城市轨道交通车辆与结构(第四章车钩)_第1页
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文档简介

1、第一节第一节 牵引、缓冲、连结装置的用途及分类牵引、缓冲、连结装置的用途及分类 l牵引、缓冲、连结装置是车辆最基本、最重要的部件之一牵引、缓冲、连结装置是车辆最基本、最重要的部件之一 l是由同一装置来承担的,那么该装置称之为牵引缓冲装置。 l分别由不同的装置来承担,则分别称之为牵引连挂装置和缓冲装 置。 l牵引连挂装置用来保证动车和车辆彼此连接,并且传递和缓和拉 伸(牵引)力的作用。 l缓冲装置用来传递和缓和压缩的作用,并且使车辆彼此之间保持 一定的距离。 l一、综合作用和用途一、综合作用和用途 l连接列车中各车辆,并使之彼此保持一定的距离; l实现车辆之间机械、电气和气路的连接; l传递和缓

2、和列车在运行中或在调车时所产生的纵向力或冲击力。 二、车钩分类 l按牵引连挂装置的连接方法,可分为:按牵引连挂装置的连接方法,可分为: l1、非自动车钩、非自动车钩 l非自动车钩要由人工来完成车辆的连接。 l2、自动车钩、自动车钩 l自动车钩则不需要人参与就能实现连接。我国铁路和城市轨道车辆均采用 自动车钩。 l自动车钩可分为两种基本类型: l(1)非刚性车钩)非刚性车钩 l非刚性车钩允许两个相连接的车钩钩体在垂直方向上有相对位移。 l当两个车钩的纵轴线存在高度差时,两个钩呈阶梯形状,并且各自保持水 平位置。由于钩体的尾端相当于销接,这就保证了车钩在水平面内的位移。 l(2)刚性车钩)刚性车钩

3、 l刚性车钩不允许两连挂车钩存在相对位移。 l此外,还有半刚性自动车钩。 非刚性车钩与刚性车钩示意图 (a)非刚性车钩;(b)刚性车钩 三、车钩比较 l刚性车钩较非刚性车钩有如下优点:刚性车钩较非刚性车钩有如下优点: (1)大大简化了制动空气主管、电气线路等自动连挂的条件,并且改善和减轻了工人 的劳动条件。 (2)两车钩连接表面之间间隙减小 l降低了列车中的纵向冲击力,提高了列车运行的平稳性。 l两连挂车钩相互冲击而产生的噪音,改善了对环境的影响,这对于城市轨道车辆和客车尤 为重要。 (3)车钩零件的横向位移减小 l改善了自动车钩内机构的工作状态,减小了在车钩零件上所作用力。 l车钩连接表面的

4、磨耗减少。 (4)避免在意外撞车事故时,发生一个车辆爬到另一个车辆上的危险。 l非刚性车钩较刚性车钩有如下优点:非刚性车钩较刚性车钩有如下优点: l性能上:性能上:提高了纵向中心线高度偏差较大的车辆两车钩相互连挂的适应性 l结构上:结构上:不需要复杂的钩尾销接结构和复杂的对心装置。 l工艺上:工艺上:车钩钩体的结构和铸造工艺较为简单。制造成本低,维修方便。 l 城轨车辆、高速列车采用城轨车辆、高速列车采用 刚性车钩刚性车钩 l 铁路客车货车用铁路客车货车用 非刚性车钩非刚性车钩 第二节第二节 密接式中央牵引、缓冲、连结装置密接式中央牵引、缓冲、连结装置 l定义:定义: l是通过车辆彼此相向缓慢

5、走行相互碰撞,使钩头的连接器动作,实现两 车辆的机械、电气和空气的自动连接的一种装置。 l特点:特点: l密接式中央牵引、缓冲、连结装置集牵引、缓冲和连挂于一体, l属于刚性自动车钩,主要用于地下铁道车辆和城市轻轨车辆上。 l在两连挂车钩高度具有偏差,在有坡度线路和曲线上都能安全地连挂。 l种类:种类: l按其钩头结构的型式区分有多种: (1)国产地下铁道车辆采用:凸锥和凹锥结构实现两钩的闭锁。 (2)在欧洲大多采用:schafenberg密接式车钩和BSI-COMPACT型密接 式车钩。 (3)进口的上海地铁车辆采用的也近似于schafenherg型结构的密接式车 钩。 一、国产密接式车钩缓

6、冲装置一、国产密接式车钩缓冲装置 l密接式车钩为刚性自动车钩 l1、密接式车钩缓冲装置组成、密接式车钩缓冲装置组成 l该密接式车钩缓冲装置由以下五部分组成: (1)密接式车钩:钩头凸锥,钩舌(半圆盘)。 (2)橡胶缓冲器:缓冲器壳体,前、后从板,橡胶缓冲片、牵引杆。 (3)电气连接器:连接器体,电触点,定位销,防尘盖,定位孔。 (4)风管连接器:总风管连接器,制动管连接器,解钩风管连接器。 (5)解钩系统:解钩风缸,解钩杆,异型管。 l设计数据: l最大牵引力 15t l最大冲击力 25t l允许最大冲击速度3kmh l允许通过最小曲线半径 l 正常情况400m l 调车情况80m 密接式车钩

7、缓冲装置图密接式车钩缓冲装置图 1钩舌; 2解钩风管连结器; 3总风管连结器; 4截断塞门; 5钩身; 6缓冲器; 7制动风管连结器; 8电气连结器 2、车钩闭锁、分解工作原理 l车钩闭锁车钩闭锁 l凸锥插进对方相应的凹锥孔中。这时凸锥的内侧面在前进中压迫对方的 钩舌转动,使解钩风缸的弹簧受压,钩舌沿逆时针方向旋转40。 l当两钩连接面相接触后,凸锥的内侧面不再压迫对方的钩舌,此时,由 于弹簧的作用,使钩舌恢复到原来的状态,即处于闭锁位置。 l两钩分解两钩分解 l解钩阀分解(需由司机操纵) l压缩空气由总风管进入前车(或后车)的解钩风缸,同时经解钩风管连结 器送入相连挂的后车(或前车)解钩风缸

8、,活塞杆向前推并带动解钩杆, 使钩舌转动至开锁位置,此时两钩即可解开。 l两钩分解后,解钩风缸的压缩空气迅速排出,解钩弹簧得以复原,带动 钩舌顺时针向转动40。恢复到原始状态,为下次连挂作好准备。 l手动解钩 l只要用人力扳动解钩杆,也能使钩舌转动至开锁位置,实现两钩的分解。 密接式车钩作用原理图密接式车钩作用原理图 1钩头; 2钩舌; 3解钩杆; 4弹簧; 5解钩风缸 二、上海地铁车辆的车钩缓冲器装置二、上海地铁车辆的车钩缓冲器装置 l1、车钩缓冲装置的类型、车钩缓冲装置的类型 l上海地铁车辆的车钩缓冲装置有三种不同的类型: l(1)全自动车钩 l全自动车钩可以实现机械、气路、电路的自动连接

9、。 l(2)半自动车钩 l半自动车钩的机械、气路连接结构与作用原理基本上与全 自动车钩相同,但是电路需要人工手动连接。 l(3)半永久车钩 l半永久车钩的机械、气路、电路的连接都需要人工手动操 作,一般只有在车间维修时才进行分解。 2、车钩结构、车钩结构 l组成: l钩头由机械连接、电气连接和气路连接三 部分组成。 l构造布置: l机械连接部分居中,电气连接箱分设在左 右两侧,中心轴下方设气路连接。 l车钩状态 l包括:待挂、连接和解钩三种状态 (1)钩头机械连接部分)钩头机械连接部分 l构成:构成: l由壳体、中心轴、钩舌、钩锁连接杆、钩 锁弹簧、钩舌定位杆及弹簧、定位杆顶块 及弹簧和解钩风

10、缸组成。 l构造型式:构造型式: l壳体的前部一半为凸锥体、一半为凹锥孔。 在连接时和相邻车钩凸锥体和凹锥孔相互 插入; 自动车钩结构总图 1钩头凸锥; 2钩锁连接杆; 3导向杆; 4主风管连接器; 5对开连接套筒; 6环弹簧缓冲器; 7支撑座; 8电气连接箱; 9钩尾冲击座; 10过载保护连接套筒; 11垂向支承; 12对中装置 自动车钩状态 l包括:待挂、连接和解钩三种状态。 l待挂状态 l为车钩连接前的准备状态,此时钩舌定位杆被固定在待挂位置,钩锁弹簧处于最 大拉力状态,钩锁连接杆退至凸锥体内,钩舌上的钩嘴对着钩头正前方。 l连接状态 l相邻车钩的凸锥体伸入本钩的凹锥孔并推动定位杆顶块,

11、定位杆顶块推动钩舌定 位杆离开待挂位置。由于钩锁弹簧的回复力使钩舌作逆时针转动,带动钩锁连接 杆伸进相邻车钩钩舌的钩咀,完成两钩的连接锁闭。 l这时连挂两钩的钩锁连接杆和钩舌形成平行四边形,车钩受牵拉时,拉力由两钩 锁连接杆均匀分担,使钩舌始终处于锁紧位置。 l当车钩受冲击时,压力通过两车钩壳体连接法兰传递。 l解钩状态 l司机操纵按钮控制电磁阀,使解钩风缸充气,风缸活塞杆推动钩舌顺时针转动, 使相邻车钩的钩锁连接杆脱开钩舌,同时使自身的钩锁连接杆克服钩锁弹簧拉力 缩入钩头凸锥体内,脱离相邻车钩的钩舌,这时定位杆顶块控制钩舌定位杆使钩 舌处于解钩状态。 l当两钩分离后,定位杆顶块由于弹簧作用复

12、位,钩舌定位杆回至待挂位,车钩又 恢复到待挂状态。 自动车钩的工作原理图 (a)待挂状态;(b)连接状态;(c)解钩状态 l壳体;2钩舌;3中心轴;4钩锁连接杆;5钩锁弹簧; 6钩舌定位杆;7钩舌定位杆弹簧;8定位杆顶块; 9定位杆顶块弹簧;10解钩风缸 (2、3)电、气部分 l电气连接部分电气连接部分 l由左右电气箱组成,分设于钩头的两侧,并可前后 伸缩。电气箱外装有保护罩,当两钩连接时,电气 箱可推出使其端面高于车钩端面,此时保护罩自动 开启,当解钩后,电气箱退回至原位置,保护罩自 动关闭。左右电气箱内的触点分别为固定触点和弹 性触点,保证电气连接时密接可靠。 l气路连接部分气路连接部分

13、l设有主风管接头和解钩风管接头。主风管配有主风 管自动阀,在解钩时可自动切断气路,在连接时可 自动接通气路。 l解钩风管始终处于连通状态,由司机操纵电磁阀控 制管路的通、断达到自动解钩或连挂的目的。 3、车钩缓冲器、车钩缓冲器 l构造配置:环弹簧缓冲器 l前端:通过一组对开连接套筒与钩头的后端相连接; l后端:环弹簧缓冲器通过球铰与车钩支座相连;球铰销轴与 轨面垂直。 l机构性能: l整个车钩缓冲装置,为便于车辆通过水平曲线和竖曲线的要 求。 l在水平面内可绕销轴:左右摆动40, l在垂直面内:上下摆动5。 l安装构造: l车钩支撑座与钩尾冲击座前端相连,冲击座后端与车体底架 通过4个过载保护

14、连接套筒相连。 l当纵向冲击力超过590kN时,过载保护螺栓自行断裂,整个 车钩缓冲装置与车体分离,从而起到保护车钩和车体的作用。 全自动钩缓连接装置的性能参数全自动钩缓连接装置的性能参数 l 主风管连接最大压力 106Pa l 主风管连接最小压力 6105Pa l车钩横向摆动角度 40 l车钩垂向摆动角度 5 l车钩垂向可调角度 6 l对中装置复位角度 40 l车钩连接范围:垂直方向 90mm l水平方向 170mm l重量(包括电气连接箱及电缆) 450kg 半自动车钩缓冲装置 l结构特点:结构特点: l其机械和气路连接结构与全自动车钩完全相同 l使用性能:使用性能: l可以自动连挂或自动

15、解钩(按下司机室内的解钩按钮), 也可以手动解钩。但电气连接箱需用手动操作方能实 现连接。 l使用安装位置:使用安装位置: l半自动车钩缓冲装置装设于带司机室拖车的位端和 带受电弓动车(B车)、不带受电弓动车(C车)的I位端。 半永久车钩 l结构及组成:结构及组成: l它由两对雌雄结构的连接杆组成,其一侧装有双向 作用环弹簧牵引杆,另一侧为刚性牵引杆,两者用 一个便于拆卸的套筒式连轴节相连,确保连接刚度 和安全可靠。 l由双向作用环弹簧牵引杆(或刚性牵引杆)、套简式连 轴节、支撑座、钩尾冲击座及气路连接管等组成。 l安装:安装: l装设于B、C车的位端,通常只在厂段维修作业时 在车间里对其进行

16、分解。所以它的机械、气路和电 气连接采用永久连接的方式。 半永久车钩连接装置图 1双向作用环弹簧牵引杆; 2套筒式联轴节; 3电气连接盒; 4刚性牵引杆; 5支撑; 6钩尾冲击座: 7气路连接管 三、全自动Scharfenberg型密接式车钩缓冲装置 1、钩头结构 l钩头壳体 l为焊接件,它由两部分组成,前面为一带有锥体和喇叭口的突出件,后面为 连接法兰。 l前面的锥体和喇叭口用来作为当两钩连接时引导对准;伸出在前面的引导杆 用来扩展车钩的连接范围。 l前端的圆孔用来安置空气管路连接器,在钩头壳体中配置有车钩锁闭零件和 解钩风缸。 l钩头壳体后部的法兰用于连接钩头与牵引缓冲装置。 l车钩的闭锁

17、机构 l由钩舌和钩锁杆组成,两者通过销子彼此可摆动地相连接。 l中心锁用来作为钩舌在钩头壳体中的支座。 l钩锁弹簧(两个) l用来保持车钩处在闭锁位。 l弹簧的一端钩在壳体的锥体上,另一端钩在钩锁杆上。 l手动连接装置 l设在钩头的侧面,它由杠杆通过两解钩杆与钩舌相连接。 l在该横杆的端部连有一钢丝绳并与解钩手柄 l连接,手柄挂在钩头壳体的一侧。 钩头结构图 1壳体;2杠杆;3解钩杆;4钩舌; 6钩锁杆;7解钩手柄; 8钩锁弹簧;9引导杆 2、车钩闭锁、分解工作原理 l连挂准备位连挂准备位 l钩锁弹簧处于松弛状态。钩头中的钩锁杆轴线平行于车钩的 轴线,钩锁杆的连接销中心与钩舌中心销连接线垂直于

18、车钩 的轴线。 1钩舌; 2钩锁杆; 3钩锁弹簧; 4壳体; 5凹锥孔; 6心轴; 7钩嘴 连挂闭锁位 l连挂过程:连挂过程: l原处于连挂准备位的两钩相互接近并碰撞,在钩头 前端的锥形喇叭口引导下彼此精确地对中心; l两钩向前伸出的钩锁杆顶住对方的钩舌,反推各自 钩舌绕顺时针向转动; l直至在弹簧拉力作用下钩锁杆滑入对方钩舌的嘴中, 并推动钩舌绕逆时针向返回到原来位置为止。 l这时两钩的钩锁杆与两钩的钩舌构成一平行四边形, 力处于平衡状态,两钩刚性地无间隙地彼此连接, 处于闭锁状态。 连挂闭锁位状态图 解 钩 l手动手动 l通过拉动钩头一侧的解钩手柄,经钢丝绳、杠杆和解 钩杆使两钩的钩舌转动

19、,直至钩锁杆脱出钩舌的嘴口, 由此使两钩脱开,处于解钩位。 l气动气动 l由司机操作解钩控制阀达到解钩。 l压力空气经过解钩管充入钩头中的解钩风缸中,推动 活塞向前运动,压迫在解钩杆上所设的滚子上,两钩 头中的钩舌被同时推至解钩位置,类似于手动解钩之 情况。 l达到解钩后再排气,风缸中受压弹簧使活塞返回到原 始位置。 3、自动空气管路连接器 l当两钩连挂时 l钩头前端的空气连接器的顶杆也同时接触并 相互挤压 l将密封从壳体的阀座上推开,使两车钩的空 气主路连通 l由密封和橡胶管起防止空气漏泄的作用。 空气管路连接器图 1顶杆; 4、5密封; 6像胶管; 7壳体 四、BSI-COMPACT密接式

20、车钩 lBSI-COMPACT密接式车钩的钩头由调质的 CrMo钢或含4镍、12铬的不锈钢制成。它 有4种标准的结构系列尺寸,可分级地满足各种 车辆和特殊操作的要求。 l结构特点: l在钩头的内部配备有用于车钩机械连接的锁栓,以 及气动、电气或液压控制装置。 l在每个车钩上均设有手动的解钩装置。 l锁栓由高硬度的钢制成,置于一套筒中,并利用弹 簧,使其保持正常的位置。 BSI-COMPACT密接式车钩状态图 (a)钩头结构; (b)连挂位; (c)闭锁位; (d)开锁位 连挂及解钩 l连挂 l两钩的锁栓侧面相互挤压,压缩各自的弹簧, 直至两锁栓的鼻子彼此咬合,弹簧回复原位, 达到连挂闭锁位。

21、l分解 l扳动钩头上方手柄或操纵解钩风缸使一个钩 的锁栓要一直回拉到另一个钩的锁栓能够脱 开为止。或者也可以同时操作两钩的锁栓使 之脱开。 第三节 缓冲器的种类、性能及结构 l一、缓冲器的作用与种类一、缓冲器的作用与种类 l缓冲器的工作原理缓冲器的工作原理 l借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力,同时在弹性元件 变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。 l缓冲器功能缓冲器功能 l具有耗散和衰减车辆之间的冲击和振动的能力。可减轻冲击和振 动对车体结构的破坏作用,提高列车运行的平稳性和舒适度。 l缓冲器的作用缓冲器的作用 l缓和列车在启动、运行、制动及调车连挂时,由于车辆惯性及相 互间碰撞而引起的纵向

22、冲击和振动。 l缓冲器分类类型缓冲器分类类型 l根据缓冲器的结构特征和工怍原理,可分为:弹簧式缓冲 器、摩擦式缓冲器、橡胶缓冲器、摩擦橡胶式缓冲器、粘 弹性橡胶泥缓冲器、液压缓冲器及空气缓冲器等。 l二、缓冲器的主要性能参数二、缓冲器的主要性能参数 l决定缓冲器特性的主要参数包括:决定缓冲器特性的主要参数包括: l行程:行程: l缓冲器受力后产生的最大变形量。 l此时弹性元件处于全压缩状态,如再加大外力,变形量也不再增加。 l最大作用力:最大作用力: l缓冲器产生最大变形量时所对应的作用外力。 l容量:容量: l缓冲器在全压缩过程中,作用力在其行程上所作的功称为容量。 l它是衡量缓冲器能量大小

23、的主要指标,如果容量太小,则当冲击力较大时就会 使缓冲器全压缩而导致刚性冲击。 l初压力:初压力: l缓冲器的静预压力,初压力的大小将影响列车启动加速度。 l能量吸收率:能量吸收率: l缓冲器在全压缩过程中,有一部分能量被阻尼所消耗,其所消耗部分的能量与 缓冲器容量之比称为能量吸收率。 l城市轨道交通与一般铁路客货列车相比,其 列车编组数少,车辆轴重较轻,一般为分散 型电力驱动,因此,列车运行时车辆之间所 受到的纵向力要比一般铁路客货车小。 l同时,编组调车作业与铁路车辆也有较大差 异。所以对缓冲器性能的要求有较大的不同。 l铁路车辆所受的纵向力及主载荷的最大组合, 根据铁道车辆强度设汁及试验

24、鉴定规范 规定,按两种工况进行。 四、缓冲器的主要结构类型四、缓冲器的主要结构类型 l1、橡胶缓冲器、橡胶缓冲器 l牵引力的传递过程为:牵拉力(前车)牵引杆前从板压缩 橡胶金属片后从板缓冲器体钩头锥体与钩舌后车钩舌 1橡胶金属片; 3牵引杆; 4端盖; 5辅套; 6缓冲器体; 7后从板; 9前从板 橡胶缓冲器的持性曲线 北京地铁车辆按调车冲击速度 3km/h: 最大冲击力25t, 缓冲器的容量5.88 kJ。 2、环弹簧缓冲器 1弹簧盒; 2端盖; 3弹簧前从板; 4弹簧后从板; 5外环弹簧; 6内环弹簧; 7开口弹簧; 8半环弹簧; 9球形支座; 10牵引杆; 11标记环; 12预紧螺母; 13橡胶嵌块 环弹簧缓冲器的特性曲线 环弹簧缓冲器的特性曲线如图 所示。 最大作用力为590kN, 行程为58mm, 容量为18.7kJ, 能量吸收率66。 3、带有变形管和橡胶弹簧的牵引缓冲装置 l全自动Scharfenberg型车钩缓冲装置的 牵引缓冲部分由两个组件构成,即橡胶 弹簧和变形管。其结构如图所示。 牵引缓冲装置及力-行程图 1拉杆; 2轴套; 3锥形环圈; 4法兰; 5变形管; 6垫圈; 7螺母; 8、9橡胶弹簧

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