城市轨道交通车辆与结构(第四章车钩)

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