MT―2型缓冲器楔块结构强度分析

摘 要：基于有限元分析软件ANSYS，建立了mt-2型缓冲器重要结构楔块的有限元模型，并对其进行网格划分、加载和计算，分析楔块在车钩缓冲系统缓冲列车最大压缩冲击时的应力场，并校核楔块的强度。结果显示，楔块符合强度设计要求。

关键词：MT-2型缓冲器；楔块；强度；有限元

中图分类号：TG316

世界各国发展重载运输的经验表明，车钩缓冲装置作为牵引传动关键技术之一，其性能好坏直接影响列车运输货物的质量[1]。目前，我国铁路货车广泛使用MT-2型弹簧摩擦式缓冲器和HM-1型弹性胶泥摩擦式缓冲器，深入系统研究缓冲器的结构，对改进现有缓冲器的性能，提高缓冲器的设计、制造、应用和维护技术，具有重大的工程实际意义。

1 MT-2型缓冲器及楔块

陈雷等[2]通过对国内外重载货车缓冲器的发展趋势和存在问题的分析，结合大秦线重载列车运输试验结果的研究，对我国重载货车缓冲器的主要性能参数的选取、试验及评定方法提出了建议。目前MT-2型缓冲器性能勉强满足长大重载列车的使用需要，应采用新型缓冲器代替；在普通重载货车上可继续使用MT-2型缓冲器。

MT-2型弹簧摩擦式缓冲器由箱体、摩擦机构和弹性元件组成，摩擦机构采用两楔块、单压头带两动板的摩擦机构，弹性元件采用多组钢弹簧，箱体不直接参与摩擦作用。缓冲器结构如图1所示。

当缓冲器受到冲击时，中心楔块和楔块沿着固定斜板滑动，同时夹紧动板。当楔块移动到一定距离后和动板一起移动，这时动板、固定斜板和外固定板构成一组摩擦机构，消耗吸收一部分动能，并共同推动弹簧座共同压缩弹性胶泥体和角弹簧，将一部分冲击动能转化为弹簧的弹性势能。当缓冲器卸载时复原弹簧借助弹力使中心楔块复位，防止卡滞[3]。

2 楔块模型

采用自下向上的建模方法[4]：输入点坐标创建关键点由这些关键点创建线由这些线创建面由这些面创建体。楔块的几何模型如图2所示。

楔块的材料为40CrMnMo合金钢，弹性模量为2.06*1011GPa，泊松比为0.3。模型共划分两种单元类型：体单元采用Solid-20 Node 95划分体单元；作用力的平面采用Surface Effect-3D Structural 154划分面单元。

3 应力结果分析

《铁道车辆强度设定及试验鉴定规范》中有关于车辆最大纵向力的规定，最大纵向力为2500kN[3]。根据力学分析可知楔块各受力面的受力情况[5]，经加载及约束处理后可计算应力分布如图4所示。

楔块最大应力值为711MPa，发生在与中心楔块摩擦面与楔块顶部之间的位置；其次在楔块中部应力也较大，其应力值范围是316MPa-553MPa；其他部位所承受的应力都比较小。MT-2型缓冲器楔块结构的材料为40CrMnMo，这种材料的抗拉强度和屈服极限分别为：抗拉强度σb=980MPa，屈服极限σs=785MPa，因此楔块符合强度设计要求。

4 结论

车辆承受最大纵向力时，缓冲器楔块承受的最大应力为711MPa，小于其材料的屈服极限785MPa，满足强度设计要求。楔块是MT-2型缓冲器摩擦系统的重要结构，该摩擦系统主要由中心楔块、楔块和弹簧座构成，该结构与MT-3、HM-1、HM-2等型缓冲器的摩擦系统类似，对楔块进行强度分析不仅对于了解MT-2型缓冲器强度性能及其重要，而且有助于辅助分析其他结构类似的缓冲器。

通过试验手段校核强度的方法受到被测试结构空间的限制，该方法不适合用于深入探测拥挤的缓冲器内部结构受力后的应力响应，有限元分析是实用而且可靠的手段，通过对楔块进行有限元数值模拟分析，可以得到楔块结构任何部位的应力、应变及变形情况，为楔块的结构优化设计及新型缓冲器的研发提供理论上的有益参考。

参考文献：

[1]吴礼本.国内外货车缓冲器发展趋势简评[J].铁道车辆，1995，33（6）：29-32.

[2]陈雷，姜岩，孙蕾.关于重载铁路货车缓冲器技术的研究[J].铁道车辆，2007，45（8）：6-13.

[3]严隽耄，傅茂海.车辆工程（第三版）[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[4]尚晓江.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用（第二版）[M].中国水利水电出版社，2008.

[5]金春梅.HM-1型缓冲器楔块结构强度分析[D].大连：大连交通大学学士学位论文，2010.

作者简介：张军（1979-），男，辽宁盖州人，讲师，博士，研究方向：力学。

作者单位：大连交通大学辽宁省载运工具先进技术重点实验室，辽宁大连116028

基金项目：辽宁省高等学校科研计划项目（LS2010030）；铁道部科技研究开发计划课题（2012J012-F）。