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摘 要：介绍了一种高分子弹性体与多组摩擦元件串联组合的新型缓冲器设计原理，并应用有限元方法对新型缓冲器进行静压试验仿真。研究表明该新型缓冲器在保持原组合缓冲器优点的基础上，能有效的提高缓冲器的能量吸收率，为新型多组金属摩擦元件串联组合缓冲器的研发提供有价值的参考。
关键词：高分子弹性元件；串联组合缓冲器；静压试验仿真；有限元；能量吸收率
在目前国内外应用的货车缓冲器中，根据国标TB/T1961-2006《机车车辆缓冲器》的标准，按照缓冲吸能方式可以分为全钢摩擦式缓冲器、橡胶缓冲器、弹性胶泥缓冲器、液压缓冲器和组合缓冲器。对于缓冲器来说能量吸收率是一个重要的指标，然而，这种缓冲器的吸收率在70%左右，不能满足现代机车车辆对缓冲器高能量吸收率的要求。本文中研究的是一种新型的缓冲器，在原本高分子弹性缓冲器的基础上增加多组串联的摩擦楔块组件，从而增加楔块与壳体内壁的产生摩擦消耗部分冲击能量，进而提高高分子弹性缓冲器的能量吸收率。
本文将介利用有限元软件分别对一组、两组串联摩擦楔块元件进行仿真研究，从而证明新型缓冲器的高能量吸收率，并为新型缓冲器样机生产提供有价值的参考与指导。
一、两组摩擦元件串联组合缓冲器的组成、设计原理和摩擦元件的能量吸收率
本文主要研究的缓冲器是一种高分子弹性元件与两组摩擦元件串联组合缓冲器，包括外形为方柱形且内腔为圆柱形的壳体1、一组金属隔片2、一组高分子弹性元件3、两组楔形块4、两个空心圆台5、一个空心圆柱压块6、一根心轴7、螺母8和螺母放松片9，具体装配关系如图1所示。
该新型缓冲器与原组合缓冲器的主要区别在于增加了两组串联的摩擦元件，从而加大了楔块与壳体内壁的接触面积，在压块受到轴向载荷的作用时，楔块与壳体内壁接触部分产生摩擦，消耗更多的冲击能量，所以，该新型缓冲器比现有组合缓冲器具有更高的能量吸收率。
经过理论的计算得出，随着楔形角的增大，下行效率逐渐减小，也就是说摩擦元件消耗的能量越来越多，缓冲器的容量越大，但是综合考虑到楔形角对缓冲器机构中主要零件强度的影响，经过分析后取楔形角为55°比较合理，此时一组摩擦元件的效率为82%，摩擦元件的能量消耗率为18%，则两组串联的摩擦元件的效率为67.2%，摩擦元件的能量消耗率为32.7%。
二、新型缓冲器的有限元静压试验仿真
对新旧缓冲器进行静压试验的有限元仿真，对新旧缓冲器在行程相同时主要零部件的应力和能量吸收率等情况进行对比分析。
（一）新型缓冲器静压试验摩擦损耗率分析
有限元静压试验仿真，可得到相关的能量输出值，摩擦損耗的能量为EFD，外载荷所做的功为EW，通过读取仿真结果和计算可得出，只有一组摩擦元件时摩擦损耗占总能量的18.8%，有两组摩擦元件时摩擦损耗占总量的31.8%，同时可以看出外力做的功逐渐增加。
（二）新型缓冲器静压试验仿真主要零件等效应力分析与对比
接下来，分别在两种新型缓冲器达到最大位移122mm时，对其等效应力云图进行对比分析。
三、结语
经过对两种新型缓冲器的静压试验仿真，从仿真结果中可以得出摩擦元件组数越多，外力做的功越多，并且摩擦消耗的能量占总能量的比例越多，通过对比，理论计算结果和仿真结果基本一致。只有一组摩擦元件时的缓冲器摩擦损耗占总能量的18.8%，有两组摩擦元件时的缓冲器摩擦损耗占总量的31.8%。通过比较两种缓冲器受载时的静压曲线，可以看出第二条曲线与横坐标所围成的面积比第一条曲线与横坐标围成的面积大，即第二种缓冲器比第一种缓冲器承受的冲击能量更多。从仿真结果的等效应力云图中看出，主要零件的最大等效应力都有所增加，但是第二种缓冲器比第一种缓冲器的能量吸收率提高了13%，且主要零件的等效应力满足材料的强度要求。
参考文献：
[1]邹稳根.国内外机车车辆用车钩缓冲器发展综述[J].国外机车车辆工艺.2006，（03）
[2]任玉君，陈凯，宋国文，刘凤刚.关于机车车辆缓冲装置的选型分析[J].铁道车辆.2009，（05）
[3]大连交通大学.高分子弹性元件与金属摩擦元件组合缓冲器[P]，专利号：201510736219.2，发文序号：2015110400439840，专利申请日期：2015.11.03。
关键词：高分子弹性元件；串联组合缓冲器；静压试验仿真；有限元；能量吸收率
在目前国内外应用的货车缓冲器中，根据国标TB/T1961-2006《机车车辆缓冲器》的标准，按照缓冲吸能方式可以分为全钢摩擦式缓冲器、橡胶缓冲器、弹性胶泥缓冲器、液压缓冲器和组合缓冲器。对于缓冲器来说能量吸收率是一个重要的指标，然而，这种缓冲器的吸收率在70%左右，不能满足现代机车车辆对缓冲器高能量吸收率的要求。本文中研究的是一种新型的缓冲器，在原本高分子弹性缓冲器的基础上增加多组串联的摩擦楔块组件，从而增加楔块与壳体内壁的产生摩擦消耗部分冲击能量，进而提高高分子弹性缓冲器的能量吸收率。
本文将介利用有限元软件分别对一组、两组串联摩擦楔块元件进行仿真研究，从而证明新型缓冲器的高能量吸收率，并为新型缓冲器样机生产提供有价值的参考与指导。
一、两组摩擦元件串联组合缓冲器的组成、设计原理和摩擦元件的能量吸收率
本文主要研究的缓冲器是一种高分子弹性元件与两组摩擦元件串联组合缓冲器，包括外形为方柱形且内腔为圆柱形的壳体1、一组金属隔片2、一组高分子弹性元件3、两组楔形块4、两个空心圆台5、一个空心圆柱压块6、一根心轴7、螺母8和螺母放松片9，具体装配关系如图1所示。
该新型缓冲器与原组合缓冲器的主要区别在于增加了两组串联的摩擦元件，从而加大了楔块与壳体内壁的接触面积，在压块受到轴向载荷的作用时，楔块与壳体内壁接触部分产生摩擦，消耗更多的冲击能量，所以，该新型缓冲器比现有组合缓冲器具有更高的能量吸收率。
经过理论的计算得出，随着楔形角的增大，下行效率逐渐减小，也就是说摩擦元件消耗的能量越来越多，缓冲器的容量越大，但是综合考虑到楔形角对缓冲器机构中主要零件强度的影响，经过分析后取楔形角为55°比较合理，此时一组摩擦元件的效率为82%，摩擦元件的能量消耗率为18%，则两组串联的摩擦元件的效率为67.2%，摩擦元件的能量消耗率为32.7%。
二、新型缓冲器的有限元静压试验仿真
对新旧缓冲器进行静压试验的有限元仿真，对新旧缓冲器在行程相同时主要零部件的应力和能量吸收率等情况进行对比分析。
（一）新型缓冲器静压试验摩擦损耗率分析
有限元静压试验仿真，可得到相关的能量输出值，摩擦損耗的能量为EFD，外载荷所做的功为EW，通过读取仿真结果和计算可得出，只有一组摩擦元件时摩擦损耗占总能量的18.8%，有两组摩擦元件时摩擦损耗占总量的31.8%，同时可以看出外力做的功逐渐增加。
（二）新型缓冲器静压试验仿真主要零件等效应力分析与对比
接下来，分别在两种新型缓冲器达到最大位移122mm时，对其等效应力云图进行对比分析。
三、结语
经过对两种新型缓冲器的静压试验仿真，从仿真结果中可以得出摩擦元件组数越多，外力做的功越多，并且摩擦消耗的能量占总能量的比例越多，通过对比，理论计算结果和仿真结果基本一致。只有一组摩擦元件时的缓冲器摩擦损耗占总能量的18.8%，有两组摩擦元件时的缓冲器摩擦损耗占总量的31.8%。通过比较两种缓冲器受载时的静压曲线，可以看出第二条曲线与横坐标所围成的面积比第一条曲线与横坐标围成的面积大，即第二种缓冲器比第一种缓冲器承受的冲击能量更多。从仿真结果的等效应力云图中看出，主要零件的最大等效应力都有所增加，但是第二种缓冲器比第一种缓冲器的能量吸收率提高了13%，且主要零件的等效应力满足材料的强度要求。
参考文献：
[1]邹稳根.国内外机车车辆用车钩缓冲器发展综述[J].国外机车车辆工艺.2006，（03）
[2]任玉君，陈凯，宋国文，刘凤刚.关于机车车辆缓冲装置的选型分析[J].铁道车辆.2009，（05）
[3]大连交通大学.高分子弹性元件与金属摩擦元件组合缓冲器[P]，专利号：201510736219.2，发文序号：2015110400439840，专利申请日期：2015.11.03。