CRH1A型动车组自动车钩工作原理及故障分析.doc

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第51页西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）CRH1A型动车组自动车钩工作原理及故障分析年 级:2008级 学 号:20087739 姓 名:李富国 专 业:铁道车辆 指导老师:王海军 2012年6月院 系 峨眉校区机械工程系 专 业 铁道车辆 年 级 2008 姓 名 李富国 题 目 CRH1A型动车组自动车钩工作原理及故障分析 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计（论文）任务书班 级 2008级铁道车辆 学生姓名 李富国 学 号 20087739 发题日期：2012年2月27日 完成日期：毕业当年的 6月15日题 目 CRH1A型动车组车自动车钩工作原理及故障分析 1、本论文的目的、意义 目前，我国铁路正处在高速发展阶段，动车组在引进加拿大、德国、法国、日本的技术后，通过消化、吸收，已逐渐掌握了关键技术，并设计、生产了拥有自主知识产权的动车组。而动车组投入商业运营的时间不长，需要监测各运行阶段的状态，发现运行中出现的问题。自动车钩是用于多重列车车组的编组连接，其可靠性是行车安全的保障，因此有必要对其工作原理和检修记录进行分析，找出故障及其原因，提出解决方案，以确保运行的安全。 2、学生应完成的任务 通过对CRH1A型动车组的自动车钩工作原理、载荷传递、运行情况进行分析，列出常见故障，并分析其原因，提出解决方案。具体任务如下： （1）毕业论文一本； （2）六千外文字符的翻译； （3）绘制CRH1A型动车组自动车钩的三维图； （4）使用软件对CRH1A型动车组自动车钩的强度进行计算与校核。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分收集资料及实习，确定设计思路和设计方法 (2周) 第二部分完成六千外文字符的翻译 (1周) 第三部分分析CRH1A型动车组自动车钩的运用情况及常见故障 (1周)第四部分分析CRH1A型动车组自动车钩的构造与工作原理 (2周)第五部分分析自动车钩的载荷传递情况，并确定其载荷值 (1周)第六部分绘制自动车钩三维图 (2周)第七部分利用软件对自动车钩进行强度计算与校核 (3周)第八部分提出CRH1A型动车组自动车钩的故障解决方案 (2周)第九部分毕业论文的书写 (2周)备 注 参考文献：（1）车辆工程；（2）CRH1A型动车组；（3）机械设计；（4）动车组牵引与制动；（5）高速动车组总体及转向架 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日 摘 要CRH1A型动车组自动车钩通常用于连接两列短编动车组，承受来自列车的纵向作用力，其性能关系到CRH1A型动车组运行的安全性和平稳性。CRH1A型动车组的检修人员需要对其自动车钩的构造、工作原理有深入的认识，并能分析其故障，寻求解决故障的方法。本文分析了CRH1A型动车组自动车钩机械连接、电气连接和空气管路连接主要部件的结构及其作用，待挂、连接和解钩三态作用的工作原理，绘制了CRH1A型动车组自动车钩的三维造型。对自动车钩进行受力分析，采用有限元分析软件建立主要受力件的分析模型，计算在规定的两种工况时的静强度，通过计算得出应力较大的部件及其位置，这也是自动车钩可能会出现问题的部位，然后对自动车钩进行机械损伤分析。对壳体和钩头内部关键零件进行了模态分析，判定车钩不会产生共振。根据其关键位置容易出现的不同问题，将故障分为脆断、机械故障、解钩故障以及电气故障进行分析，并给出相应的解决措施。提出了日常维护时的注意事项。根据理论的分析，CRH1A型动车组自动车钩不存在设计缺陷，只要确保日常检修的符合规范，就能保证自动车钩的安全实用，从而降低事故的发生率。关键词： 动车组；自动车钩；工作原理；强度；故障AbstractThe EMU CRH1A type automatic coupler is usually used to connect two short compilation of EMU, and to withstand the longitudinal forces from the train. Its performance is related to the security and smooth of the type of CRH1A. Maintenance staff should be familiar with the automatic couples structure and working principle, and analysis its failure to seek a solution to the failure.This paper analyzes the EMU CRH1A type automatic coupler mechanical connection, electrical connections and air pipe to connect the main components of the structure and function, to be hung, connecting and uncoupling tri-state the role of the hook of the reconciliation works as well, and then the paper has drawn the automatic coupler CRH1A type EMU three-dimensional shape. The paper has finited element analysis software to establish the mainly affected components analysis model to calculate the static strength in the provisions of the two conditions, obtained by calculating the stress components and their locations, where problems may arise, Then this paper has analyzed the automatic couples. Modal analysis of the key parts of the shell and inside the hook has been done, to determine the coupler does not produce resonance. According to its key location prone to different problems, the fault is divided into brittle fracture, mechanical failure, the failure of the uncoupling and electrical failure analysis. At last ,the paper gave and gives the corresponding solutions, and precautions for routine maintenance.According to the theoretical analysis, the EMU CRH1A type automatic coupler design flaw, as long as routine maintenance to ensure compliance, we can guarantee the security utility of the automatic coupler, thereby reducing the incidence of accidents.Keywords：CRH1 EMU; automatic coupler; working principle; strength checking; breakdown目 录第1章 绪论11.1 本文背景与意义11.2 本文主要内容2第2章 自动车钩结构及工作原理42.1 概述42.2 机械连接装置52.2.1 钩头52.2.2 钩身62.2.3 闭锁装置82.2.4 解钩气缸92.2.5 缓冲装置92.2.6 连接卡环102.3 电气连接装置102.3.1 电动端头112.3.2 控制机构112.4 压缩空气连接装置122.4.1 制动空气管路122.4.2 主风缸空气管路和解钩管路连接142.5 车钩三态作用原理142.6 自动车钩技术规范162.7 本章小结17第3章 自动车钩损伤理论分析183.1 自动车钩受力分析183.1.1 自动车钩钩头各部件受力183.1.2 缓冲装置受力过载分析213.2 车钩有限元强度校核233.2.1 概述233.2.2 零件实体造型253.2.3 各部件校核数据及结果283.3 模态分析333.3.1 概述333.3.2 分析条件设定343.3.3 结果处理353.4 本章小结37第4章 损伤和故障及其解决方案384.1 机械失效分析384.1.1 机械失效常见形式和分析384.1.2 机械失效的原因394.1.3 失效分析的意义和设备使用中应注意的问题394.2 自动车钩机械损伤分析404.2.1 低应力脆断404.2.2 整体断裂414.2.3 自动车钩零件表面的破坏424.3 机械故障424.3.1 连挂故障434.3.2 解钩故障及车钩分离434.4 空气连接部件故障444.5 电气头操作和电气头故障44结论及展望46致 谢47参考文献48第1章 绪论1.1 本文的背景与意义2007 年 4 月 18 日，中国铁路第六次大提速正式实施，在京哈、京沪、京广等干线大量开行具有自主知识产权的时速 200 km 至250 km“和谐号”高速动车组列车。 这标志着中国铁路一举进入高速时代。目前，我国高速铁路的营业里程已达7531km，成为世界上高铁运营里程最长的国家。在此过程中我国系统的掌握了动车组的九大关键技术。在自主研制350公里动车组时，我国展开了系统的创新，在轮轨动力学、气动力学控制、车体结构、转向架、牵引系统、制动系统、环境控制、系统集成等制约速度提升的关键技术上实现了重大突破。在大量科学研究试验和运营经验积累的基础上，再开展一系列技术创新，成功研制时速 380 公里新一代高速列车，用于京沪高铁。在这一台阶，我们在流线型头型、气密强度与气密性、振动模态、转向架、减振降噪、牵引系统、弓网受流、制动系统、旅客界面、智能化等十大关键技术上取得了重要突破。CRH1A型动车组是第一批引进消化吸收的动车组。目前，成都铁路局的20组动车组（CRH1A021CRH1A040）承载着两条时速200km/h的高速线路，4.2万人的日均发送量。未来10年将新增营业里程1200公里，新建成成绵乐客运专线、成都至都江堰铁路彭州支线高速客运专线。当然，任何设计都会出现问题，本文将对CRH1A自动车钩在运营过程中出现问题应用现有的资料和已掌握的知识和技能对其故障做一分析。分析思路大致为：先是对自动车钩的工作原理做介绍；然后用CATIA V5R20和ABAQUS 6-11.1对自动车钩做强度和模态分析；最后把分析的结论和现场运用过程中出现的故障进行对比分析，提出一些运行应注意的问题以及简单的设计要求。目前，世界上的机车货车车钩主要是以美国研制的E型和F型车钩为主，主要生产厂家有ASFKeystone公司、McConway&Torley铸钢公司以及哥伦布铸钢公司等。这些公司开发能力都很强、专业化生产程度高、生产规模大；他们大都采用计算机控制的大型电炉熔炼、潮模砂冲击造型生产线等现代化铸造设备，铸件采用ProE三维CAD设计，ProMechanica FEA有限元应力分析和铸造工艺凝固模拟等先进技术。这些公司平均日产车钩数百套。客车用车钩主要以德国的Schaku(已被福伊特公司收购)方锥形密接车钩最具代表性，瑞典Dellner公司生产的车钩与Schaku公司生产的车钩基本相同，其中Schaku密接式车钩装置占据了欧洲高速列车的大部分市场，德国ICE系列与法国TGV系列高速列车全部装用Schaku密接式车钩。我国能批量生产客车密接式车钩缓冲器的还只有四方车辆研究所，直接参与的有300-400人，目前通过消化改进技术国外技术已经生产出国产化的密接车钩用于试验。相对于欧系的旅客列车而言，在日系车辆中主要采用的是柴田式自动车钩。本文是除了本科毕业设计的一部分之外，还是作为成都铁路局实习的一部分。从我国铁路大提速以来，经历的时间并不是很长，和谐号动车组开行时间就只有几年的时间，而国外已有很多年的经验。国外的动车组上的自动车钩主要是沙库车钩，Deller车钩和日本的差事自动车钩，而CRH1A型动车组采用的车钩是Scharfenberg type10 型自动车钩，是相对于其他型号较为稳定的，没有在使用过程中出现大的故障，是很可靠的自动车钩。目前CRH1A的使用已有35年的时间不等，已经机械设备故障的高发阶段，处于平稳状态。成都铁路局管辖内成都-遂宁-重庆北高铁线路现阶段配属的动车组为CRH1A型动车组，旅客较多，因此，动车组重联的情况也就多了。这样就要求在调度使用动车组是考虑整体的情况，使动车组所有的自动车钩都基本处于同一个使用状态。这就需要我们掌握车钩在使用过程中的故障，或者是正常磨耗带来的影响，这样才能制定科学的调配制度。本文就通过软件对实际问题进行论证分析，求证故障的根本原因，以提出科学的使用方法和规范的故障处理程序，以及预防故障应注意的地方。以负责人的态度确保乘客以及列车的安全。1.2 本文的主要内容本论文主要是利用CATIA建立的CRH1A的三维模型，再用ABAQUS 6.11-1对三维模型进行静强度分析和模态分析，得出应力较大部位和固有频率。利用这些结果提出对时间维护过程当中有效的故障解决方案。本文的主要内容有几下几点：（1）利用已有资料对自动车钩的结构和原理进行介绍，分析了车钩三态作用原理；（2）用CATIA软件对自动车钩的钩头做三维造型；（3）用ABAQUS 6.11-1对模型静强度校核和模态分析；（4）对自动车钩常发生的故障进行分析，提出解决方法。第2章 自动车钩结构及工作原理自动车钩是一列多编组车组各编组之间的机械连接部分，车钩中还包括压缩空气连接装置，是连接制动风管和主风缸空气管路。另外还有传输数据通信的电气连接部分。电气连接钩头是活动的，在多重连挂和结构式可以前后推动。2.1 概述沙库自动车钩是实现铁道车辆自动连挂的装置。如果两车存在一定的横向和垂向偏移角度，也能实现两车自动连挂。在通过曲线时，允许车辆之间存在一定的横向和垂向的角度，这样就可以就能使两车有相对的转动，而顺利的通过曲线。自动车钩不仅能使两车自动连挂，而且能使车辆之间需要的电气、通信和空气管路自动连接。车钩钩身上有一个气压控制的缩回装置使车钩在解钩状态下缩回350mm。空气管路的连接是和机械连挂同时发生的。司机可以通过远距离控制车钩解钩，也可以通过车钩本身自带的提杆解钩。车钩头连接面处和电动车钩上都有加热器，可以防止列车在高寒地区运行时，由于冰雪带来故障。图 2-1 自动车钩总体图1车钩头 2解钩气缸 3、13空气管路连接4空气管路连接5电气钩头操作机构6车钩钩身8电气钩头15空气管路件17支撑18电气部件25空气管路件28电气部件36套筒连接43接地电缆2.2 机械连接装置机械部分是自动车钩的基础部分，一切功能都要在机械部分良好作用的状态下。主要包括钩头、钩身和缓冲器等部分。2.2.1 钩头图 2-2 车钩结构a凸锥（凹锥） b车钩连接面 c连杆 1棘爪 2棘爪 3连杆销4吊板5中心轴销 6拉伸弹簧7弹簧支座 8导杆9车钩头体自动车钩是CRH1A动车组重联时，保证两组车能够顺利连接，并保持连接状态良好的关键部件，而其中钩头是自动车钩中，起这些作用的关键部分。最小连挂速度要求为0.6 km/h。连挂时，钩锁铁可以提供牢固，无间隙机械，气动和电动连接。只有钩头部分的良好连接方能保证电气连接端头、制动风管、主风管、解钩风管和解钩风缸的安装状态正常。机械钩头的材料需要采用较高强度的钢，需要有非常高的屈服极限要求，并且还要有较高的能量吸收率。因此，在本文的静强度校核中国，采用ZG35CrMo作为壳体（包括钩头体和凸锥面板）的材料选择。这种材料是经过调质处理和表面喷丸，强度极限大于830MPa。而钩头内部的钩锁铁都是采用的E级钢，材料的强度极限也不低于830MPa。车钩连接面是车钩受压时，很重要的部位。当两车钩相互挤压时，都是通过车钩连前端接面传递受力。端面上配有凸锥和凹锥，可以在车钩连挂时保证车钩的接合和对中。最小连挂速度要求为0.6 kph。连挂时，钩锁铁可以提供牢固，无间隙机械，气动和电动连接。图 2-3 车钩连接面1前接触面 2凸锥 3导向面 4凸锥 5.导向角臂（杆）2.2.2 钩身自动车钩钩身是承受自动车钩钩头到车体的拉伸和压缩的力的部件，具有很好的承受抗冲击的性能，同时具有一定的抗切和抗扭的能力。车钩钩身配有一个连接卡环，车钩解钩时，连接卡环将车钩缩回到前盖板的后面，并且在前盖板打开之后会将车钩伸开到待连挂位置。位于车钩钩身后部的气缸将车钩伸开直到全部打开。车钩钩身由一个气动锁闭装置锁闭在打开位置上。如果要缩回车钩钩身，则必须松开这个气动锁闭装置。当车钩钩身位于缩回位置上时，则车钩钩身由一个内置锁闭螺栓锁闭，其主要的组成部分有自动伸缩装置，闭锁装置，压馈管，中空橡胶垫。车钩钩身用来连接车钩头和车体底架。车钩钩身包括中空橡胶弹簧。钩身上有一个气动伸缩装置，可控制车钩前后伸缩350mm。一个锁闭机构将钩身保持在各自位置。如下图2-4所示自动车钩钩身的结构图：图2-4 钩身结构1板 2牵引杆 3橡胶环 4弹性板 6衬套 16衬套 24润滑油嘴 25防尘帽26盖 30锁紧垫片 41开口销 85气缸 90闭锁装置1.连接 车钩钩身的前端配有一个钩环可以通过易分离式套筒连接将车钩钩身连接到车钩头上。车钩钩身的后部通过4个螺拴栓固定在车体底架上。缓冲装置和伸缩装置通过法兰连接。2.能量吸收 冲击和牵引不一致产生的载荷由中空橡胶弹簧吸收，每个中空橡胶弹簧最大位移量45mm。过量载荷通过车钩传递到车底底架。直至底架上剪切部件作用，车钩被推到底架内。3.车钩支架 中空橡胶弹簧把车钩保持在直线位置上，除此之外，车钩还配有支撑弹簧（位于车钩钩身和车体底架之间）。车钩位于轨道面之上的高度可以通过两个螺栓进行调整。此外，支撑弹簧和中空橡胶弹簧将解钩车钩保持在中线上防止车钩横向摆动。4.对中调整 中空橡胶弹簧将车钩保持在中线位置上并且使车钩钩身在列车通过曲线轨道之后重新回到轴对称位置。5.伸缩机构 钩身具有一个伸缩机构，当不连挂时，车钩将收缩，位于前导流罩后面，当需要连挂时，前导流罩打开，伸出车钩，位于车钩钩身后面的气缸将钩身前部连同钩头推倒完全伸出位置，一个气控闭锁机构将钩身锁定在伸出位置，如果需要收回车钩，这个闭锁机构需要重新解锁，在车钩回收位置，钩身将被其内部的一个闭锁栓锁住。2.2.3 闭锁装置自动车钩闭锁装置是自动车钩的自动伸缩装置的重要组成部分，两个闭锁栓承受了自动车钩的压缩和拉伸载荷，安装在其上的气缸作为自动车钩的开锁机构。图 2-5 自动车钩闭锁装置2栓；3中心销；4杆；5叉形头；6拉伸弹簧；7套管；11中心销；12中心销；13弹性圆柱销；14弹性圆柱销；15开口销；16滑动轴承；17消声装置；20气缸自动车钩的闭锁装置在不联挂的时候是处于缩回的状态，此时的自动车钩钩头没有伸出，处于待联挂位置；当需要进行联挂时，在司机室的司机或者在轨道旁的手动操作员按照操作就可以将自动伸缩装置伸出，准备进行联挂。这个装置是半自动车钩和过渡车钩没有的装置，是自动车钩所特有的设备之一，如图2-5为自动车钩闭锁装置结构图。2.2.4 解钩气缸图 2-6 自动车钩解钩装置1气缸体 2气缸盖 3活塞 6压力弹簧 8 O-型圈 9 O-型圈 12六角螺栓 14沉头螺钉解钩气缸是作为自动车钩在解钩过程中一个控制部件。它位于自动车钩钩头内部的后端。在解钩过程中，它作用于吊板，是吊板转动，这样就是车钩的平行四边形受力结构脱离开来。2.2.5 缓冲装置自动车钩上的缓冲装置有中空橡胶弹簧阻尼器和套筒橡胶垫缓冲器组成，属于屈曲管轴对称屈曲变形型的缓冲器。位于车钩钩身与车底架缓冲两相连接处。图 2-7 缓冲装置示意图缓冲装置的工作原理是将车辆连挂（因为此时车辆有一定的连挂速度）或列车运行过程中产生的纵向冲击和振动力，通过压缩缓冲装置中的橡胶垫阻尼器和缓冲器等部件来吸收冲击能量，从而减缓冲击和振动，保护车辆不受损坏，提高列车运行平稳性。缓冲装置的性能主要表现在阻尼器和缓冲器的形成、最大作用力、容量和能量吸收率，等等。行程是指阻尼器和缓冲器售后产生的最大变形量；足底啊作用力是阻尼器和缓冲器在变形量最大时所受的外力；容量是阻尼器和缓冲器在被压缩的过程中，外力所做的功；能量吸收率是阻尼器和缓冲区吸收冲击能量的能力，要求不低于70%。阻尼器和缓冲器能有效地发挥减振的功能。2.2.6 连接卡环通过易拆卸卡环连接方式将车钩钩身与机械钩头连接到一起。卡环连接包括两个套筒。两个套筒由4个六角头螺栓和螺帽连结，螺帽下面有锁闭垫圈紧固。图 2-8 卡环连接2.3 电气连接装置电气钩头采用不同的端子将两列车组间电器连接沟通。车钩电气钩头及其接触方式以下特点：1.电缆和接线柱 连接电气钩头罩电缆是防水防变形电缆。电缆引线通过接线柱连接到公针和母针上。插针可从前端更换。2.通风和排水 电气钩头封罩配有排水塞，可以排放冷凝水。此塞口也用于封罩的通风。触点保护电动车钩配有一个保护盖，保护盖在电气钩头前后移动的时候自动开关。当车钩处于连挂状态时，电气钩头紧密压缩，以确保恒定的接触压力。当处于连挂状态时，一个附着在绝缘块四周的橡胶框使电气钩头连挂时处于密封状态，可以防止水或者灰尘进入，保护接触头不受外部环境的影响。3.对中 电气钩头封罩配有对中元件，连挂时可以帮助电气钩头对中。电气钩头控制机构位于车钩头的后部包括一个杠杆系统和一个气缸。这个操作机构可以把电气钩头前后移动。4.电气钩头控制机构传动 电气钩头控制机构动作由气缸（压缩气源来自主风缸管）活塞控制。气源由定向阀控制，电气钩头的连接总是在机械连挂程序之后完成，反之亦然，这样就可以避免对电动接触的损坏。5.电气钩头手动隔离 电气钩头可以进行独立手动隔离，无需松开机械和气动连接。电气钩头移动时，位于机械钩头凹锥一侧的球形塞门必须关闭。这样就可以把电气钩头手动推回到收起位置。6.接地电缆 接地电缆接到车钩上，接受电流并旁通非导电部件。接地电缆的位置有两个，意识在车钩头和车钩身之间，二是在车钩钩身和车体之间。接地线束包括直径500mm2的电缆。2.3.1 电动端头电气端头是两辆重联动车组的电气和通信连接的头，电气端头只有在使用过渡车钩回送动车组时可以不用，其他时候都会投入使用的。线缆的电压有110V的车辆基本应急的电压和控制所用的通信电压（如图2-9）。2.3.2 控制机构电气端头控制机构位于车钩头的后部包括一个杠杆系统和一个气缸。这个操作机构可以把电气端头前后移动。电气端头同自动车钩钩头的简介情况如图2-10所示。电气端头控制机构传动：电气端头控制机构动作由气缸（压缩气源来自MR管）活塞控制。气源由定向阀控制，电气端头的连接总是在机械连挂程序之后完成，反之亦然，这样就可以避免对电动接触的损坏。其中电气端头控制机构如图2-11所示。图2-9 电气端头示意图图2-10 电气端头控制机构侧视图电气端头手动隔离：电气端头可以进行独立手动隔离，无需松开机械和气动连接。电气端头移动时，位于机械钩头凹锥一侧的球形塞门必须关闭。这样就可以把电气端头手动推回到收起位置。2.4 压缩空气连接装置2.4.1 制动空气管路制动管（制动管路)的空气管路连接设置在车钩连接面上并安装装在罩壳内。接头的接口件（包括插口和垫片）突出车钩连接面约8mm,在连挂时被压到配合车钩的接口件上，保证了气密性。一个止挡弹簧防止接口件掉落。空气管路接头配有一个由钩锁铁控制的阀门。阀门保证制动管在连挂和解钩时的自动开关。在车钩断开的情况下，制动管路保持打开状态，启动自动停车动作。图2-11 电气端头伸缩机图 2-12制动空气管路连接示意图3衬套 5阀片 6橡胶环 7密封圈 8密封圈 11插口 13橡胶管 14密封圈 17压力弹簧 23止动弹黄 26阀芯 30压力弹簧 34内六角螺栓 36沉头螺钉 38内六角螺栓 40内六角螺栓 44锯齿形锁紧垫片 46锁紧垫片 48紧固垫片 56凸轮销2.4.2 主风缸空气管路和解钩管路连接主风缸管路和解钩管路的空气管路连接设置在车钩连接面并安装在一个腔室内。接头的接口件突出车钩连接面约8mm,在连挂时被压到配合车钩的接口件上，保证了气密性。一个止挡弹簧防止接口件掉落。主风缸管的空气管路连接配有一个压力阀确保车钩解钩时MP管处于关闭状态。连挂时，配合车钩的簧压阀门推杆保证MP管路处于开放状态。解钩管的空气管路连接只有在解钩时才导入空气所以不需要压力阀门但是包括一个压缩弹簧。图 2-13 MRP和UP管路连接1空气管路连接 2解钩管 3接口密封件 4阀门推杆 5压缩弹簧解钩管路通过一个铜管连接到对应的空气管路上。空气管路通过旋转螺拴和管接头连到空气过渡头和机械钩头上。这些配件不在标准车钩部件供货范围之内。主风缸管和制动管路管座和软管。这些部件管座和软管固定在空气管路接头阀门的后部，用于沟通车体空气管路和车钩空气管路。2.5 车钩三态作用原理机械钩头和钩锁铁确保两节车厢的机械连挂。其表面带有一个凸锥和一个凸锥可以允许车钩在一个比较大的横向和垂向范围内自动对中。这个接合对中范围通过一个导向角和一个安装在车钩连接面一侧的伸展器来控制延伸。机械钩头的连接面带有一个宽平边可以吸收缓冲载荷。牵引载荷通过钩锁铁（吊板，连杆，中心轴销，拉伸弹簧，弹簧支座，带有导杆的棘爪）进行传递。通过机械钩头和车钩钩身传递拉伸和压缩载荷传递，并经过车钩钩身端部的中空橡胶环缓冲为限定载荷。任何超出缓冲装置的吸收能力的载荷均被传递到车体底架上。1.待连挂状态 在这个操作位置上，两岸缩回到靠近凸锥边缘的位置，有一个棘爪固定。吊板被弹簧拉紧。棘爪突出车钩头一侧并且卡在导杆上。车钩和制动空气管路的位置结构如图2-14所示。图 2-14 待连挂时钩头和制动空气管路示意图2.连挂状态 当车钩面向配合车钩时，凸锥把导杆向后压与只当上松开的棘爪密贴。这个动作，使得钩锁铁通过拉伸弹簧转向连挂位置知道连杆咬合到吊板上（吊板压在车钩头的一个止挡上）。连挂之后，钩锁铁形成一个平行四边形以确保力的平衡。钩锁铁只收到均匀作用在连杆上的拉伸载荷。钩锁铁与制动空气管路的状态如图2-15所示。图 2-15 连挂时钩头和制动空气管路示意图3.解钩状态 解钩可以通过司机室远程控制完成或轨道侧手动完成。遥控解钩，按下按钮，车钩头内的气缸充满压缩空气，推动活塞杆向前移动，转动钩锁铁上的吊板，连杆松开。手动解钩，只有在紧急情况下，才进行手动解钩。图 2-16 解钩状态时钩头和制动空气管路示意图解钩时，压缩弹簧吊板转动直到连杆从吊板上脱落。当棘爪咬合到导杆时钩锁铁的位置就固定住了。当两车移开之后，弹簧和止挡向前移动并松开棘爪。钩锁铁被拉伸弹簧牵引转动直到棘爪卡到导杆止挡上。钩锁铁与制动空气管路的状态如图2-16。4.连挂范围 图2-17描述了10型车钩头的连挂范围。自动接合连挂可以在阴影所示范围内完成。这个连挂范围图示适用于直轨上的连挂。在曲线轨道上连挂时，连挂连挂范围减小。安装在车钩头接面上的导向角增加了车钩的连挂范围。图 2-17自动车钩机械钩头形状及偏移连挂范围2.6 自动车钩技术规范根据由中外合资企业青岛四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司(BSP)生产的CRH1A型动车组时，所采用的产品规范，列出关于自动车钩的技术规范。表2-1 技术规范耐压屈服强度1500kN拉伸屈服强度1000kN车钩身伸开后车钩长度从表接面到中心轴销20955mm车钩身缩回后车钩长度从表接面到中心轴销17455mm车钩重量带电缆约480kgs带有中空橡胶弹簧和套筒的车钩钩身中空橡胶弹簧的行程拉伸约45mm中空橡胶弹簧的行程压缩approx.45mm套筒冲程固定出点350mm电动车钩最大A可移动触点最大A插座接点最大A插头接点最大A盲座加热器车钩头加热110V，80W车钩最大摆动连挂所需要最小速度水平方向11011.5o约3.5o0.6km/h2.7 本章小结本章把自动车钩按照机械装置、电气连接部分和压缩空气连接部分，做了较详细的各个部件的结构，以及工作原理。在机械装置部分，详细的阐述了各部件之间配合以及相互作用的原理。机械部分是保证其他两部分起作用的重要前提，因此其稳定性也是整体车钩的关键。只有连接紧密才来保证电气装置和空气管路的正常连接。第3章 自动车钩损伤理论分析3.1 自动车钩受力分析车钩在动车组运行中，若是受拉力，则是拉杆先受力，最终传递到缓冲器上；若是受压力，则是车钩断面先受力，最终传到缓冲器上。因此以下在做受力分析时，是先分析钩头各部件的受力，再对缓冲器受力过载的情况做分析。3.1.1 自动车钩钩头各部件受力自动车钩的钩体内外承受的力是有所区别。当重联动车组起动和加速时，由车钩头内部的结构来承受拉力，传递到钩头体上的也是拉力。车钩受力部件有：车钩头体、中心轴销、吊板、连杆销、连杆。重联动车组起动时，车钩钩头部分与钩身是紧密连接，车身与缓冲装置是紧密连接，只有在车钩头部分才是有缝隙，所以在，两车产生纵向相对运动时，是钩头先受到拉力。图3-1 车钩内部受力示意图钩头部分力的传递依次则是（如图 3-1）：连杆连杆销吊板中心轴销车钩头体连接卡环。自动车钩能够承受的最大拉力为1000kN。此时橡胶垫缓冲装置在承受最大的拉伸时形成为45mm。车钩的纵向力也就是动车组牵引、阻力和制动力。车轮与钢轨黏着力是给动车组提供纵向的，因此当牵引力大于黏着力，或者是制动力大于黏着力时都会使车轮在钢轨上打滑，产生脱轨的危险。一般不会使动车组在处于临界黏着力的情况下起动，只有紧急制动时，才会在接近黏着力的情况下制动。动车组运行时都会有阻力。动车组只有在重联或者是救援时才会使用自动车钩。而救援是使用的过渡车钩的最大受拉强度为450kN，小于自动车钩的1000kN受拉强度，因此在考虑自动车钩受力是不需要考虑在救援时自动车钩的受拉强度不满足要求的情况。以下是在动车组重联时，在最大的牵引力情况下对自动车钩的强度进行校核。重联动车组的加速度计算：根据牛顿第二定律：可得 （3-1）式中，动车组所提供的黏着牵引力 动车组的总重量（采用定员质量作为计算） 列车运行阻力CRH1A的平均轴重为： （3-2）由于动车轴要比拖车重，故取动车轴重为： （3-3）因此，重联动车组的黏着重量 （3-4）而黏着系数 （3-5） （3-6）运行时的基本阻力公式为：因此运行阻力为： （3-7）故： （3-8）化简得： （3-9）得到如下所示的关系图表：图3-2 速度与加速度关系图表3-1速度与加速度关系速度05101520120加速度1.010.990.980.960.950.73根据自动车钩的拉伸屈服强度计算：由牛顿第二定律： （3-10） 带入数值得 ： （3-11）由于起动时的牵引力最大，而此时的速度为0，所以可以得： （3-12）因此，车辆黏着牵引力能提供的最大加速度为，而车钩能接受重联动车组的加速度，所以在正常运行中，只要保证车轮不打滑，就能保证车钩不断裂。在下文的静强度校核中，仍采用最大的1000kN拉力对车钩强度校核，这样可以满足在运行中的牵引力最大的要求。根据受力的传递情况，设置车钩钩头体和图追面板之间的装配关系，这样来保证壳体的受力情况满足实际要求。而每只拉杆承受的拉力则是整个拉力的一半，也就是500kN。由于吊板与拉杆组成平行四边形，两端受力是同一方向，在计算时，两端受力均采用500kN。当重联动车组承受的是压力时，拉杆承受的是压力。钩头体上不仅有中心轴销沿各自车体方向的压力，还有车钩接触面的压力。这样就使车钩在钩面和中心轴销孔之间承受一定的拉力，而在中心轴销孔到钩头的尾部之间承受的是压力。根据研究的要求，车钩头体的最小拉压强度为830MPa，整个车钩的纵向耐压强度为1500kN。因此，内部零部件强度在满足1500kN的强度要求，而又能使传递到钩头体上的力产生的应力又不大于830MPa，这样才能保证整个车钩的强度要求。零件由于车钩在正常使用的工况下所受的载荷远低于拉压强度，即使在纵向力很大的作用下，由于强度不足发生断裂的可能性也不大，但在实际使用过程中可能在远低于断裂强度的循环载荷作用下发生疲劳破坏，所以从提高钩缓装置强度的角度出发，本论文研究车钩的强度以830MPa作为衡量极限的标准。自动车钩外壳就承受了受拉和受压两种情况，在承受压缩载荷的时候，最大的情况为1500kN，力的传递过程为车钩前端面车钩头外壳卡环钩身橡胶垫车体底架。但是沙库10号自动车钩在必要的时候能将承受的最大的1500kN的压缩载荷提高到2000kN，这是沙库自动车钩的一个主要的特点。主要是用于