作为铁路货车钩缓装置的重要组成部分,缓冲器对于缓解列车纵向冲击、保护车体和货物安全具有举足轻重的意义。传统的缓冲器设计是根据实际运用中遇到的问题,结合已有应用经验、关键参数估计和样机试验经验的改进过程,设计过程粗糙,理论系统性不强,迫切需要用现代设计方法更准确高效地完成设计。本文首先建立了MT-2型缓冲器详细的理论力学分析模型。通过研究MT-2型缓冲器的结构及工作原理,推导建立了基于实际物理结构的加载、卸载过程共四个阶段的准静态力学模型;结合几何关系,对缓冲器各部件之间的位移关系进行推导,建立了缓冲器装车后的准静态阻抗力模型;并推导了缓冲器的自锁条件。在此基础上,分析各运动部件间的速度关系并引入由速度和4个独立参数描述的摩擦系数建立白箱缓冲器动力学模型,进而在MATLAB中建立起基于实际物理参数的列车冲击数值仿真模型,这是本文的主要创新点之一;将多组冲击速度下的试验数据与仿真数据进行对比,冲击过程中4个主要性能指标的最大误差在10%以内,最小误差仅0.21%,并对引起误差的可能原因进行了分析。随后,基于所建立的白箱调车冲击仿真模型,研究了外部因素和内部因素对列车纵向冲击特性的影响,为检验缓冲器性能和研究其优化提供依据。研究表明,当冲击和被冲击车数都大于3时,冲击过程中4个特性指标的数值改变微乎其微可以认为不变,从经济的角度,在实际试验中可用2车冲击3车的工况来对缓冲器的性能进行测试;随着冲击速度和车辆质量的增大,除吸收率无明显变化外,其他指标均线性或非线性增大,现行参数的MT-2型缓冲器已难以满足更大车重和冲击速度的需求;缓冲器楔块各接触角对车辆冲击特性的影响显著性顺序为:γ>α>β。最后,对准静态下各性能指标及10个影响因素进行分析研究,确定优化目标为最小化冲击过程中摩擦系数变化对力传递系数ψ2的影响,建立起缓冲器优化数学模型;采用遗传算法和内罚函数法联合求解,并通过MATLAB全局优化工具箱进行对比印证。优化后缓冲器在各性能指标上均有显著改善,准静态额定容量增大30.2%,单车冲击工况下车钩力降低9.5%,缓冲器行程减小6.5%,吸收率提高2.4%;2车冲3车、6车冲6车工况下的缓冲器改善同样显著;此外,在其他条件不变的情况下,优化后的缓冲器将许用调车冲击速度和许用车重分别提高7.1%和20%,对于提高调车作业效率和顺应铁路货运重载化发展趋势具有重要意义。研究表明将最优化方法用于摩擦式缓冲器的参数改进是明显有效的,本文所建立的模型、研究过程以及优化结果对其他货车主型缓冲器亦有重要参考借鉴意义。