有轨电车前端缓冲器吸能性能的试验研究.pdf
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1、车辆与动力技术2023年第2 期Vehicle&Power Technology文章编号:1 0 0 9-46 8 7(2 0 2 3)0 2-0 0 6 0-0 5总第1 7 0 期有轨电车前端缓冲器吸能性能的试验研究钟波,宋德松,罗昌杰,黄科1(1.深圳市乾行达科技有限公司创新研究院,深圳51 8 1 0 1;2.深圳市建材交易集团有限公司,深圳51 8 0 0 0)摘要:前端缓冲器是有轨电车车头缓冲吸能系统的第一级能量吸收单元,用于吸收低等级碰撞能量,吸能完成后可自动复位、重复使用,为了验证所研制的缓冲器是否满足轨道车辆装车的严苛性能要求,通过对TB1961-2016标准进行解读,梳理出
2、有轨电车前端缓冲器的性能要求及测试方法,并对该类缓冲器产品样件的结构性能及吸能性能进行了系统的试验研究研究结果表明,所研制的1 0 0 mm行程1 5kJ容量有轨电车前端缓冲器满足静压测试、动态容量测试、耐久性试验以及高低温环境测试等性能要求,符合装车条件.关键词:有轨电车;缓冲器;吸能性能;试验分析中图分类号:U482.1Experimental Study on Absorption Performance of Tram BumperZHONG Bol,SONG Desong;(1.Innovation Research Institute of Shenzhen Cansinga Te
3、chnology Co.,Ltd.,Shenzhen 518101,China;2.Shenzhen Building Materials Trading Group Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China)Abstract:The front buffer is the first level energy absorption unit of the tram energy absorption system,which is used to absorb the low-level collision energy,and can reset automatical
4、ly and be reused whenthe energy absorption is completed.Toverify whether the buffer meets the stringent performancerequirements of rail vehicles,we sort the performance requirements and test methods of the front buffer ofthe tram referring to the standard of TB1961-2016,and then test the structural
5、performance and energyabsorption performance of the buffer sample systematically.The research results show that the frontbumper of the tram with a stroke of 100 mm and a capacity of 15 kJ meets the performance requirementsof the static pressure test,dynamic capacity test,durability test,and temperat
6、ure test,which meets theloading conditions.Key words:Tram;Buffer;Energy absorption performance;Experimental analysis有轨电车因为行驶在开放道路上,与侵人轨道的其它物体相撞的几率,相比行驶在封闭道路的高速列车、地铁等要大很多,有轨电车与汽车、摩托车、行人、人力车等障碍物发生碰撞的情况在国内外均时有发生,此外,不同物体的质量差别很大,碰撞能量等级区间跨度大,因此,为降低维修成本,有轨电车前端防爬吸能器经常采用弹性缓冲器+塑性吸能器的二级组合吸能结构,其中第一级弹性缓冲器在作用后可自动
7、回弹复位、重复使用,第二级文献标识码:ALUO Changjie,HUANG Kel塑性吸能器作用后发生永久变形,不可自恢复低等级能量撞击时仅缓冲器起作用,无需大修即可快速投入运营;高等级能量撞击时,缓冲器和吸能器同时工作,需整体更换后方可再次投人运营.Steven WK i r k p a t r i c k 教授团队的Robert T.Bocchieri、R o b e r t A.M a c Ne i l l 等2-3 在团队研究基础上对轻轨车辆的前端防护吸能装置进行研究,设计了一种中心安装吸能装置的分段式前端缓冲吸能系统通过有限元仿真分析,改进了前端缓冲吸能收稿日期:2 0 2 3-0
8、 1-1 5作者简介:钟波(1 9 8 9),男,工程师,研究方向为交通车辆被动安全防护技术研究第2 期系统的结构及外形轮廓证明该缓冲吸能系统能有效提高轻轨车辆与乘用汽车的碰撞兼容性,适应更复杂的碰撞场景王林海4 研究了城市有轨电车与汽车的碰撞行为及乘员保护,设计了有轨电车两级缓冲吸能系统,针对一级缓冲吸能系统的缓冲器刚度和防护罩外形进行优化,最终得到碰撞兼容性效果最好的一级缓冲吸能系统,并对优化前后结果进行对比分析,发现优化后的前端缓冲吸能系统的碰撞兼容性和安全性得到提升宋自帅等5 对常州有轨电车前端模块进行了研制,设计开发了适用于常州有轨电车的前端模块装置,通过各项型式试验验证了该前端模块
9、满足车辆的设计使用要求王玉梅等6 对轻轨列车用缓冲器动态阻抗特性进行了研究,采用动力学的分析方法确定了动态阻抗特性改变前后的列车纵向冲动量,提出在满足性能和安全要求的前提下,可以降低根据城轨车辆标准得到的缓冲器的动态阻抗力和容量.以上研究主要针对轻轨或有轨电车前端的整个缓冲吸能系统的碰撞兼容性、系统刚度、碰撞过程动力学特性等进行分析,采用的主要是有限元方法,对吸能装置缺少全面的实验验证,且动力学研究也无法验证耐久性、环境适应性等特征,存在产品长期安装后性能失效无法实现预期设计功能的风No.试验名称1静压试验2正式容量试验-50/2 4h 保温后立即落锤;3-50低温试验3锤内达到距离压并0.2
10、 5mm+50/2 4h 保温后立即落锤,4+50高温试验3锤内达到距离压并0.2 5mm5耐久性试验钟波等:有轨电车前端缓冲器吸能性能的试验研究1.1产品规格型号根据车辆运行工况,经列车整车厂商进行碰撞能量管理分析后给出的技术需求,文中所设计有轨电车前端缓冲器需要满足的主要规格参数如表1.表1 有轨电车前端缓冲器规格参数行程/mm动态触发力/kN最大动反力/kN100751.2测试方法目前,对于有轨电车前端缓冲器产品,国内并没有出台明确的测试标准,经查询,对于列车用缓冲器产品的测试方法,国内主要参考的标准为TB/T1961-2016铁道车辆缓冲器7 ,主要测试项目包括静压、高低温、落锤(容量
11、、耐久性)试验,考察缓冲器的行程、力、容量、可靠性等技术指标,见表2.表2 有轨电车前端缓冲器主要测试内容试验要点设备不大于5mm/s静压静压机见表312t落锤低温箱+1 2 t落锤不小于常温容量的7 0%高温箱+1 2 t落锤不小于常温容量的9 0%检验卡死、泄漏等情况,自由高度变化不超过6 mm;单次落锤1 0 0 0 次左右12t落锤 61险基于以上情况,文中采用实验方法对有轨电车前端缓冲器的主要性能进行研究.1有轨电车前端缓冲器的性能指标容量/KJ25015判定标准无卡死、破坏容量经验值E=0.75mv/8耐久性标定容量不小于正式容量的8 0%或高出50%;任一试件标定容量不应比各试样
12、的均值偏差1 0%其中,落锤测试需采用专用设备一缓冲器测试用12吨试验台进行,该设备具备自动绘制缓冲器滞回曲线以及缓冲器容量、吸收率等特征参数的计算功能.2试验分析2.1丝结构形式本次测试采用深圳市乾行达科技有限公司自制的胶泥式缓冲器产品其结构形式如图1 所示,主要由缓冲器芯子、外壳组成:其中,缓冲器芯子为核心元件,主要由缸体、活塞杆、活塞盘、密封组件以及封闭其中的胶泥材料等组成整个产品制造完成后缓冲器总长为430 mm,符合标准要求.作为核心材料的弹性胶泥热塑性弹性体弹性胶泥材料是一种高黏度、可压缩、可流动的未经硫化的有机硅化合物,在-8 0+2 50 范围内具有较62高的稳定性,并且无臭、
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