定緩沖器性能的主要技術(shù)參數(shù)是沖擊速度、最大阻抗力、容量、行程及能量吸收率。

當前世界上絕大多數(shù)國家的貨車車鉤緩沖裝置采用配備E型或F型的具有三態(tài)作用性能自動車鉤的AAR標準體系鉤緩裝置；俄羅斯、獨聯(lián)體國家和部分中亞國家采用配備CA－3型具有二態(tài)作用性能自動車鉤的ГОСТ標準體系鉤緩裝置；歐洲國家采用由鏈子車鉤和側(cè)緩沖器組成的UIC標準體系鉤緩裝置。

鉤緩系統(tǒng)的技術(shù)標準直接關(guān)系鐵路車輛車鉤、緩沖器的開發(fā)發(fā)展水平和發(fā)展動態(tài)，美國、俄羅斯和歐洲國家有關(guān)鐵路貨車鉤緩系統(tǒng)的開發(fā)評定標準體系各具特色，美國的鉤緩系統(tǒng)技術(shù)標準最為完善，形成了一系列獨立、完整的鐵路貨車緩沖器評定、驗證及相關(guān)生產(chǎn)維修資質(zhì)審查系列標準和標準體系，并且隨著技術(shù)的進步在不斷豐富、更新和完善；21世紀初，隨著鐵路貨車重載技術(shù)的發(fā)展，俄羅斯提出了研制新一代機車車輛的發(fā)展綱領(lǐng)，規(guī)定了新一代貨車的軸重、構(gòu)造速度和列車質(zhì)量4個等級的新標準、發(fā)布了貨車和機車用緩沖器的部門標準，規(guī)定了緩沖器的級別和性能指標要求，使貨車緩沖器得到較快的發(fā)展；歐洲鐵路主要發(fā)展快捷運輸，其符合UIC標準的鐵路貨車技術(shù)標準自成體系，鉤緩系統(tǒng)采用與自動車鉤系統(tǒng)完全不同的側(cè)緩沖器（或稱盤形緩沖器）和螺旋鏈子車鉤結(jié)構(gòu)，有關(guān)貨車緩沖器開發(fā)試驗驗證內(nèi)容自成體系，是研制側(cè)緩沖器的規(guī)范性技術(shù)文件。

北美AAR、俄羅斯ГОСТ和歐盟UIC相關(guān)標準對我國研究和開發(fā)新一代貨車緩沖器有較大的借鑒和參考價值，對提升我國鐵路貨車關(guān)鍵配件的技術(shù)水平，提高我國貨車緩沖器的試驗評定標準有著積極的推動作用。

1 國內(nèi)外鐵路貨車緩沖器技術(shù)及技術(shù)標準發(fā)展概要

1.1 美國鐵路緩沖器及相關(guān)AAR標準

美國作為世界鐵路重載運輸最為發(fā)達國家之一，是重載單元列車的發(fā)源地，美國重載運輸技術(shù)的發(fā)展對世界的鐵路重載運輸技術(shù)有著方向性的指導(dǎo)作用，其鐵路貨車緩沖器技術(shù)在國際上一直處于領(lǐng)先地位。符合AAR標準的緩沖器在美國、加拿大、澳大利亞、南非、巴西等重載運輸發(fā)達國家被廣泛采用，中國、俄羅斯等國家也開發(fā)應(yīng)用了類似的緩沖器。

許多年來，北美鐵路各種貨運設(shè)備上所采用的車體間連接裝置，大部分都是在19世紀后期出現(xiàn)的連接元件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。現(xiàn)代車鉤起源于1873年由詹尼（Jene）發(fā)明的鉤舌車鉤，具有能量吸收特性的緩沖裝置則是由1888年問世的韋斯汀豪斯（Westinghouse）的緩沖器發(fā)展而來的，這些裝置目前仍在大多數(shù)機車和車輛上使用。

（1）AAR緩沖器標準的形成與制定

1953年通過的M—901A規(guī)范（目前已廢止）是有關(guān)橡膠緩沖器的技術(shù)規(guī)范，與M－901相同，M－90l A要求適合625.5 mm標準緩沖器套口尺寸的緩沖器容量為24.4 kJ（18 000 ft－1b.）。

1954年通過的M—901B規(guī)范規(guī)定了使用過的緩沖器修理和分類及鑒定要求。

1959年制定的M—901D規(guī)范，要求在阻力不大于226.8 t（500 000 lb.）的情況下，最小容量為24.4 kJ。

同年通過的M—901F規(guī)范，確定了認證試驗中測量和記錄緩沖器阻力的儀器標準。

M—90lG緩沖器廣泛應(yīng)用于質(zhì)量在100 t以上的車輛上，如多節(jié)關(guān)節(jié)式車輛和用牽引桿連接的車輛。M—901G規(guī)范適用液壓、橡膠、膠泥或彈性體緩沖介質(zhì)的緩沖器或由這些緩沖介質(zhì)組合的摩擦緩沖器；M—901K規(guī)范主要適用于全液壓型和液壓氣動型緩沖器。適用總重70 t以下的輕型車輛。

通過AAR M—90lE或M—901G規(guī)范認證的普通緩沖器，至今仍在大量貨車上使用。盡管具有較長行程的液壓緩沖裝置可以對所裝載貨物提供更好的保護，但對于大多數(shù)車輛，尤其是對于運輸散裝貨物的車輛來說，采用普通緩沖器更為經(jīng)濟。

M—901系列試驗標準涵蓋包括緩沖器落錘試驗、沖擊試驗、靜壓試驗、耐久性試驗和堅固性試驗等試驗驗證的內(nèi)容。

1963年AAR規(guī)范首次涉及帶車端緩沖的液壓緩沖裝置，通過了M—921規(guī)范《貨車專用緩沖裝置》。對能夠在車鉤和車體之間任一方向上提供127 mm（5 in.）行程的所有緩沖裝置規(guī)定了要求。從此M—92l被劃分為一組相互關(guān)聯(lián)的系列標準規(guī)范，這些規(guī)范對各種類型的液壓緩沖裝置規(guī)定了相應(yīng)的要求［1］。

在北美緩沖器（M—901系列）和緩沖裝置（M—921系列）技術(shù)標準分別由緩沖器工程制造廠家委員會（DGMEC）和緩沖單元工程制造廠家委員（CUEMC）來制定，由北美鐵路協(xié)會緩沖和牽引系統(tǒng)委員會（C＆DSC）頒布實施。（DGMEC由來自于ASF－Keystone、Miner和Wabtec/Cardwell Westinghouse公司的代表組成；CUEMC由來自于ASF、Miner、FM Industries、Wabtec/Cardwell Westinghouse、American Hydraulics和Independent Draft Gear公司代表組成［2］）。

（2）美國貨車緩沖器技術(shù)發(fā)展概述

經(jīng)過多年的發(fā)展，美國鐵路貨車緩沖器形成了摩擦式鋼彈簧緩沖器、橡膠緩沖器、彈性體緩沖器、液壓緩沖器、鋼彈簧分別與橡膠、彈性體、液壓組合式緩沖器等多種類型的緩沖器系列產(chǎn)品。緩沖器的彈簧也由圓鋼彈簧、橡膠彈簧向新的高分子合成材料彈性體方向發(fā)展。目前在美國的貨車緩沖器市場中，摩擦式緩沖器占80%以上，液壓緩沖器和其他形式緩沖器約占20%［3］。

①美國貨車的主型緩沖器

美國貨車的主型緩沖器性能參數(shù)見表1。

②美國貨車緩沖器技術(shù)發(fā)展動態(tài)

American Hydraulics公司最近推出了一款符合M—901K標準的新型液壓緩沖器。這種密封的、免維護的緩沖單元據(jù)說能提供比傳統(tǒng)的緩沖器大3～5倍的容量，且反沖力很低。它裝在一個標準套口內(nèi)，行程為82.5 mm，最大容量為116.3 kJ，最大作用力為3 925 k N。

表1 美國主型緩沖器型號及性能參數(shù)

Independent Draft Gear公司還在開發(fā)一種采用復(fù)合材料殼體的輕型緩沖器。復(fù)合材料殼體可以大大減輕緩沖器的質(zhì)量。

WH.Miner公司推出的用于裝備牽引桿車輛的3種新型緩沖器能提供有限行程的緩沖。這些緩沖器具有25.4 mm的壓縮行程，222 k N的初壓力，能夠安裝于標準緩沖器套口內(nèi)。Draw Guard FS是為運煤車設(shè)計的全鋼摩擦單元，其質(zhì)量為145.9 kg，而該緩沖器的輕型同系列產(chǎn)品Draw Guard FT則組合了鋼摩擦單元和TecsPak彈性體彈簧單元，質(zhì)量為124.7 kg，這是Miner公司制造的最輕型緩沖器。該產(chǎn)品系列的另外一種緩沖器則是全彈性體的Drawmaster［2］。

1.2 前蘇聯(lián)及俄羅斯鐵路貨車緩沖器及相關(guān)標準

（1）貨運技術(shù)裝備及相關(guān)緩沖器技術(shù)標準概況

20世紀70～80年代以前，前蘇聯(lián)的貨車緩沖器技術(shù)和相關(guān)標準相對單一，貨車均為摩擦式緩沖器，可執(zhí)行的國家標準為前蘇聯(lián)內(nèi)務(wù)部國家標準委員會1976年12月2日第2691號決議批準的ГОСТ22253－76《1 520 mm鐵路車輛彈簧—摩擦緩沖器技術(shù)條件》。及全蘇車輛制造科學(xué)研究院編制的《緩沖器定期試驗和型式試驗方法》。ГОСТ22253－76標準僅對摩擦式緩沖器的制造、材料等進行了規(guī)定，是制造技術(shù)標準。緩沖器的參數(shù)、試驗驗證無統(tǒng)一的國家或行業(yè)標準規(guī)定，僅執(zhí)行設(shè)計圖紙和企業(yè)標準的規(guī)定。《緩沖器定期試驗和型式試驗方法》內(nèi)容過于簡略，可執(zhí)行性差，抽樣數(shù)量少，易形成試驗過程的隨意性，評估較為困難。

1979年開始前蘇聯(lián)對原有的運輸條件及技術(shù)裝備進行綜合改進提高，車輛的軸重由21 t提高到22.5 t和23.5 t，調(diào)車連掛速度提高到9 km/h，并按普通列車編組方式編組超長超重列車，開行了編組75輛車、列車牽引總質(zhì)量為6 000 t重載列車。隨著經(jīng)驗的積累和技術(shù)的成熟，在固定專用線路上組織開行了6 000～8 000 t超長超重列車，部分區(qū)段的列車質(zhì)量突破了萬t，有的甚至提高到1.6～1.8萬t。其貨車緩沖器還是以摩擦式緩沖器結(jié)構(gòu)形式為主，摩擦式緩沖器存在性能穩(wěn)定性差，行程小阻抗力大等不足，這一階段貨車縱向載荷的標準是拉伸力提高到2 500 k N，壓縮力提高到3 000 k N，但緩沖器容量卻沒有明顯增加，其性能指標不能滿足貨車發(fā)展的要求，緩沖器技術(shù)滯后于貨車重載技術(shù)的發(fā)展。

1980年以后，發(fā)布了СТССФЖТЦВ－ЦЛ09.04《車鉤緩沖裝置的緩沖器靜力試驗方法》、СТССФЖТЦВ－ЦЛ09.05《車鉤緩沖裝置的緩沖器落錘試驗方法》、СТССФЖТЦВ－ЦЛ09.06《車鉤緩沖裝置的緩沖器壽命試驗方法》、СТССФЖТЦВ－ЦЛ09.07《車鉤緩沖裝置的緩沖器沖擊試驗方法》和СТССФЖТЦВЦЛ09.09《車鉤緩沖裝置的緩沖器列車運用試驗方法》等緩沖器性能檢驗規(guī)范，涵蓋緩沖器靜壓試驗、落錘試驗、沖擊試驗、耐久性試驗和應(yīng)用可靠性。

2001年由俄羅斯全俄鐵路運輸科學(xué)研究院起草、聯(lián)邦交通部車輛局提出、聯(lián)邦交通部批準、2001年9月1日起實施的行業(yè)標準OCT32.175－2001《貨車和機車用緩沖器·通用技術(shù)條件》，是俄羅斯開發(fā)新一代鐵路貨車緩沖器的指導(dǎo)性和綱領(lǐng)性技術(shù)文件。

2001年12月俄羅斯聯(lián)邦交通部與俄羅斯聯(lián)邦工業(yè)與科技部分別批準了2002年3月1日起實施的經(jīng)過修訂和補充的《交通部1 520 mm軌距鐵路（非自行）車輛計算和設(shè)計規(guī)范》，對于新一代貨車和新一代緩沖器提出了具體要求。

（2）貨車緩沖器技術(shù)發(fā)展概述

前蘇聯(lián)和俄羅斯緩沖器的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下3個階段。

1951年以前是第1階段，這一階段車輛縱向載荷的標準是拉伸力800 k N，壓縮力1 000 k N。開發(fā)的都是彈簧摩擦式緩沖器。主要有貨車用圓柱形緩沖器和Щ－1－Т型緩沖器（Щ代表六角形，1代表第1方案，T代表箱體、摩擦楔塊、錐形壓蓋均經(jīng)過熱處理）。這幾種緩沖器行程均為70 mm，容量較小，且性能隨磨合程度而變化，很不穩(wěn)定。其中圓柱形緩沖器由于容量太小，已于1951年停產(chǎn)。

1952—1991年是第2階段，開發(fā)的貨車緩沖器都是摩擦式緩沖器，主要有Щ－1－TM，Щ－2－B，Щ－2－T，Щ－4－T，Щ－5－TO，Щ－6－TO，ПМК－110К－23和ПМК－110A等型號緩沖器。用于客車的則是橡膠金屬式緩沖器。

這一階段貨車縱向載荷的標準是拉伸力提高到2 500 k N，壓縮力提高到3 000 k N，但緩沖器容量卻沒有明顯增加，所以其性能指標不能滿足貨車發(fā)展的要求。

1992年至今是第3階段。21世紀以來，由于俄羅斯經(jīng)濟逐步回升，俄羅斯鐵路公司提出要研制新一代機車車輛，規(guī)定了貨物列車噸位新標準，發(fā)布了貨車和機車用緩沖器的部門標準，規(guī)定了緩沖器的級別和性能指標要求，使緩沖器得到較快的發(fā)展，其容量也有大幅度的提高。這一階段開發(fā)了兩類緩沖器：一類是彈性元件摩擦式緩沖器；另一類是彈性膠泥式緩沖器。如ПМКП－110、РТ－120型彈性元件摩擦式緩沖器、ГП－120A型液壓—彈性體組合式緩沖器，1991年俄羅斯開始研制彈性膠泥緩沖器，以適用于總重100 t的貨車，設(shè)計最大行程120 mm，最大動態(tài)阻抗力不大于2.5 MN，額定沖擊力為2 000 k N時容量不小于160 kJ，調(diào)車允許最大速度為15 km/h。如АПЭ－90型、АПЭ－95－УВЗ型、ЭПА－120和АПЭ－120－И型及73ZW型系列彈性膠泥緩沖器等型號［4］。

前蘇聯(lián)和俄羅斯貨車的主型車鉤緩沖器性能參數(shù)見表2。

表2 前蘇聯(lián)和俄羅斯主型緩沖器型號及性能參數(shù)

1.3 歐洲鐵路貨車緩沖器和UIC標準

由于歐洲大陸地形緊湊，經(jīng)濟融為一體，公路貨物運輸總量遠大于鐵路，因此，快捷的聯(lián)運服務(wù)是歐洲鐵路貨運的主要特色。歐洲鐵路其列車牽引質(zhì)量一般小于3 000 t。符合UIC標準的緩沖器主要用于歐洲鐵路聯(lián)盟內(nèi)部，其連接裝置采用螺桿鏈環(huán)式車鉤（亦稱鏈子鉤）與側(cè)緩沖器組成的UIC標準體系鉤緩裝置，牽引力系通過鏈子鉤和牽引緩沖器傳遞，而壓縮力則通過安裝在車輛底架端梁兩側(cè)的側(cè)緩沖器傳遞。我國鐵路貨車的連接裝置與北美、俄羅斯等國家一樣，均屬于沖擊—牽引式。車輛運行中作用于該裝置的所有牽引、壓縮力均通過自動車鉤和緩沖器直接傳遞至車輛底架。緩沖器是自動連接裝置中使貨車在壓縮、牽引載荷作用下受到保護的唯一部件。兩者結(jié)構(gòu)、受力方式差別較大。

國際鐵路聯(lián)盟在1981年制定了UIC 526－1和UIC 526－2標準，分別規(guī)定了行程為105 mm和75 mm緩沖器的技術(shù)規(guī)范。1992年7月制定了UIC 526－3標準，通過了行程為130 mm和150 mm的貨車緩沖器生產(chǎn)。在1985年和2008年以及1998年和2008年分別對UIC 526－1和UIC 526－3進行了兩次修訂，吸收了膠泥緩沖器的技術(shù)內(nèi)容，規(guī)范和批準了用于貨車的容量分別為30 kJ、50 kJ和70 kJ的A、B、C 3級緩沖器產(chǎn)品。是歐洲鐵路貨車緩沖器研發(fā)試驗驗證的基礎(chǔ)性技術(shù)文件。

盤形緩沖器的結(jié)構(gòu)形式主要從緩沖器減振介質(zhì)上來區(qū)分，和北美和俄羅斯緩沖器一樣一般有以下幾種類型：彈簧式、橡膠、液壓、液氣、高分子材料（彈性體、彈性膠泥）緩沖器及幾種緩沖介質(zhì)組合的組合式緩沖器。

盤形緩沖器采用彈簧式有多種形式，如早期的圓柱螺旋彈簧、截錐螺旋彈簧，由于能量吸收率幾乎為零，緩沖器容量低。后來出現(xiàn)的環(huán)簧形式緩沖器，由于環(huán)簧結(jié)構(gòu)本身既是彈性元件，又是摩擦元件，大大提高了能量吸收率，增加了緩沖效果，環(huán)簧形式緩沖器具有結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便、強度高的特點，現(xiàn)在的歐洲鐵路上仍在應(yīng)用此類緩沖器［5］。

現(xiàn)代盤形緩沖器大量采用高分子彈性體介質(zhì)，該緩沖介質(zhì)具有自重輕、容量大、性能穩(wěn)定和免維護等特點，是鋼彈簧緩沖器和橡膠緩沖器的換代產(chǎn)品。

UIC體系的盤形緩沖器與我國及北美、俄羅斯等的鐵路貨車緩沖器差別較大，但UIC有關(guān)貨車緩沖器的系列標準仍值得我們認真分析研究，特別是對緩沖器沖擊試驗、緩沖器疲勞、耐久性試驗驗證的理論分析和試驗方法值得我們研究和借鑒。

1.4 我國鐵路貨車緩沖器技術(shù)及相關(guān)標準

（1）鐵路行業(yè)有關(guān)緩沖器技術(shù)標準

我國鐵路普通貨物列車車輛中，緩沖器是一個較為突出的薄弱環(huán)節(jié)。從20世紀60年代至80年代初，我國列車的牽引質(zhì)量和運行速度一直發(fā)展比較緩慢，運用的車輛基本上是軸重18 t，載重50 t左右的貨車，對應(yīng)貨車用緩沖器主要是2號、3號和MX－1型緩沖器。調(diào)車編組作業(yè)速度為3 km/h，商業(yè)運行速度50～80 km/h。沒有一部完整統(tǒng)一的有關(guān)貨車緩沖器研發(fā)試驗方面的行業(yè)技術(shù)規(guī)范，貨車緩沖器屬美國30～40年代產(chǎn)品，技術(shù)性能落后，容量低，可靠性差，性能隨氣溫變化大，制約著鐵路運輸向提速和重載方向的發(fā)展。

20世紀80年以后，為扭轉(zhuǎn)我國鐵路運輸緊張和滯后的被動局面，加快國民經(jīng)濟發(fā)展，我國鐵路提出向提速、重載方向發(fā)展的目標。鐵路貨車整體技術(shù)水平得到一定發(fā)展，全面設(shè)計推廣應(yīng)用商業(yè)運行速度80 km/h，軸重21 t，載重60 t的貨車。緩沖器方面通過改進研究開發(fā)了G2型、MX－2型等貨車緩沖器。又通過引進借鑒，又相繼開發(fā)了ST型和MT型系列緩沖器，加快淘汰載重50 t貨車及老型號緩沖器。隨著緩沖器技術(shù)的進步，推動了相關(guān)技術(shù)標準的制訂、修訂步伐。

在這期間，先后頒布了TB/T 1961－1987《車輛緩沖器性能及落錘試驗方法》、TB/T 2221－1991《鐵道機車車輛非橡膠緩沖器基本參數(shù)與技術(shù)條件》、TB/T 2413－1993《鐵道貨車用緩沖器沖擊試驗方法與評定》、TB/T 2914－1998《貨車用橡膠緩沖器技術(shù)條件》和TB/T 2915－1998《鐵道貨車MT－2和MT－3型緩沖器技術(shù)條件》等5項有關(guān)貨車緩沖器開發(fā)試驗驗證的技術(shù)標準和規(guī)范，推動了我國貨車緩沖器技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)進步。

其中，TB/T 2914－1998標準與美國AAR M—901A—82規(guī)范基本相同，只是正式容量規(guī)定為35 kJ，較M—901A—82規(guī)范的24.3 kJ高出44%。TB/T 2915－1998標準與美國AAR M—901E—82規(guī)范基本相同。

進入21世紀，我國鐵路貨車重載提速技術(shù)取得很大進步，通用貨車載重已實現(xiàn)由60 t級向70 t級全面升級換代，運煤敞車載重已達80 t，通用線路普遍開行5 000～6 000 t貨物列車，大秦線開行了總重2萬t的重載列車。同時貨車緩沖器的研發(fā)也取得突破性進展，相繼開發(fā)了適合重載貨物列車運行的采用新型材料的大容量緩沖器。

為適應(yīng)大軸重貨物列車和大容量緩沖器發(fā)展的需要，2006年11月，對原TB/T 1961進行了全面修訂，廢除了TB/T 1961－1987、TB/T 2221－1991、TB/T 2413－1993、TB/T 2914－1998和TB/T 2915－1998標準。對上述涉及的相關(guān)緩沖器標準進行整合和替代，頒布了TB/T 1961－2006《機車車輛緩沖器》。

這是第一部比較全面完整有關(guān)我國鐵路機車車輛緩沖器研發(fā)、試驗驗證規(guī)范方面的行業(yè)技術(shù)標準。為開發(fā)研究我國現(xiàn)代化的鐵路貨車緩沖器提供了一部較為完善的技術(shù)法規(guī)。

（2）我國主型緩沖器概述

與國外鐵路貨車緩沖器比較，我國鐵路貨車緩沖器在綜合性能方面相對較差和落后，在數(shù)量和品種上也相對較少。目前我國主型貨車緩沖器應(yīng)用最為廣泛的是MT－2型、MT－3型、ST型緩沖器，均為干摩擦式鋼彈簧緩沖器，運用中還有部分2號緩沖器。大容量的HN－1型緩沖器、HM－1緩沖器和HM－2型緩沖器還在進一步推廣應(yīng)用中［6］。

我國應(yīng)用的主型緩沖器性能參數(shù)見表3。

表3 我國鐵路貨車幾種主型緩沖器性能參數(shù)

1.5 國際鐵路貨車緩沖器發(fā)展趨勢

美國、俄羅斯及歐盟等國鐵路貨車緩沖器經(jīng)過多年發(fā)展和不斷改進，形成了根據(jù)不同車輛使用要求而采用不同類型緩沖器的格局。如運輸易破碎、怕沖擊貨物的特種貨車車輛多裝用液壓緩沖器；但各主型貨車大多數(shù)使用的還是摩擦式緩沖器。由于摩擦式鋼彈簧緩沖器受其結(jié)構(gòu)空間的限制，容量增加幅度有限，大容量、高吸收率、低阻抗力以及免維護的非鋼摩擦緩沖器和組合式緩沖器以及鉤尾框從板集成一體式緩沖器將是國際重載車輛緩沖器的研究重點，并成為重載車輛緩沖器的新熱點。

2 我國鐵路貨車緩沖器行業(yè)標準與國際相關(guān)標準對比分析

國際鐵路車輛的連接系統(tǒng)主要有AAR標準體系、俄羅斯標準體系和UIC標準體系的鉤緩裝置：我國鐵路貨車鉤緩裝置與AAR標準體系相似。分析研究這些國外先進標準對提高完善我國鐵路貨車緩沖器研制試驗驗證標準的制訂、修訂水平，提高緩沖器應(yīng)用可靠性，提升我國貨車緩沖器技術(shù)水平，更好地滿足我國鐵路大軸重貨車和重載鐵路貨物運輸?shù)男枰兄e極作用。

2.1 國際相關(guān)標準對緩沖器性能參數(shù)的規(guī)定

（1）北美AAR對緩沖器性能技術(shù)參數(shù)的規(guī)定

美國AAR系列標準，并不是針對某一具體型號的緩沖器技術(shù)標準，而是以性能要求、試驗方法和判定標準為主的緩沖器技術(shù)標準，該系列標準規(guī)定了緩沖器各種技術(shù)參數(shù)的定義、試驗裝置的要求、被試緩沖器的選取和檢查、交貨狀態(tài)容量、正式容量、耐久試驗、堅固性試驗、運用試驗方法及步驟、判定標準以及緩沖器生產(chǎn)、銷售批準證書的批準過程等。美國標準規(guī)定了全面反映緩沖器性能及性能變化規(guī)律的交貨容量、正式容量、耐久試驗和堅固性試驗的名詞術(shù)語和各個試驗階段的緩沖器性能判定數(shù)據(jù)，這是其他國家緩沖器技術(shù)標準所沒有的。我國TB/T l961－2006緩沖器標準實質(zhì)上與美國AAR M90l相近。

（2）俄羅斯標準對貨車緩沖器性能分級和技術(shù)參數(shù)的規(guī)定

2001年由俄羅斯全俄鐵路運輸科學(xué)研究院起草、聯(lián)邦交通部車輛局提出、聯(lián)邦交通部批準、2001年9月1日起實施的行業(yè)標準OCT32.175－2001《貨車和機車用緩沖器·通用技術(shù)條件》，將緩沖器根據(jù)主要技術(shù)指標分為T0、T1、T2、T3共4個等級（如表4所示）。

表4 緩沖器各等級及技術(shù)參數(shù)［8］

2002年3月1日俄羅斯聯(lián)邦交通部與俄羅斯聯(lián)邦工業(yè)與科技部發(fā)布實施了《交通部1 520 mm軌距鐵路（非自行）車輛計算和設(shè)計規(guī)范》，對貨車等級進行了規(guī)定，新一代貨車分為如表5所示的4個基本等級，該標準對于新一代貨車和新一代緩沖器都提出了具體要求。

表5 俄羅斯鐵路貨車等級

在《交通部1 520 mm軌距鐵路（非自行）車輛計算和設(shè)計規(guī)范》中，俄羅斯對新開發(fā)鐵路貨車緩沖器參數(shù)及各種級別的緩沖器運用工況進行了詳細規(guī)定，是指導(dǎo)緩沖器應(yīng)用和未來緩沖器開發(fā)的技術(shù)法規(guī)和規(guī)范文件。

（3）國際鐵路聯(lián)盟UIC對緩沖器性能分級和技術(shù)參數(shù)的規(guī)定

歐洲貨車緩沖器主要按照行程進行分類，主要分為75 mm行程緩沖器、105 mm行程緩沖器、130 mm和150 mm行程緩沖器。其中75 mm行程緩沖器只在1985年1月1日前生產(chǎn)的貨車上裝用。最常用的為105 mm行程的緩沖器，130 mm和150 mm行程的緩沖器主要用于特種車輛。緩沖器按容量30 kJ、50 kJ和70 kJ分別分為A、B、C 3個級別緩沖器產(chǎn)品。UIC 526系列標準包含緩沖器沖擊試驗、靜壓試驗、耐久性試驗和高低溫環(huán)境試驗等性能檢驗規(guī)范。

2.2 緩沖器耐久試驗標準的規(guī)定及對比分析

在緩沖器研發(fā)中，容量是反映緩沖器性能的一個很重要參數(shù)，耐久性則反映緩沖器應(yīng)用壽命和可靠性的重要參數(shù)，而耐久試驗則是驗證緩沖器壽命的重要手段，各種標準對耐久試驗的輸入的總能量規(guī)定均有較大差異，下面通過對國際上鐵路貨車緩沖器研發(fā)試驗的主要標準體系對比特別是對緩沖器耐久試驗規(guī)定的對比分析，為緩沖器的可靠性設(shè)計提供一定的依據(jù)。

（1）AAR對緩沖器耐久試驗的規(guī)定

AAR系列緩沖器標準中，不同標準對緩沖器耐久試驗應(yīng)該輸入的總能量有不同的規(guī)定。M—90l A、M—901D、M—901E規(guī)定耐久試驗輸入的總能量為33.8 MJ；M—90lC規(guī)定耐久試驗輸入的總能量為47.4 MJ；M—90l G、M—901H雖然沒有直接規(guī)定耐久試驗應(yīng)輸入的總能量，但規(guī)定了耐久試驗中落錘的錘高和落錘的次數(shù)，對于特定型號的緩沖器，可以計算出落錘試驗輸入的總能量；M—901K規(guī)定耐久試驗由落錘試驗和液壓循環(huán)試驗構(gòu)成，落錘試驗中雖然未規(guī)定輸入的能量，但對特定的緩沖器.可以由錘高和落錘的次數(shù)計算出落錘試驗輸入的能量，液壓循環(huán)試驗中直接規(guī)定了輸入的總能量為47.4 MJ［7］。

除M—901K要求耐久試驗采用落錘和液壓循環(huán)兩種方法外，其他標準中對耐久試驗都按落錘試驗考核。

（2）俄羅斯標準對緩沖器耐久試驗的規(guī)定

俄羅斯標準OCT 32.175規(guī)定，對新研制的緩沖器，其輸入的總能量應(yīng)不小于250 MJ，耐久試驗后緩沖器應(yīng)無故障。故障的標準是緩沖器失效（完全喪失工作能力）或緩沖器額定容量的降低達到緩沖器容量標準值的30%。

摩擦式緩沖器磨合狀態(tài)的試驗過程中.允許總加載次數(shù)的0.5%出現(xiàn)卡死情況，而液壓式和彈性膠泥式緩沖器不允許卡死［8］。

（3）UIC標準對緩沖器耐久試驗的規(guī)定

UIC的緩沖器標準在我國的普及程度相對不高，對緩沖器的要求與我國標準區(qū)別較大。

UIC 526－1規(guī)定耐久試驗可以用80 t貨車在軌道、模擬線路上做沖擊試驗或進行落錘試驗；而UIC526－3則規(guī)定耐久試驗可以用80 t貨車在軌道、模擬線路上做沖擊試驗或在壓力機上做壓縮試驗。2個標準都要求耐久試驗后的動態(tài)容量不低于耐久試驗前的80%，并且在耐久試驗過程中，不得使緩沖元件過熱。不管采用什么樣的試驗方法，都按表6規(guī)定的能量譜做3個循環(huán)。

表6 UIC 526規(guī)定的緩沖器耐久試驗的能量譜

按照UIC標準.對于動態(tài)容量大于靜態(tài)容量的流體類緩沖器，由于壓力機的壓縮速度通常低于沖擊試驗的壓縮速度，所以如果在壓力機上做耐久試驗，則輸入的總能量要低于按沖擊試驗計算的總能量。

UIC 526－1和UIC 526－3對耐久試驗的規(guī)定也稍有不同：UIC 526－3規(guī)定表1中的We代表沖擊試驗中測得的緩沖器的容量；而UIC 526－l規(guī)定We代表緩沖器的額定容量。

UIC 526－1和UIC 526－3都對氣液緩沖器試驗前后氣體的壓強降低幅度作了規(guī)定，要求試驗后氣體的壓強不得低于試驗前的90%。

UIC 526－1對于有氣體密封的緩沖器、UIC 526－3對于阻抗力與壓縮速度相關(guān)的緩沖器以及具有密封元件的緩沖器，還要求做附加的密封性試驗［10-11］。

2.3 我國鐵道行業(yè)標準及對緩沖器性能和耐久試驗的規(guī)定

我國鐵路有關(guān)機車車輛緩沖器研發(fā)、試驗驗證規(guī)范的行業(yè)技術(shù)標準是TB/T 1961－2006《機車車輛緩沖器》。該標準對緩沖器性能進行了分類；增加了快速貨車、機車及機車專用緩沖器的內(nèi)容；與AAR M－901E標準一致，采用標準12 t落錘機的試驗程序，廢除原標準用4 t、5 t落錘機的試驗程序的要求。

TB/T 1961－2006《機車車輛緩沖器》對緩沖器耐久試驗的要求總體上與AAR標準基本相同。在耐久試驗中，把緩沖器分為用容量評定的緩沖器、液壓緩沖器、彈性膠泥緩沖器組及用沖擊試驗評定的緩沖器幾類。用容量評定的緩沖器根據(jù)其容量不同，輸入的總能量為33.8×k，MJ，［k為換算系數(shù)，k＝緩沖器容量kJ/50 kJ］。液壓緩沖器和彈性膠泥緩沖器輸入的總能量為33.8×1.4×k MJ。用沖擊試驗評定的緩沖器耐久試驗則由規(guī)定的幾段落錘試驗程序和1 000次額定容量的錘擊組成［12］。

2.4 各國緩沖器標準中耐久試驗要求的對比

考察一個標準對緩沖器可靠性評價的重要指標就是輸入的總能量。表7從總能量的角度出發(fā)，比較了各種標準對我國定型緩沖器耐久試驗輸入的總能量。

從表7可以看出，對于我國定型的緩沖器，UIC標準和俄羅斯標準在耐久試驗過程中輸入的能量最多。其中，對于容量50 kJ以下的緩沖器，按照俄羅斯標準耐久試驗輸入的能量多，而對于容最大于50 kJ的緩沖器，則是按照UIC標準耐久試驗輸入的能量多。由于俄羅斯新造緩沖器的容量都在50 kJ以上，所以如果對俄羅斯的緩沖器做耐久試驗，則按UIC標準輸入的總能量要比按俄羅斯標準輸入的總能量多。

按照我國鐵道行業(yè)標準和AAR標準對緩沖器做耐久試驗，兩者輸入的總能量均相對較少。

表7 各種標準對我國定型緩沖器耐久試驗輸入的總能量的對比［13］MJ

2.5 緩沖器落錘容量試驗標準對比

美國AAR標準和我國TB標準都要求針對用容量評定的緩沖器進行落錘容量試驗，包括初始容量落錘試驗（交貨容量試驗）、正式容量落錘試驗（法定容量試驗），歐洲UIC標準未要求進行落錘容量試驗。

在進行落錘容量試驗時，美國AAR標準規(guī)定交貨落錘容量不小于法定容量的83%，在1/2行程時容量不得低于全行程的20%，被試驗的5套緩沖器中個別緩沖器的容量與5套容量的平均值之差不得大于± 20%；我國規(guī)定初始容量不低于正式容量的80%，在1/2行程時容量不得低于全行程的25%，被試驗的5套緩沖器中任一套緩沖器正式容量不應(yīng)比5套緩沖器的正式容量的平均值高出或低出15%。

2.6 緩沖器沖擊試驗標準對比

美國AAR標準和我國均要求用沖擊速度評定的緩沖器進行沖擊試驗，歐洲UIC標準要求各類緩沖器均進行沖擊試驗。UIC標準在沖擊試驗沖擊工況的選擇等相對比較完善全面，判定標準比較嚴格。

3 建議與設(shè)想

3.1 對我國鐵路貨車緩沖器技術(shù)標準的建議

通過上述貨車緩沖器技術(shù)及相關(guān)標準比較分析，可以看出，我國緩沖器技術(shù)及相關(guān)標準與國際水平尚有一定差距。在相關(guān)技術(shù)標準方面，我國TB標準相對比較粗放，有必要進行細化和完善，用科學(xué)先進的技術(shù)標準推動緩沖器技術(shù)發(fā)展，指導(dǎo)鐵路貨車緩沖器的開發(fā)。建議開展如下工作：

（1）加強相關(guān)緩沖器性能試驗及研究工作，研究完善試驗方法及評價規(guī)范。根據(jù)我國鐵路運行工況適當提高耐久試驗輸入的總能量，可參考UIC標準和俄羅斯標準相關(guān)內(nèi)容。

（2）建議在標準中應(yīng)根據(jù)緩沖器主要技術(shù)指標對緩沖器進行等級劃分，不同用途的貨車規(guī)定應(yīng)選用不同等級的緩沖器。對危險貨物車輛及貴重物品運輸車輛的緩沖器應(yīng)特別規(guī)定，為新一代緩沖器的開發(fā)指明發(fā)展方向。

（3）完善細化緩沖器的裝車運行試驗要求，應(yīng)規(guī)定緩沖器運行試驗的列車總重和車輛總重要求，并可適當參考AAR的相關(guān)標準。

3.2 我國鐵路貨車緩沖器技術(shù)發(fā)展設(shè)想

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，鐵路重載運輸技術(shù)得到大力發(fā)展，鐵路貨車運營條件發(fā)生了巨大變化，貨車運行速度、載重量提高，牽引質(zhì)量、編組車輛數(shù)量增大，縱向沖擊呈非線性增長，周轉(zhuǎn)天數(shù)減少，使用頻率提高，特別是取消貨車輔修修程，延長貨車廠、段維修周期和關(guān)鍵件的質(zhì)量保證期等改革深化措施，以及車輛布局調(diào)整等措施的實施，都對鐵路貨車及其零部件的技術(shù)性能和使用安全可靠性提出了新的更高要求。因此，應(yīng)根據(jù)我國鐵路運輸?shù)奶厥馇闆r和鐵路貨車具體運營條件，研究和開發(fā)不同需要的各型緩沖器或緩沖單元，設(shè)想如下：

（1）根據(jù)貨車牽引質(zhì)量、運輸工況、運輸介質(zhì)不同，開發(fā)和配置不同級別、不同種類的緩沖裝置。

（2）開發(fā)研究符合相當于AAR M－901K標準或俄羅斯T2、T3級別的大容量液壓緩沖器，滿足裝運貴重貨物、危險貨物、小汽車運輸?shù)葌€性化運輸要求。

（3）開展新型高分子彈性體或彈性膠泥介質(zhì)的組合式緩沖器開發(fā)研究，改善車輛縱向動力學(xué)性能，改善安全可靠性。

（4）開展鉤尾框、從板集成一體式緩沖系統(tǒng)研究，滿足專用車輛需要，減輕車輛自重，增加運能。

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Analysis on Railway Wagon Bumper Technology and Assessment Standards

LIN Jieliang，LI Dong
（CSR MeiShan Rolling Stock Co.，Ltd.，MeiShan 620032 Sichuan，China）

This paper introduces different bumper technologies and standards of railway wagons in China，USA，Russia and Europe.Based on the analysis on the differences of these standards（AAR，ГОСТ，UIC and TB）description about the test and assessment of bumpers used on railway wagons，some suggestions are proposed for improving the assessment standards and the developing direction for Chinese rail-bumper is pointed out.

bumper；test；standard；analysis

U270.34

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.02

1008－7842（2014）01－0008－09

0—）男，教授級高級工程師（

2013－09－06）

文章編號：1008－7842（2014）01－0017－06