车钩缓冲器强度及动力学性能研究

摘要

车钩缓冲器是地铁车辆的重要部件，连接相邻车辆，并且传递和缓冲列车在运行或在调车作业时所产生的牵引力和纵向冲击力，保证乘客在乘车时的舒适度。地铁在运行过程中频繁制动，车钩上的载荷也频繁的变化，为确保地铁运行的安全性，必须对车钩主要受力部件进行强度的分析。
　　 地铁调车作业时，运动车辆以恒定的初速度连挂静止的车辆，实现相邻两个车钩的自动连挂。在连挂过程中，车钩端面产生纵向冲击力，短时间内冲击力急剧增大，研究在不同编组下调车的最大冲击力和缓冲器性能对车辆的安全有重要的指导作用。
　　 本文首先介绍了车钩缓冲器的研究背景和国内外研究水平、车钩缓冲器的工作原理，对车钩的主要受力部件做强度分析并对结构进行优化设计；其次在不同速度下做车钩连挂分析；最后分析在不同工况调车作业中车钩缓冲器的特性。
　　 根据设计的要求建立车钩主要受力部件的三维模型，按照材料的等效疲劳强度进行静强度分析；对车钩薄弱的地方进行结构改进和分析优化，使其满足强度的要求；运用有限元方法对钩体进行了模态分析，保证车钩不会因为车体振动而与其发生共振、产生断裂。
　　 缓冲器缸体作为缓冲介质的载体，需要对缓冲器的缸体做强度和工作压力的分析，并计算缸体内部不同位置的工作安全系数，保证其安全工作。
　　 将装配好的车钩模型导入ADAMS中，定义材料性能、给车钩不同部件间添加运动副，在不同的速度下做连挂分析，根据最大冲击力、角加速度曲线，得出最大冲击力和连挂速度的关系，运用冲量传递的方法分析不同速度下最大冲击力产生的原因，并计算最大的接触压力。
　　 在ADAMS中建立不同编组下调车模型，缓冲器用弹簧代替，车体和车钩分别用质量块代替，按刚性体处理。根据缓冲器静压曲线和冲击试验曲线归纳缓冲器阻尼力与速度的关系公式，并编制缓冲器阻尼力的样条函数曲线。研究在相同速度下，不同车辆编组和连挂面上最大冲击力以及缓冲器行程的关系，得出在调车作业中应使静车编组数和动车编组数相差最大的结论；计算冲击分界面上缓冲器的能量和吸收率，运用冲量方法和功能原理分析仿真结果。
　　 文章最后，在调车模型上给静车加摩擦，研究在相同速度、不同车辆编组下，车钩连挂面上的最大冲击力，冲击分界面上缓冲器的行程、能量和吸收率。
　　 通过分析得出以下结论：车钩主要受力部件满足强度要求；车钩不会因为车体振动而与其发生共振；最大冲击力和连挂速度成线性关系；地铁调车作业中，动车编组数应小于静车编组数，动车编组数越少，车钩上的最大冲击力越小，缓冲器的行程越短，缓冲器冲击分界面上的吸收率越高。