CRH2動車組車鉤緩沖裝置設(shè)計含SW三維及6張CAD圖

CRH2動車組車鉤緩沖裝置設(shè)計含SW三維及6張CAD圖,crh2,車組,車鉤,緩沖,裝置,設(shè)計,sw,三維,cad 摘要 CRH2動車組車鉤緩沖裝置主要由柴田密接式車鉤與橡膠緩沖器構(gòu)成。同時CRH2?動車組配置了三種柴田密接式車鉤1.?頭車密接式車鉤2.?中間連接車鉤3.?過渡車鉤。 本論文研究內(nèi)容摘要： (1)柴田密接式車鉤總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (2)柴田密接式車鉤工作性能分析。 (3)橡膠緩沖器結(jié)構(gòu)設(shè)計 (4)車鉤與緩沖器裝置、執(zhí)行部件及接受設(shè)計。 (5)對設(shè)計零件進行設(shè)計計算分析和校核。 (6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計零件的零件圖。 關(guān)鍵詞：CRH2動車，柴田密接式車鉤，動車車鉤 Abstract CRH2 motor unit coupler buffer device is mainly composed of Chaidan tight-coupled coupler and rubber buffer.At the same time, CRH2 EMU is equipped with three kinds of close-coupled couplers of Chaidan 1. Head-car close-coupled coupler 2. Intermediate connection coupler 3. Transition coupler. Summary of research content of this paper: (1) Overall structure design of Chaidan close-coupled coupler. (2) Performance analysis of Chaida close-coupled coupler. (3) Structural design of rubber buffer (4) Hooks and buffers, actuating parts and acceptance designs. (5) Design calculation analysis and check of design parts. (6) Draw assembly drawing of the whole machine, assembly drawing of important components and part drawing of design parts. Key words: CRH2 electric vehicle, Chaidan close-coupled coupler, electric vehicle coupler 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 緒論 4 1.1國內(nèi)機車車輛用車鉤緩沖裝置的概況 4 1.2國際機車車輛用車鉤緩沖裝置概況 5 1.3密接式鉤緩裝置的國產(chǎn)化研究 5 1.4國內(nèi)車鉤緩沖裝置的發(fā)展展望 6 第二章 CRH2動車組車鉤緩沖裝置簡 7 2.1 國內(nèi)外車鉤的研究現(xiàn)狀 7 2.2車鉤緩沖裝置的作用 9 2.3密接式車鉤緩沖連接裝置 10 2.4柴田式密接式車鉤 10 2.5密接式車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 2.6解鉤風(fēng)缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 第三章 CRH2動車組緩沖裝置 18 3.1緩沖裝置的作用 18 3.2緩沖器容量設(shè)計 18 3.2緩沖器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 3.3緩沖器零部件設(shè)計 23 3.3緩沖器的主要性能參數(shù)及特點 25 參考文獻 26 第一章 緒論 車鉤、緩沖器是鐵路機車車輛連接與起緩沖作用的重要零部件,多用普碳鋼或高強度低合金鋼制成。隨著鐵路客運速度的不斷提高和貨運載重量的不斷加大,對車鉤、緩沖器的剛性、強度、質(zhì)量、容量和耐磨性等性能要求越來越高。新品開發(fā)的周期也越來越短,專業(yè)化制造的能力也越來越強。 CRH2 動車組是中國鐵路引進的具有世界先進水平的四大高速動車組之一, 而其車鉤緩沖裝置又是動車組最基本最重要的部件之一。熟悉 CRH2 動車組車鉤緩沖裝置的構(gòu)造、原理與性能特點, 對消化吸收先進技術(shù), 促進運用檢修, 最終使其國產(chǎn)化, 具有積極的意義。本次主要研究與設(shè)計CRH2 動車組車鉤緩沖裝置的結(jié)構(gòu)、類型與作用原理, 最后分析了高速動車組車鉤、緩沖裝置的性能特征。 1.1國內(nèi)機車車輛用車鉤緩沖裝置的概況 貨車車鉤: 隨著貨運單列載重總量從早期的1 500 t～2 500 t ,到現(xiàn)在開行的10 000 t及以上,我國貨車車鉤從20 世紀50 年代開始至今,先后開發(fā)了2 號、13 號、16 號、17 號、13A 等型號的車鉤,車鉤材料也由ZG230 - 450 提升為C 級鋼、E 級鋼,車鉤的強度水平從1 500 kN～2 300 kN 提高到了3 000kN～3 500 kN ,其連接間隙也從19. 5 mm 減小到12mm。 客車車鉤:隨著客運列車編組14～16 輛增加到18～20 輛,在15 號車鉤的基礎(chǔ)上,先后又開發(fā)了C級鋼15C 型車鉤、15X 型小間隙車鉤和E 級鋼密接式車鉤、動車組車鉤等。 隨著車鉤的發(fā)展,緩沖器也有了很大發(fā)展。從建國初期的2 號、3 號緩沖器開始,又先后開發(fā)了MX- 1 型橡膠緩沖器、MT - 2 型、MT - 3 型緩沖器以及大容量彈性膠泥緩沖器等產(chǎn)品。緩沖器的容量水平從早期的20 KJ 、35 KJ 、50 KJ 提高到了100 KJ 。 近年來,我國客運形勢發(fā)生了很大的變化,特別是經(jīng)過6次客運提速,在很大程度上帶動了客車鉤緩系統(tǒng)的發(fā)展。隨著干線客車速度從160km/h、180 km/h 提升至200 km/h 及以上,客車鉤緩也經(jīng)歷了15號車鉤配1 號緩沖器、15C 車鉤配G1 緩沖器、15X車鉤配G1 緩沖器、密接式車鉤配彈性膠泥緩沖器的發(fā)展過程。在動車組方面,也都基本采用了柴田密接式車鉤、橡膠緩沖器系統(tǒng),正在逐步實現(xiàn)與國際水平的接軌。 1.2國際機車車輛用車鉤緩沖裝置概況 在國際鐵路機、客、貨車用車鉤方面,機車、貨車用車鉤主要是以美國研制生產(chǎn)的E 型和F 型車鉤為代表。主要生產(chǎn)各種AAR 標準車鉤, 如: E60DE、E67CE、E68CE、E69BE、SBE60DE、SBE67CE、F70DE、F79DE、F73BE、SE60DE、SE67CE、SE69BE、SF70DE、SF73BE 等型號的車鉤及各種鉤尾框, 如: Y41AE、Y45AE 型鉤尾框和沖擊座、從板等。除此之外,還有德國的Schaku 公司、日本的柴田公司、Scharfenberg 公司、瑞典Dellner公司生產(chǎn)密接式車鉤、緩沖器及CA - 3型自動車鉤、鏈子鉤,其產(chǎn)品除用于本國及歐洲客、貨車輛外,同時還供應(yīng)北美、澳洲及東南亞等地區(qū)。 在緩沖器制造生產(chǎn)方面,美國鐵路貨車緩沖器主要有ASF - Keystone 公司、Wabtec 公司及Miner等。如ASF - Keystone 公司的緩沖器占北美液壓緩沖器市場的60 %～70 %。Wabtec 公司自1904年起開始設(shè)計開發(fā)緩沖器,在摩擦彈簧緩沖器的設(shè)計、試驗、生產(chǎn)方面具有豐富的經(jīng)驗,先后開發(fā)了Mark 系列等多種類型緩沖器,如:Mark 50型、Mark 325型、Mark558型鋼彈簧摩擦式緩沖器,Mark H60型鋼彈簧與液壓組合的摩擦式緩沖器、Mark R500型鋼彈簧與橡膠組合的摩擦式緩沖器。Miner 公司以研制生產(chǎn)橡膠緩沖器著稱,典型產(chǎn)品有SL - 76橡膠緩沖器和TF -880型彈性體緩沖器等。此外,其他各國際知名車鉤生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車鉤的同時,大多數(shù)也配套生產(chǎn)各型緩沖器。 1.3密接式鉤緩裝置的國產(chǎn)化研究 由于城市軌道交通車輛啟動和變速過程中縱向加(減)速度較大，對車輛舒適度要求較高，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的客車車鉤緩沖裝置聯(lián)掛間隙較大、自動化程度較低，不能滿足其使用要求，必須采用密接式車鉤緩沖裝置。另外城軌車輛編組小，對車輛輕量化要求較高，因此不能直接把鐵路上使用的高強度密接式車鉤直接照搬過來。目前世界上較為先進的密接式車鉤主要有SCHAKU式、BSI式、柴田式等3種。其中柴田式早已于上世紀60年代用于我國北京地鐵，其改進型已在我國高速動車組和多個城市的城軌車輛上應(yīng)用。而SCHAKU式屬引進城軌車輛上使用的型式。進口的上海地鐵及輕軌車輛采用SCHAKU型結(jié)構(gòu)的密接式車鉤，它有3種不同的類型，即全自動車鉤、半自動車鉤和半永久車鉤。全自動車鉤可以實現(xiàn)機械、氣路、電路的自動連接。半自動車鉤的機械、氣路連接結(jié)構(gòu)與作用原理與全自動車鉤相同，但是電路需要人工手動連接。半永久車鉤的機械、氣路、電路的連接都需要人工手動操作，一般只有在車間維修時才進行分解。其中聯(lián)掛系統(tǒng)是整套設(shè)備的關(guān)鍵。 國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置與國外密接式車鉤緩沖裝置相比,技術(shù)上主要存在以下不足: (1) 在冰雪等低溫環(huán)境下,連掛與解鉤性能不夠理想; (2) 在實際運用中,還未能解決好風(fēng)、電的自動連掛問題; (3) 對過載保護與碰撞的能量吸收,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還有差距; (4) 可伸縮高強度密接式車鉤、半永久式車鉤,技術(shù)上仍不成熟,且沒有形成完整的車鉤系列。 因此，國產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置有待進一步的提高和發(fā)展。 1.4國內(nèi)車鉤緩沖裝置的發(fā)展展望 1) 由于我國多年來實行貨運重載的技術(shù)政策,對車鉤、緩沖器都已采用了高強度低合金鋼制造,目前國內(nèi)車鉤緩沖器的強度、容量等性能指標與生產(chǎn)制造水平與國際先進水平相差無幾,正在進一步實現(xiàn)與國際先進制造水平的接軌; 2) 隨著我國客運干線列車的不斷提速和城市地鐵、輕軌等軌道交通的快速發(fā)展,對速度為200 km／h及其以上的高速列車、電力及內(nèi)燃動車組用密接式鉤緩裝置,我國應(yīng)結(jié)合技術(shù)引進和吸收消化,提高自主創(chuàng)新能力,加大研發(fā)、生產(chǎn)與推廣應(yīng)用的力度; 3) 應(yīng)當(dāng)進一步重視機車車輛用車鉤、緩沖器材料與制造工藝的研究與開發(fā);在設(shè)計與制造、試驗與質(zhì)量檢測、運行與維護方面,應(yīng)當(dāng)?shù)韧捎孟冗M的國際標準; 4) 我國機車車輛用車鉤、緩沖器的研發(fā)與生產(chǎn)能力相當(dāng)大,但目前品種還較單一,且力量分散,集約化制造程度不高,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu),走國際先進的專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)之路,以適用產(chǎn)品除滿足國內(nèi)發(fā)展需要外,力爭躋身國際軌道交通的鉤緩產(chǎn)品市場。 第二章 CRH2動車組車鉤緩沖裝置簡 車鉤緩沖裝置是連接車輛最基本的部件，也是最重要的部件之一。車鉤緩沖裝置和風(fēng)擋裝置均是車端連接的有機組成部分，通過它們使列車車輛相互連接，實現(xiàn)相鄰車輛之間的縱向力傳遞和通道的連接。 2.1 國內(nèi)外車鉤的研究現(xiàn)狀 目前，大多數(shù)國家的客運列車用車鉤均為密接式車鉤，少數(shù)國家的客運列車用 車鉤仍沿用貨車車鉤。密接式車鉤能夠顯著降低車輛的縱向沖動水平，從而大大提 高車輛的舒適性和安全性。密接式車鉤根據(jù)制式的不同，主要分為日本模式和歐洲 模式兩種形式。日本模式的代表作為柴田式車鉤如圖1所示，工作原理如圖2所示； 歐洲模式的代表作有夏芬伯格車鉤如圖3所示，工作原理如 圖4所示。日本模式采用的是半圓形鉤舌密接式車鉤，而歐洲模式采用的是鎖型(Latch Type)密接式車鉤。 日本模式車鉤的生產(chǎn)商主要是日本住友金屬工業(yè)株式會社和日本鑄鋼所，電氣 連接器的生產(chǎn)商是JAE(日本航空電子）。在歐洲，有很多高度專業(yè)化的生產(chǎn)企業(yè)，這 些企業(yè)將技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)整合在一起，產(chǎn)品涉及機械車鉤、電氣連接器、緩沖 器全套系統(tǒng)。主要的生產(chǎn)商由德國Voith Turbo (福伊特）公司、法國Faiveley (法維 萊）公司、瑞典Dellner (丹納）公司。 圖1柴田式車鉤 圖2柴田式車鉤作用原理 圖3夏芬伯格式車鉤 圖4夏芬伯格式車鉤工作原理 我國對密接式車鉤和緩沖器僅處于仿造的起步階段，無論在理論和應(yīng)用研究還 是制造水平都還處于較低水平，而目前尚無集機械、氣、電于一體的全自動密接式 車鉤。目前200km/h提速、貨車提速至160km/h、大量的城市地鐵和城間動車組以及 將來的高速鐵道車輛均需要大量性能良好、作用可靠的密接式車鉤，但是國內(nèi)現(xiàn)有 產(chǎn)品尚不能完全滿足市場的需求。 我國對密接式車鉤和緩沖器僅處于仿造的起步階段，無論在理論和應(yīng)用研究還 是制造水平都還處于較低水平，而目前尚無集機械、氣、電于一體的全自動密接式 車鉤。目前200km/h提速、貨車提速至160km/h、大量的城市地鐵和城間動車組以及 將來的高速鐵道車輛均需要大量性能良好、作用可靠的密接式車鉤，但是國內(nèi)現(xiàn)有 產(chǎn)品尚不能完全滿足市場的需求。 按照牽引連接裝置的連接方式，車鉤可分為自動車鉤和非自動車鉤。自動車鉤不需要人工參與就能實現(xiàn)連接，而非自動車鉤則需要借助人工來完成車輛間的連接。 自動車鉤又分為兩種基本類型：非剛性車鉤和剛性車鉤。 非剛性車鉤如圖１(a),允許相連的車鉤鉤體之間有一定的垂向相對位移，即兩車鉤總軸線存在高差時，兩個車鉤成階梯形狀，并且各自保持水平位置。鉤體的尾端相當(dāng)于銷接，這就保證了車鉤在水平面的位移。 非剛性車鉤結(jié)構(gòu)簡單，強度高，重量輕，與車體的連接較簡單，常用于貨車和普通客車。 剛性車鉤如圖１（b）,也稱為密接式車鉤，它不允許相連的車鉤鉤體之間有垂向相對位移，而且對前后的間隙要求應(yīng)限制在很小的范圍內(nèi)。如果兩車鉤總軸線存在高差時，兩車鉤處于同一直線上并成傾斜狀態(tài)。兩鉤體的尾端具有完全的銷接，這就保證了兩連掛車輛之間可以具有相對的平移和角位移，使其適應(yīng)線路水平面及縱剖面的變化，緩和車體在彈簧上的振動及外界對車輛的作用力。 圖1 非剛性車鉤與剛性車鉤 (a) 非剛性車鉤 (b)剛性車鉤 剛性車鉤與非剛性車鉤相比有如下有點： （1） 減小了兩個車鉤連接表面之間的間隙，從而降低了列車間的縱向力，提高了列車運行的平穩(wěn)性； （2） 由于車鉤零件的位移減少了，并且在這些零件上的作用力也減小了，因此改善了自動車鉤內(nèi)部零件的工作條件； （3） 減小了車鉤連接表面的磨耗； （4） 減小了連掛車鉤時相互沖擊而產(chǎn)生的噪音，這對城軌車輛和客車尤為重要。 由于這些特點決定了剛性車鉤主要用于城軌車輛及高速動車組上，我國地鐵車輛及部分快速客車采用了密接式車鉤。 2.2車鉤緩沖裝置的作用 車鉤緩沖裝置是指連接兩車輛間或連接兩列車間的所有機械、空氣和電氣裝置。傳統(tǒng)列車的車端連接裝置通常稱牽引緩沖裝置，由車鉤和緩沖器兩部分組成。具有連接、牽引、緩沖等幾個方面的作用，即： （1） 緩沖作用，將彼此獨立的車輛連接成列車，并使之保持一定的距離； （2） 牽引作用，在列車運行過程中能夠傳遞牽引力、制動力或沖擊力； （3） 緩沖作用，緩和即衰減列車在運行過程中或調(diào)車工況時由于牽引力的變化和制動力前后不一致而引起的沖擊和振動； 如果上述作用是由同一裝置來完成的，那么該裝置稱為牽引緩沖裝置。如果是由不同的裝置來承擔(dān)，則分別稱之為牽引連掛裝置和緩沖裝置。 而高速動車組的車端連接裝置除了具有上述機械功能以外，還必須具有車廂間的密封功能，以及傳遞壓縮空氣，電氣信號和控制信號等功能。通常情況下，動車組的電氣和風(fēng)管連接器與車鉤組成一整體部件，它提供動車組車輛間中低壓電氣與壓縮空氣的回路。 2.3密接式車鉤緩沖連接裝置 密接式車鉤緩沖連接裝置集牽引、緩沖和連掛于一體，通過車輛彼此相向緩慢走行相互碰撞，使鉤頭的連接器動作，實現(xiàn)兩車輛的機械電氣和空氣的自動連接。在兩連掛車鉤高度具有偏差以及在有坡度線路和曲線上都能安全的連掛，是一種剛性車鉤，主要用于地鐵車輛、城軌車輛和高速動車組中。 密接式車鉤緩沖裝置按其鉤頭結(jié)構(gòu)的不同具有多種形式，目前世界上較為先進的密接式車鉤主要有柴田式、Scharfenberg式、BSI-COMPACT式等3種。其中柴田式早已于上世紀60年代用于我國北京地鐵 , 其改進型已在我國高速動車組和多個城市的城軌車輛上應(yīng)用。而SCHAK U式屬引進城軌車輛上使用的型式。進口的上海地鐵及輕軌車輛采用Scharfenberg 型結(jié)構(gòu)的密接式車鉤 , 它有3種不同的類型 , 即全自動車鉤、半自動車鉤和半永久車鉤。全自動車鉤可以實現(xiàn)機械、氣路、電路的自動連接。半自動車鉤的機械、氣路連接結(jié)構(gòu)與作用原理與全自動車鉤相同 , 但是電路需要人工手動連接。半永久車鉤的機械、氣路、電路的連接都需要人工手動操作 , 一般只有在車間維修時才進行分解。德國制造的BSI-COMPACT型密接式車鉤在歐洲、巴西等許多國家的地鐵、輕軌車輛和城郊列車上獲得了廣泛的應(yīng)用。 2.4柴田式密接式車鉤 柴田式密接式車鉤緩沖裝置如圖所示。它主要有鉤頭、緩沖器、風(fēng)管連接器、電氣連接器和風(fēng)動解構(gòu)系統(tǒng)等幾部分組成。車輛連掛時依靠兩車鉤相鄰鉤頭上的凸錐和凹錐孔的相互插入，實現(xiàn)車鉤的緊密連接，同時自動的將兩車之間的電路和空氣通路接通。在兩車分解時，通過解構(gòu)風(fēng)缸的動作，亦可自動解鉤，并自動切斷兩車之間的電路和空氣通路。 CRH2 動車組車鉤裝置采用的就是帶總風(fēng)管柴田密接式車鉤, 如圖 2 所示。 該密接式車鉤及緩沖器的主要性能參數(shù): 拉伸載荷: 1600KN ; 壓縮載荷 : 3100KN ; 車鉤中心線高 : 1000mm ; 車鉤使用要求:車鉤中心高度( 軌道面以上) 各車的車鉤基準尺寸: 1000mm ;使用范圍: 985～1010mm車輛間車鉤的高度差 20mm 以內(nèi) 圖2 柴田式密接式車鉤緩沖裝置 １-密接式車鉤鉤頭； 2-風(fēng)管連接器 ；3-橡膠緩沖器； 4-沖擊座； 5-十字頭； 6-托梁 ；7-磨耗板； 8-電氣連接 該型車鉤由鉤頭、鉤舌、解鉤風(fēng)缸、鉤身、鉤尾等部分組成。鉤頭為帶一平面的凸圓錐體, 側(cè)面是帶有凹孔的鉤身。兩鉤連掛時, 凸錐插進對方相應(yīng)的凹錐孔中, 此時凸錐的內(nèi)側(cè)面在前進中推壓對方的鉤舌使其轉(zhuǎn)動, 這時解鉤風(fēng)缸的彈簧受壓縮, 鉤舌旋轉(zhuǎn), 當(dāng)兩鉤連接面接觸后, 凸錐的內(nèi)側(cè)面已不再壓迫對方的鉤舌, 由于彈簧的作用, 使鉤舌向相反方向旋轉(zhuǎn)恢復(fù)到原來的狀態(tài), 此時處于閉鎖位置, 完成了兩車連掛。分解時, 由司機操縱解鉤閥, 壓縮空氣由總風(fēng)管進入本車的解鉤風(fēng)缸, 同時經(jīng)解鉤風(fēng)管連接器將壓縮空氣送入相連掛的另一輛車的解鉤風(fēng)缸, 活塞桿向前推并帶動解鉤桿, 使鉤舌轉(zhuǎn)動至開鎖位置, 此時兩鉤即可解開。當(dāng)采用手動解鉤時, 只要用人力推動解鉤桿, 使鉤舌轉(zhuǎn)動至開鎖位置, 從而實現(xiàn)兩鉤的分解CRH2 動車組配置了三種柴田密接式車鉤:1. 頭車密接式車鉤該密接式車鉤及緩沖器一般收置于車頭罩內(nèi)。如圖 1 所示。殼體座架采用單側(cè)支撐方式。車鉤上安裝了分解時拉釋放杠桿的氣缸。另外, 其上方設(shè)置了用于電氣連接設(shè)置的底座。車鉤帶有空氣管, 固定在底架上, 由機體托架來支撐的構(gòu)造。分離時, 通過配置的氣缸拉動車鉤提桿。而且, 考慮到與既有車輛的救援問題, 車鉤高度定為 1000mm 。緩沖器是橡膠制的 RD19 改良型。 2. 中間連接車鉤中間連接車鉤也為帶總風(fēng)管的密接式車鉤, 如圖3 所示。固定在 底架上, 由機體托架支撐, 其后部為層壓橡膠式的緩沖器。車鉤的強度: 拉伸載荷在 160t 左右 ( 約 1570kN ) 、壓縮載荷約310t( 約3040kN ) 。緩沖器通過層壓橡膠式的墊塊, 能夠?qū)④囕v間的壓縮、拉伸兩個方向的沖擊進行緩沖。此緩沖器為( 雙向 W 型) 的 RD011A 型, 容量為10.79 KJ 。3. 過渡車鉤過渡車鉤是在救援和回送時與裝有 15 號車鉤的機車進行連接的部件。構(gòu)造上要求過渡車鉤的一側(cè)能連接到 CRH2 車鉤上, 另一側(cè)能與 15 車鉤連接。此過渡車鉤最高使用速度為 120km/h , 超過規(guī)定的速度, 則會發(fā)生拉斷車鉤的情況, 從而引起救援機車和故障車分離的事故。最大連接輛數(shù)為 16 輛。車鉤結(jié)構(gòu)為鋼板焊接, 強度如下: 拉伸時, 永久變形達到 1mm 時的負載在 392KN(40t) 以上; 拉伸斷裂負載在 392KN(40t) 以上 柴田式密接式車鉤的車鉤前端為鉤頭，它由一個凸錐和凹錐孔，內(nèi)部還有鉤舌（半圓形）、解鉤桿、解鉤桿彈簧和解鉤風(fēng)缸組成，。柴田式密接式車鉤的作用原理，該車鉤具有待掛、連接和解鉤三種狀態(tài)。待掛狀態(tài)：為車鉤連接前的準備狀態(tài)，此時鉤舌定位桿被固定在待掛位置，解鉤風(fēng)缸活塞桿處于回縮狀態(tài)，此時半圓形鉤舌的連接面于水平面成40°角。連掛狀態(tài)：當(dāng)兩車鉤連掛推進時，兩凸錐分別插入對方車鉤相應(yīng)的的凹錐孔。這時凸錐的內(nèi)側(cè)面在前進中壓迫對方的鉤舌轉(zhuǎn)動，使解鉤氣缸的彈簧受壓，鉤舌沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)40°。兩車鉤連接面接觸后，凸錐內(nèi)側(cè)面不在壓縮對方的鉤舌，此時由于彈簧恢復(fù)力的作用，使鉤舌回到原來的狀態(tài)，兩鉤舌相互鎖定對方，達到閉鎖作用。 圖3 柴田式密接式車鉤結(jié)構(gòu)及作用原理 1-鉤頭；2-鉤舌；3-解鉤桿；4-彈簧；5-解鉤風(fēng)缸 解構(gòu)狀態(tài)：自動解鉤，要使兩鉤分解，須由司機操縱解鉤閥，壓縮空氣由總風(fēng)管進入前車（或后車）的解鉤氣缸，解鉤風(fēng)缸活塞桿向前推出并帶動解鉤桿運動，使鉤舌轉(zhuǎn)動至開鎖位置，此時給一拉力，兩鉤即可解開。兩鉤分離后，解鉤風(fēng)缸的壓縮空氣迅速逸出，解鉤風(fēng)缸彈簧得以復(fù)原，帶動車鉤順時針轉(zhuǎn)動40°恢復(fù)到待掛狀態(tài)，為下次連掛做好準備；手動解鉤，如果采用手動解鉤，只需用人力扳動解鉤桿，也能使鉤舌轉(zhuǎn)動至開鎖位置，實現(xiàn)兩鉤的分解。 我國早期的北京地鐵和天津地鐵采用這種結(jié)構(gòu)形式。 2.5密接式車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計 1. 間隙 目前世界各國的動產(chǎn)組普遍采用柴田式密接式車鉤, 使兩車鉤連接面的縱向間隙小于 2mm , 上下、左右偏移也很小, 這為提高列車的運行平穩(wěn)性和電氣線路、風(fēng)管路的自動對接提供了保證。 2. 載荷 車鉤緩沖裝置在列車中起傳遞縱向力的作用, 應(yīng)具有足夠的強度和剛度。高速列車對零部件的安全可靠性要求更高: 動力分散式動車組車鉤的壓縮載荷及拉伸載荷都要求不小于 1000KN 。 3. 自動摘掛與定位 由于高速列車密封性能的要求, 以及風(fēng)管、電器連接系統(tǒng)的安裝和連掛的不方便。因此, 密接式鉤緩裝置必須實現(xiàn)自動連掛和分解, 手動功能僅限于在自動功能失靈的特殊情況下使用; 電器和風(fēng)管的自動連接或手動整體連接還要求車鉤有自導(dǎo)向入位 功能, 且入位后各接頭之間的相對位置要比較準確。 前端車鉤組件主要包括鉤體、鉤舌、解鉤桿、拉力彈簧、解鉤風(fēng)缸以及鉤鎖。 如圖4所示，連接時，鉤舌嵌入到對方車鉤的鉤舌腔內(nèi)，需要解鉤時，可以拉動 解鉤鉤桿或者司機操縱解鉤風(fēng)缸帶動解鉤桿進行解鉤。拉力彈簧可以使解鉤桿恢復(fù) 到連掛位，車鉤解鉤時，利用鉤鎖掛在對方車鉤的解鉤桿上，將解鉤桿固定在解鉤位置。 中間車鉤組件如圖5所示，主要包括鉤體、鉤舌、解鉤桿、拉力彈簧以及鉤 鎖，相比前端車鉤組件，缺少了自動解鉤的解鉤風(fēng)缸，其作用原理與前端車鉤組件 相似。 連掛部位結(jié)構(gòu)設(shè)計鉤體是密接式鉤緩裝置的核心零件，需要滿足：1、實現(xiàn)一對車鉤的密接式連 掛功能；2、強度要求拉，伸載荷1600kN、壓縮載荷1800kN; 3、車鉤連掛時兩個 連掛面4個角的平均間隙<1.13mm; 4、在鉤身合適部位預(yù)留其他零件的安裝接口。 為滿足功能要求在車鉤連掛面設(shè)置凹錐和凸錐以及鉤舌腔，如圖4和5所示， 圖4鉤體連掛部位三維圖 圖5鉤體連掛部位三維圖 一對車鉤在連掛過程中，一個車鉤的凸錐面會推著另一個車鉤的鉤舌進入到凹 錐中，當(dāng)鉤舌在彈簧力的作用下回到鉤舌腔時，完成連掛動作，見圖26。為增大車 鉤的連掛范圍，在凹錐圓的外側(cè)開不規(guī)則的槽，如圖所示。將凸錐設(shè)置成空心結(jié)構(gòu) 可以有效的降低生產(chǎn)成本。 圖6鉤體連掛部位三維圖 解鉤的時候，將解鉤桿逆時針轉(zhuǎn)動至規(guī)定角度，將一端的車鉤凸錐從另一端的 凹錐中退出，實現(xiàn)解鉤動作。解鉤桿是通過開尾圓錐銷與鉤舌固定連接，如圖7 圖7鉤舌解鉤桿 鉤連掛間隙是關(guān)系到乘客舒適度的一個重要因素，當(dāng)連掛間隙超過規(guī)定要求 時，列車在運行過程中會產(chǎn)生明顯的縱向沖擊。假設(shè)車鉤連掛間隙為鉤舌腔內(nèi)部半徑為孕，鉤舌外圓直徑為R2，鉤舌腔的磨損量為&，鉤舌的磨損量為r2，車鉤連掛面的磨損量為r3，貝U: ^ = R1 - R2 +r1 +r2 +r3。當(dāng)c不滿足規(guī)定要求時，需要更換相關(guān)零部件，具體的鉤舌腔及鉤舌尺寸見圖8和圖9。 圖8鉤舌腔內(nèi)部示意圖 圖9鉤舌剖面圖 解鉤過程中在車鉤上設(shè)置一個鉤鎖，目的是將鉤舌解鉤桿保持在解鉤位置，而 圖10鉤鎖作用示意圖 圖11鉤鎖作用示意圖 2.6解鉤風(fēng)缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 在列車上，前端車鉤解鉤的頻率要比中間車鉤大的多，因此有必要對前端車鉤 解鉤方式實現(xiàn)自動化。利用風(fēng)缸充氣時，活塞桿推動解鉤桿尾部，當(dāng)解鉤完成排除 氣體，在拉力彈簧的作用下鉤舌恢復(fù)原位。在鉤身適當(dāng)部位開孔，以放入氣缸，并 留有安裝螺栓孔。氣缸工作壓力0.4MPa，最大行程111mm，如圖32所示。 1-解鉤桿；2-拉力彈簧；3-鉤體；4-解鉤風(fēng)缸；5-安裝螺栓 圖32解鉤風(fēng)缸工作示意圖 解鉤風(fēng)缸組件主要由推桿、傳感器、氣缸筒、活塞組件、橡膠密封件、風(fēng)缸前 后蓋等組成，由壓縮空氣作為工作介質(zhì)，屬于單作用氣缸。解鉤風(fēng)缸鉸接在車鉤鉤 體上，推桿組件上的連接頭鉸接在解鉤桿上，同時解鉤桿與鉤體之間安裝拉力彈簧 為鉤舌及活塞復(fù)位提供動力，見圖33 1_推桿組件；2-傳感器箱；3-傳感器；4-氣缸上蓋； 5-氣缸筒；6-活塞組件；7-密封件；8-氣缸底蓋 圖33解鉤風(fēng)缸結(jié)構(gòu)圖 桿組件由連接頭、推桿、磁性襯套、非磁性襯套等組成，作為被檢測體的 磁性體材料為Q235，屏蔽用的非磁體材料為聚四氟乙烯。兩者按一定的尺寸關(guān)系 套在推桿外表面，對傳感器的工作準確性起決定性作用，如圖34所示。 圖34推桿組件 1-連接頭；2-推桿；3-磁性體；4-非磁性體 氣缸筒從易加工、易組裝及易維修角度考慮，風(fēng)缸筒不采用半封閉的整體鑄造 結(jié)構(gòu)而設(shè)計為兩端開口結(jié)構(gòu)，缸體毛坯選用符合GB/T 8162-1987的20號鋼無縫鋼 管，缸體內(nèi)圓面進行精加工及內(nèi)磨圓；并對彈簧擋圈槽邊緣開R1的圓角，避免了 安裝后蓋時卡壞O型圈，如圖35所示。 圖35氣缸筒剖面及局部詳細圖 第三章 CRH2動車組緩沖裝置 3.1緩沖裝置的作用 緩沖器時用來緩和列車在運行中由于牽引力的變化或在啟動、制動及調(diào)車連掛時相互碰撞而引起的縱向沖擊和振動。緩沖器有耗散和衰減車輛之間的沖擊和振動的功能，從而減輕對車體結(jié)構(gòu)的破壞作用，提高列車運行的平穩(wěn)性和舒適度。 緩沖器的原理時借助壓縮彈性元件來緩和沖擊作用力，同時在彈性元件的變形中利用摩擦和阻尼吸收沖擊能量。 3.2緩沖器容量設(shè)計 車輛在互相沖擊時，縱向沖擊力由零增大到最大值再衰減到零，這時緩沖器相 應(yīng)地從初始狀態(tài)壓縮到某一行程，再恢復(fù)到初始狀態(tài)，完成了一個功的循環(huán)。沖擊 力在緩沖器上所做的功大部分轉(zhuǎn)換為緩沖器內(nèi)部摩擦元件的熱能消失掉，小部分轉(zhuǎn) 換為緩沖器內(nèi)部的彈性勢能，是緩沖器復(fù)原。車輛在沖擊過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系可 按能量守恒定律就得。 設(shè)有總重分別為W和W2的車輛，各以K和力的速度運動（設(shè)v1 ^ v2 )，沖擊后 兩車以共同的速度V。一起運動，據(jù)動量守恒定律： 則 據(jù)能量守恒定律，在兩車組成的系統(tǒng)中，沖擊前后的損失應(yīng)等于沖擊力壓縮緩 沖器所做的功A1、沖擊力壓縮車體所作的功A2、以及沖擊力使貨物移動所做的功A3的總和。 由于車體的變形相對于緩沖器的變形量要小很多，可略去不計。如果再略去相 對車體貨物移動所做的功得： 動車編組車輛一節(jié)按60t計算，即W1 = W2 = 600000N。一般情況下V1最大取 5km/h, v2 = 0km/h 計算得：A1=26.85kJ。 3.2緩沖器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 緩沖器和車鉤需要通過適當(dāng)?shù)倪B接裝置構(gòu)成整體，滿足強度的同時，達到緩和 列車牽引力和沖擊力的作用，還要保證車鉤在列車運行過程中可以達到垂向±4°、 橫向±16°的結(jié)構(gòu)性要求。 前端車緩沖器容量較大，但有一定的初壓力，又因為其主要是為了緩沖調(diào)車機 車的沖擊力或是兩列車的重聯(lián)沖擊力，所以一般對列車的運行沒有影響。 前端車鉤緩沖器見圖36主要包括緩沖器框、托板、橡膠襯墊、框接頭、接頭 托、橫銷、縱銷和橡膠緩沖器(GK668)等零部件，為單作用式緩沖器，由同一組橡 膠緩沖器承受牽引力和壓縮力。 為保證橡膠緩沖器有一定的預(yù)壓力，在接頭托和托板之間有一塊墊板，墊板是 通過螺釘與托板固接在一起，見圖37。 圖36前端車緩沖器總體方案 圖37墊板位置示意圖 采取橫銷和車鉤尾部的配合可以實現(xiàn)車鉤在垂向平面內(nèi)的±4°的要求，如圖38所示。 圖38橫銷實現(xiàn)垂向擺角示意圖 利用縱銷和框接頭的配合可以實現(xiàn)車鉤在橫向平面內(nèi)的±16°的要求，見圖39。 圖39縱銷實現(xiàn)橫向擺角示意圖 根據(jù)車體從板座的安裝位置，確定前端車緩沖器的工作形式如圖40所示，當(dāng) 緩沖器受到牽引力時，緩沖器的托板作用在從板座的前支撐上，緩沖器框與后支撐 脫離，并且從右向左壓縮橡膠緩沖器起到緩沖的作用；當(dāng)緩沖器受到壓縮力時，緩 沖器框作用在從板座的后支撐上，托板與前支撐脫離，縱銷等零部件從左向右壓縮 橡膠緩沖器起到緩沖的作用。 圖40前端車緩沖器工作形式 縱銷和受拉橡膠緩沖器（GK666)、受壓橡膠緩沖器（GK667)等零部件。為了使得中間車緩沖器能夠?qū)崿F(xiàn)初壓力為0，結(jié)構(gòu)上使用復(fù)式緩沖器，即由兩 組橡膠緩沖器分別承受牽引力和壓縮力。橡膠緩沖器的預(yù)壓力是通過兩個長緊固螺栓實現(xiàn)，見圖42。 圖41中間車緩沖器總體方案 圖42長緊固螺栓工作示意圖 中間緩沖器組裝到車體上從板座內(nèi)的狀態(tài)如圖43所示，該型緩沖器有兩組橡膠緩沖器，當(dāng)緩沖器受到牽引力時，緩沖器框壓縮左邊的橡膠緩沖器，右邊的橡膠緩沖器跟隨延伸；當(dāng)緩沖器受到壓縮力時，緩沖器框壓縮右邊的橡膠緩沖器，左邊的緩沖器跟隨延伸。無論緩沖器受到牽引力還是壓縮力，由于橡膠緩沖器的初壓力，托板和橡膠襯墊始終分別作用在從板座的前支撐和后支撐上。 3.3緩沖器零部件設(shè)計 緩沖器中的橫銷是關(guān)鍵受力件。在橫銷一端開有方形槽口，便于插入扁開口銷， 在其根部有圓槽，目的是為了防止應(yīng)力集中，如圖44所示。 圖44橫銷結(jié)構(gòu)圖 框接頭起到連接車鉤和緩沖器的作用，其與橫銷、縱銷的聯(lián)合使用實現(xiàn)了鉤緩 裝置的橫向及垂向擺動，具體結(jié)構(gòu)見圖45。 緩沖器框體是承受橡膠緩沖器阻抗力的主要受力件，其在滿足緩沖器必要工作行程的同時，還要保證足夠的強度。在其兩側(cè)焊有加強筋，由于前端緩沖器和中間緩沖器作用方式的不一樣，兩者的框體也不相同，如圖46和圖47所示。 圖44前段緩沖器框架圖 44中間緩沖器框架圖 3.3緩沖器的主要性能參數(shù)及特點 緩沖器的性能直接影響著列車的牽引總重、運行速度、車輛的載重、編組作業(yè)效率、車殼的舒適性、貨物的完好性等涉及鐵路運輸效能的主要技術(shù)經(jīng)濟指標。決定緩沖器性能的參數(shù)是：緩沖器的行程、最大作用力、容量及能量吸收率等。 （1）行程 緩沖器受力后產(chǎn)生的最大變形量稱為行程，此時彈性元件處于全壓縮狀態(tài)，如再加大外力，變形量也不再增加。 （2）最大作用力 緩沖器產(chǎn)生最大變形量時所對應(yīng)的作用外力。 （3）容量 緩沖器在全壓縮過程中，作用力在其行程上所做的功稱為容量。它是衡量緩沖器能量大小的主要指標，如果能量過小，則當(dāng)沖擊力較大時就會使緩沖器全壓縮而導(dǎo)致剛性沖擊。 （4）初壓力 緩沖器的靜預(yù)壓力，初壓力的大小將影響到列車啟動加速度。 （5）能量吸收率 緩沖器在全壓縮過程中，有一部分能量被阻尼所消耗，其消耗部分的能量與緩沖器容量之比稱為能量吸收率。吸收率愈大，則表明緩沖器吸收沖擊能量的能力愈大，反沖作用就愈小；否則，緩沖器必須往復(fù)工作好幾次方能將沖擊能量消耗盡，這將導(dǎo)致車鉤、底架過早疲勞損傷，并且加劇列車縱向沖動。一般要求能量吸收率不低于70%。 參考文獻 季令，葉玉玲，高速鐵路與擺列式列車[M]，北京：中國鐵道出版社，2001.1 嚴雋耄，車輛工程[M]，北京：中國鐵道出版社，1999: 244-274 張利平，緩沖器原理與應(yīng)用[J]，現(xiàn)代機械，1999： 1-3 趙歧嶺，起重機用液壓緩沖器[J]，太重技術(shù)導(dǎo)報，1991’ 11(3)： 1-4 鄒穩(wěn)根，國內(nèi)外機車車輛用車鉤緩沖器發(fā)展綜述[J],國外機車車輛工藝，2006.05 孫章，何宗華，徐金祥，城市軌道交通概論[M],北京：中國鐵道出版社，2003 趙令忠，關(guān)于國產(chǎn)密接式車緩沖裝置的探討[J],《鐵道車輛》，2003年07期 楊金川，留存聲，薛云山等，密接式車鉤試驗裝置，《鐵道車輛》，2007年09期 丙本勒，日本新干線列車技術(shù)發(fā)展趨勢，Trend of Development of Shinkanson Train 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