淡红升

(中国铁路总公司　机辆部, 北京 100844)

弹性胶泥缓冲器是铁路缓冲器技术发展到一定水平的产物，其采用的弹性胶泥材料是一种固液两态的材料，具有优良的可压缩性和稳定的理化特性。由于其具有流体的特性，所以在低速冲击下表现为较低的阻抗力，而在高速冲击下又能吸收较多的冲击动能。其优异的动静态特性是目前各种吸能形式里最优的。弹性胶泥缓冲器对改善列车纵向力和纵向冲动具有明显的作用。能极大地减轻机车车体和车载零部件的损伤、延长其疲劳寿命。

和谐机车用弹性胶泥缓冲器有用于货运的100-1型缓冲器和用于客运的103-1型缓冲器。100-1型缓冲器从2005年开始在大秦线2万吨列车上试装车，一直担当大秦线HXD1型机车的2万t运输任务，由于其良好的性能表现，后来应用于铁路干线的主型和谐机车。103-1型缓冲器从2013年开始在HXD1D及HXD3D型机车上投入运用，其良好的性能有效的保障了机车的安全运营。100-1型缓冲器和103-1型缓冲器的外观见图1。

图1　缓冲器外形照片

1　不同吸能模式缓冲器的特点

与金属摩擦式缓冲器(MT-2、MT-3及HM-1)相比，由于金属摩擦式缓冲器靠金属面之间的互相摩擦吸收能量，而金属摩擦面的摩擦系数具有不稳定性，摩擦系数的大小具有不确定性，摩擦面具有黏滞-滑动的随机性，所以表现出来的性能具有很大的不稳定性。

与弹性体式缓冲器相比，弹性体缓冲器能量吸收率低，同等位移和阻抗力下容量小，吸收的能量少。不同吸能模式缓冲器的特性曲线比较见图2。从图2可以看出，胶泥类缓冲器的动态曲线最为饱满。

图2　不同种类缓冲器的特性曲线比较

图3和图4列举了100-1型、103-1型胶泥缓冲器和MT-2型摩擦式缓冲器在动态试验过程中的实测曲线，可以看出胶泥缓冲器吸能曲线非常饱满，而MT-2型缓冲器动态曲线波动较大。

图3　两种胶泥缓冲器动态曲线

图4　MT-2型缓冲器动态曲线

100-1型缓冲器已经装用于HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD2C、HXD3、HXD3B、HXD3C、SS4等型重载和客货运机车，其广泛的应用基于其优异的性能，在大秦线重载运输的条件下，通过理论计算、动力学试验和实际运用发现100-1型缓冲器与MT-2金属摩擦式缓冲器相比能够有效地降低车钩力和减轻列车纵向冲动。主要表现在以下几个方面：

(1)同样在121辆编组的2万t组合列车条件下，100-1型缓冲器在紧急制动工况下的最大纵向力和最大冲动均有明显改善；在常用全制动工况下的最大冲动有所改善。

(2)在同样线路、列车编组和相同操纵方式的条件下进行比较：在长大坡道循环制动时，100-1型弹性胶泥缓冲器改善最大车钩力的效果为16%～40%，并有利于改善最大冲动，从而有利于减轻车辆和钩缓装置的疲劳破坏。

(3)100-1型弹性胶泥缓冲器有利于改善重载组合列车中部机车的纵向冲动：装有100-1型弹性胶泥缓冲器的中部机车的纵向力和加速度较小；在循环制动时，100-1型弹性胶泥缓冲器的行程较大。这种柔性较好的特点有利于改善中部机车的纵向冲动。

(4)100-1型缓冲器对改善列车纵向力和纵向冲动作用具有明显的作用。能极大地减轻机车车体和车载零部件的损伤、延长其疲劳寿命。

2008年进行的HXD1型机车车钩稳定性环形线试验表明：采用100-1型缓冲器进行试验的钩缓装置工作状态稳定，对机车运行安全性参数未产生不利影响，而采用摩擦式缓冲器则导致车钩偏角加大，导致运行安全性参数恶化。因此，机车上采用MT-2类型的摩擦式缓冲器是对机车来讲是不安全的，所以和谐型机车已经不再采用MT-2类型的摩擦式缓冲器。

2　胶泥缓冲器泄漏原因分析

虽然弹性胶泥缓冲器的性能优良，但在部分路况较恶劣的区域容易发生泄漏故障，主要集中在HXD1D、HXD3D和货运新八轴等型机车，其密封可靠性还需进一步提高。缓冲器的失效原因为弹性胶泥芯子泄漏，发生泄漏的部位是弹性胶泥芯子的动密封位置，即活塞杆往复作用部位，胶泥缓冲器密封结构示意图见图5。

图5　胶泥缓冲器密封 结构示意图

从耐久试验及运用现场返回来的密封件看，密封件的主要故障模式是动态密封件裂损。密封件裂损的现象说明机车在运用过程的特定条件下，密封强度不能完全适应线路复杂的运用条件的需要。需要从结构上或从材料上入手，来提高密封强度。

缓冲器发生泄漏后，在胶泥完全泄漏的极端情况下，导致缓冲器没有压力，在运用现场的表现是缓冲器在车体的前后从板座内出现了间隙，由于缓冲器箱体、钩尾框及前从板的存在，缓冲器不会从车钩安装套口内脱落，也不会造成列车的分离。

3　100-1型缓冲器的密封结构改进方案

从实际运用来看，绝大多数HXD1型机车用100-1弹性胶泥缓冲器的失效形式为胶泥芯子活塞杆附近的动态密封圈位置的胶泥泄漏所致，因此在这个薄弱环节增加了一组备份密封，密封圈的数量也有所增加。

改进后胶泥芯子动密封处的结构较原结构有较大的区别，新结构中为了增加密封件的个数，加长了上端盖的轴向长度，上端盖加长后在动密封处的组合动密封由原先的一处改为两处。密封结构改进的结构示意图见图6。

改进动密封后胶泥芯子的缓冲性能与原弹性胶泥芯子的缓冲性能一致，装用这两种不同密封结构芯子的100-1弹性胶泥缓冲器整机的外形尺寸及与车体接口均完全相同，不影响100-1弹性胶泥缓冲器整机的装车。

图6　100-1型缓冲器的密封结构改进方案示意图

在包西、太原北等采用新八轴机车的机务段，由于线路工况相对恶劣，牵引吨位较大，原结构的部分缓冲器出现了泄漏故障，采用密封结构改进方案后，在包西机务段和太原北机务段装用新密封结构的缓冲器已经经过了一个C4修程，目前已经运用了60万km，尚未发生泄漏故障，说明在新八轴等机车上装车运用取得了比较好的效果。100-1型缓冲器密封结构改进前后运用情况对比见表1。

表1　100-1型缓冲器密封结构改进前后运用情况对比

4　103-1型缓冲器的密封结构改进方案

103-1型缓冲器从2013年开始装车，在早期有部分机车的车钩悬臂较长，缓冲器泄漏故障较多，改进车钩悬臂以后，缓冲器泄漏故障率有较大程度下降，但仍有部分缓冲器存在泄漏故障。针对103-1缓冲器胶泥芯子泄漏问题，根据试验室耐久验证试验结果，设计了胶泥芯子的密封结构由1级改为2级的方案。

改进后新结构中增加密封件的个数，在动密封处的动密封由原先的一处改为两处，由单一密封改成组合密封。密封结构改进的结构示意图见图7。

图7　103-1型缓冲器的密封结构改进方案示意图

密封结构改进方案从2016年开始陆续在兰州、沈阳等机务段投入运用，取得了较好的使用效果。以兰州为例，密封结构改进前在机车运用30万km左右时即发生较多缓冲器的泄漏故障，而密封结构改进后的缓冲器，已经运用70万km多，尚未发生泄漏故障。103-1型缓冲器密封结构改进前后运用情况对比见表2。

表2　103-1型缓冲器密封结构改进前后运用情况对比

5　缓冲器的密封材料优化方案

为了进一步提高缓冲器103-1型缓冲器的密封寿命，在已经运用证明有效的密封结构改进结构基础上，设计了密封材料优化方案。密封材料优化方案不改变缓冲器的安装套口和动、静态性能，只对胶泥芯子的密封材料进行设计优化，缓冲器芯子的金属件都保持不变，共选取了7种不同的密封材料，每种密封材料方案3个样件。

为了真实反映103-1缓冲器的运用工况，于2016年3月进行了线路测试，测试区间从延安—西安和西安—徐州往返，按照测试的线路载荷谱对原型结构、密封改进结构和密封材料优化方案的弹性胶泥芯子进行室内耐久寿命测试。效果最好的密封材料优化方案的循环次数已经超过了C5修程要求，相当于在线运用超过110万km。

6　结论与建议

(1) 弹性胶泥缓冲器较金属摩擦式和弹性体式缓冲器优点比较明显，建议机车缓冲器选型时尽量采用性能优良的弹性胶泥缓冲器。尤其是调车机车，对缓冲器动态特性要求较高，更应选用弹性胶泥缓冲器。

(2) 采用金属摩擦式缓冲器容易导致车钩偏角加大，导致运行安全性参数恶化，建议机车缓冲器选型不采用MT-2类型的金属摩擦式缓冲器。

(3) 鉴于密封改进方案的运用效果比较好，建议在新造及C4、C5等修程时推广密封结构改进的100-1型和103-1型弹性胶泥缓冲器，以提高其耐久性和可靠性。

(4) 完成密封材料优化方案的缓冲器疲劳试验后，试制缓冲器样机，择机对密封材料优化的100-1型和103-1型弹性胶泥缓冲器进行装车运用考验。