第一章車輛連掛課件

動(dòng)車組連接裝置張新華、繆龍秀51688254、51683195xhzhang@第一章概述

動(dòng)車組連接裝置通常包括：車鉤緩沖裝置；電氣與風(fēng)管連接器；風(fēng)擋裝置。車鉤緩沖裝置是動(dòng)車組最基本的也是最重要的部件之一，它是用來(lái)連接各車輛使之彼此保持一定的距離，并且傳遞與緩和動(dòng)車組在運(yùn)行過(guò)程中及在調(diào)車過(guò)程中產(chǎn)生的縱向力及沖擊力。由于動(dòng)車組的運(yùn)行特點(diǎn)，動(dòng)車組的車鉤必須為密接式車鉤，且應(yīng)該具有空氣管路和電氣通路的自動(dòng)連接功能。第一節(jié)

我國(guó)現(xiàn)用車輛的連接裝置一．15號(hào)車鉤（一）性能特點(diǎn)在列車實(shí)際運(yùn)行速度≤110Km/h的情況下，15號(hào)車鉤緩沖裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造安裝及檢驗(yàn)方便、成本低廉、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。雖然也存在一些諸如鉤舌、鉤耳銷孔磨耗甚至產(chǎn)生裂紋等問題，但并不嚴(yán)重。列車提速后，最高運(yùn)行速度達(dá)到了130～140Km/h，由于15號(hào)車鉤緩沖裝置連掛后，沿中心（縱向）的間隙量最大可超過(guò)30mm，這就出現(xiàn)了較大的問題，主要表現(xiàn)在：（1）列車運(yùn)行中，無(wú)論是起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速，都將產(chǎn)生很大的縱向沖動(dòng)。（2）鉤舌、鉤耳銷孔磨耗嚴(yán)重，并會(huì)產(chǎn)生裂紋。（3）由于沒有限制上、下移動(dòng)的定位裝置，按“技規(guī)”要求，兩車鉤縱向中心線高度差最大可允許75mm，因此不能實(shí)現(xiàn)電、氣、風(fēng)管自動(dòng)對(duì)接。（二）1號(hào)緩沖器及G1型緩沖器1號(hào)緩沖器為一種摩擦式緩沖器,它由前、后兩部分組成。前部為螺旋彈簧,后部為內(nèi)、外環(huán)彈簧,彼此以錐面相配合,兩部分之間有彈簧座板分隔。金屬?gòu)椈捎脕?lái)緩和沖擊作用力,環(huán)彈簧兩滑動(dòng)斜面間的摩擦力用來(lái)消耗沖擊功,起到吸收能量的作用。G1型緩沖器在保持1號(hào)緩沖器外形尺寸和簧盒內(nèi)的內(nèi)、外環(huán)簧總數(shù)不變的前提下,將環(huán)簧的材料由原來(lái)的60Si2Mn彈簧鋼(屈服極限1200MPa)改為高強(qiáng)度的60Si2CrVA彈簧鋼(屈服極限1700MPa)。適當(dāng)改變環(huán)簧斷面及緩沖器的結(jié)構(gòu)尺寸,行程從原來(lái)的68mm增加至73mm，最大作用力達(dá)到800KN，從而使G1緩沖器的容量達(dá)18kJ,較之1號(hào)緩沖器容量有較大幅度的提高。緩沖器受力分析1——鉤身；2——復(fù)原裝置；3——中梁；4——前從板座；5——鉤尾框托板；6——后從板座。牽引狀態(tài)車鉤鉤尾框后從板緩沖器前從板前從板座牽引梁。制動(dòng)沖擊狀態(tài)車鉤鉤尾框前從板緩沖器后從板后從板座牽引梁。1號(hào)緩沖器G1型緩沖器緩沖器容量/KJ14≥18初壓力/KN3030~50阻抗力/KN580≤800能量吸收率/%6560緩沖器行程/mm61~68731號(hào)緩沖器及G1型緩沖器的性能問題：初壓力較大30~50KN；能量吸收率較低60%左右。G1型緩沖器的行程增加至73mm，最大作用力達(dá)到800KN，從而使G1緩沖器的容量達(dá)18kJ,較之1號(hào)緩沖器容量有較大幅度的提高。（三）15X小間隙車鉤緩沖器15X小間隙車鉤緩沖器是針對(duì)15號(hào)車鉤緩沖裝置出現(xiàn)的問題而開發(fā)研制的改進(jìn)產(chǎn)品，其改進(jìn)之處為（1）將15號(hào)車鉤鉤舌連掛接觸面的間隙由19.5mm縮小到4.5mm；（2）將鉤尾框與緩沖器之間存在的7mm間隙縮小到2～4mm。但運(yùn)用一段時(shí)間后，由于車鉤磨耗嚴(yán)重，使得車鉤間隙逐漸變大，并沒有得到小間隙車鉤預(yù)期的改善縱向沖動(dòng)的目的。

二．國(guó)產(chǎn)密接式車鉤緩沖裝置結(jié)構(gòu)與作用原理

（一）結(jié)構(gòu)：(1)北京地鐵車輛用密接式車鉤緩沖裝置(2）我國(guó)第一列高速試驗(yàn)列車用密接式車鉤緩沖裝置(3）我國(guó)動(dòng)車組和25T型提速客車用密接式車鉤緩沖裝置1-鉤舌；2-解鉤風(fēng)管連結(jié)器；3-總風(fēng)管連接器；4-截?cái)嗳T；5-鉤身；6-緩沖器；7-制動(dòng)風(fēng)管連結(jié)器；8-電氣連結(jié)器。地鐵車輛用密接式車鉤緩沖裝置車鉤間隙不大于6mm；車鉤強(qiáng)度不小于1200KN；緩沖器容量不小于19KJ；阻抗力不大于800KN；緩沖器行程不大于73mm。風(fēng)管隨車鉤連掛而自動(dòng)連接；電氣連接線整體手動(dòng)連接，電氣連接線盒吊掛在鉤體上。我國(guó)第一列高速試驗(yàn)列車用密接式車鉤緩沖裝置

性能：車鉤間隙不大于2mm；車鉤強(qiáng)度不小于1800KN；緩沖器容量不小于20KJ；阻抗力不大于800KN；緩沖器行程不大于73mm。風(fēng)管隨車鉤連掛而自動(dòng)連接；電氣連接線整體手動(dòng)連接，電氣連接線盒吊掛在鉤體上。

近些年，隨著我國(guó)動(dòng)車組的廣泛研制，在開發(fā)地鐵密接式車鉤及早期動(dòng)車組密接式車鉤的基礎(chǔ)上，吸收歐洲的經(jīng)驗(yàn)，再次開發(fā)了采用含金屬環(huán)簧緩沖器的動(dòng)車組用密接式車鉤緩沖裝置，并批量投入使用，如用于“藍(lán)劍”、“先鋒號(hào)”和“中華之星”動(dòng)車組等。后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，采用了彈性膠泥緩沖器的密接式車鉤，已部分推廣應(yīng)用于25T型提速客車，明顯地改善了列車縱向沖擊性能，取得了較好的運(yùn)用效果。國(guó)產(chǎn)動(dòng)車組和25T型客車用密接式車鉤緩沖裝置

作用原理：該型車鉤的鉤頭與日本柴田式車鉤的鉤頭十分相似，均為圓錐形頭、孔式。兩鉤連掛時(shí)，凸錐插進(jìn)對(duì)方相應(yīng)的凹錐孔中，此時(shí)凸錐的內(nèi)側(cè)面在前進(jìn)中推壓對(duì)方的鉤舌使其轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)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(duì)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(lái)的狀態(tài)，此時(shí)處于閉鎖位置，完成了兩車連掛。1-鉤頭；2-鉤舌；3-解鉤桿；4-彈簧；5-解鉤風(fēng)缸。密接式車鉤作用原理性能參數(shù)：主要技術(shù)參數(shù)密接式車鉤+金屬環(huán)簧緩沖器密接式車鉤+彈性膠泥緩沖器整體強(qiáng)度KN≥1800≥1800緩沖器容量KJ≥18≥20緩沖器初壓力KN20～3020～30緩沖器阻抗力KN≤800≤800能量吸收率%65≤87緩沖器行程mm≤73≤73車鉤連掛間隙mm≤1.5≤1.5整體質(zhì)量Kg≤400≤400三．列車風(fēng)擋簡(jiǎn)介為了防止風(fēng)沙及雨水侵入車內(nèi)及運(yùn)行時(shí)便于旅客和乘務(wù)人員安全地在兩車輛間通行，需要在車輛兩端墻外設(shè)置一可彎折的柔性通道。該通道稱為風(fēng)擋裝置。（一）橡膠風(fēng)擋橡膠風(fēng)擋組成如下：橫橡膠囊組成、左、右立橡膠囊組成、防曬板組成、橫、立橡膠墊、渡板及緩沖裝置等。與鐵風(fēng)擋相比橡膠風(fēng)擋有如下優(yōu)點(diǎn)：

①比鐵風(fēng)擋噪聲小；②具有特殊形狀的彈性橡膠囊和橡膠密封墊，可以防止雨水、塵土進(jìn)入車廂內(nèi)部；③具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性，以適應(yīng)車輛通過(guò)曲線和振動(dòng)，提高乘坐的舒適性。橡膠風(fēng)擋在25型客車、準(zhǔn)高速客車、雙層客車等車輛上得到廣泛應(yīng)用。但氣密性不能滿足客車以較高速度運(yùn)行時(shí)的要求。因此25K型客車采用了折棚式風(fēng)擋，該型風(fēng)擋不僅外形美觀，氣密性也較好。但這種風(fēng)擋的剛度阻尼很小，幾乎不能對(duì)車體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生約束。(二)車端阻尼裝置運(yùn)用概況隨著25K型客車運(yùn)行速度的提高，車端相對(duì)運(yùn)動(dòng)加劇，影響了客車的橫向和垂向平穩(wěn)性，甚至出現(xiàn)了由于相鄰車端劇烈的反向點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的車鉤頻繁沖擊吊擺塊的現(xiàn)象，在這種情況下，國(guó)內(nèi)開始考慮采用車端阻尼裝置。為了彌補(bǔ)折棚式風(fēng)擋剛度和阻尼特性的不足，2000年四方車輛研究所開發(fā)了一種磨耗型車端阻尼裝置。這種裝置由安裝座、緩沖彈簧和磨耗板組成，裝在折棚風(fēng)擋的上方，依靠相互壓緊的磨耗板產(chǎn)生的摩擦力來(lái)耗散能量，約束車端相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該磨耗型車端阻尼裝置不能消除25K型客車的車輛沖擊現(xiàn)象，車端橫向、垂向振動(dòng)情況改善也不明顯。其原因是安裝位置太高，作用點(diǎn)距車體斷面中心太遠(yuǎn)，作用力不均衡，因此對(duì)約束車輛間的點(diǎn)頭和側(cè)滾振動(dòng)效果不大。

“中華之星”動(dòng)車組采用了結(jié)構(gòu)與日本新干線電動(dòng)車組相似的車端阻尼裝置，并與成田式風(fēng)擋配合使用。通過(guò)4輛編組列車動(dòng)力學(xué)比較計(jì)算證明，該型車端阻尼裝置顯著提高了各個(gè)車位的橫向平穩(wěn)性，對(duì)列車的曲線通過(guò)性能沒有明顯的影響。第二節(jié)動(dòng)車組連接裝置的基本要求一．動(dòng)車組對(duì)車鉤的性能要求1．間隙的要求:小間隙(2mm以下),運(yùn)行平穩(wěn)性和電氣線路、風(fēng)管路的自動(dòng)對(duì)接的要求。2．強(qiáng)度和剛度的要求:車鉤緩沖裝置在列車中起傳遞縱向力的作用，動(dòng)力分散式與動(dòng)力集中式動(dòng)車組對(duì)車鉤強(qiáng)度的要求不同，動(dòng)力集中式動(dòng)車組要求車鉤的壓縮載荷不小于1500KN，拉伸載荷不小于1000KN。動(dòng)力分散式動(dòng)車組要求車鉤的壓縮載荷及拉伸載荷都不小于1000KN。3．車鉤自動(dòng)連掛和分解功能4．具有電氣和風(fēng)管自動(dòng)連接或手動(dòng)整體連接功能二．動(dòng)車組對(duì)緩沖器特性的要求緩沖器主要用來(lái)緩和列車在運(yùn)行中由于啟動(dòng)、制動(dòng)以及調(diào)車作業(yè)時(shí)車輛相互碰撞而引起的縱向沖擊和振動(dòng)，具有耗散車輛之間沖擊和振動(dòng)的功能。是借助于壓縮彈性元件來(lái)緩和沖擊作用力，同時(shí)在彈性元件變形過(guò)程中利用摩擦和阻尼吸收沖擊能量。決定緩沖器特性的主要參數(shù)是：

1緩沖器的行程2最大作用力3容量4初壓力5能量吸收率等1．緩沖器的行程行程：緩沖器受力后產(chǎn)生的最大變形量稱為行程。此時(shí)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(shí)所對(duì)應(yīng)的作用外力緩沖器的最大作用力要比車體容許的載荷要小，否則當(dāng)發(fā)生超限載荷時(shí)，車體將發(fā)生永久變形而損壞。動(dòng)車組緩沖器的最大作用力通常為600KN～800KN。

3．容量的要求容量：緩沖器在全壓縮或全拉伸過(guò)程中，作用力在其行程上所作的功的總和。它是衡量緩沖器能量大小的主要指標(biāo)，如果容量太小，則當(dāng)沖擊力較大時(shí)就會(huì)使緩沖器全壓縮或全拉伸而導(dǎo)致車輛剛性沖擊。

容量的確定設(shè)有總重為W1和W2的車輛，各以V1和V2的速度運(yùn)動(dòng)（設(shè)V1＞V2），沖擊后兩車以共同的速度V0一起運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律：

車輛連掛動(dòng)力學(xué)模型則根據(jù)能量守恒定律，在兩車輛組成的系統(tǒng)中，沖擊前后動(dòng)能的損失應(yīng)等于沖擊力壓縮緩沖器所作的功A1、沖擊力壓縮車體所作的功A2、以及沖擊力使貨物移動(dòng)所作的功A3的總和，即：化簡(jiǎn)后如果兩個(gè)相互沖擊的車輛裝設(shè)同一型號(hào)的緩沖器，其容量為E，則A1=2E，再令沖擊速度V=V1-V2，代入上式，得每個(gè)緩沖器容量E的計(jì)算公式為：

結(jié)論：車輛質(zhì)量愈大、沖擊速度愈高，則要求緩沖器的容量也愈大。4．能量吸收率能量吸收率：緩沖器在全壓縮過(guò)程中，有一部分能量被阻尼所消耗，其所消耗部分的能量與緩沖器容量之比稱之為能量吸收率。

吸收率越大，表明緩沖器吸收沖擊能量的能力愈大，反沖作用就愈??；如果吸收率較小，則緩沖器必須往復(fù)工作幾次方能將沖擊能量消耗盡，這將加劇列車縱向沖動(dòng)并導(dǎo)致車鉤、車底架過(guò)早產(chǎn)生疲勞損傷。一般要求能量吸收率不低于70%。5．初壓力初壓力：為緩沖器的靜預(yù)壓力。初壓力的大小將影響列車起動(dòng)加速度。緩沖器在滿足容量要求的前提下，應(yīng)盡量減小初壓力。三．動(dòng)車組對(duì)風(fēng)擋的要求1．風(fēng)檔的空氣阻力應(yīng)盡量小。要做到車輛連接處平整光滑，以減少列車運(yùn)行的空氣阻力。2．要有足夠的強(qiáng)度。為了適應(yīng)車外氣壓波的急劇變化，要滿足氣動(dòng)載荷下的強(qiáng)度要求。德國(guó)規(guī)定氣動(dòng)載荷為3900～-5500Pa，日本規(guī)定為7500Pa。3．車輛運(yùn)行中數(shù)個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)使得風(fēng)擋始終處于變形之中，因此要求風(fēng)擋裝置具有較高的抗彎曲性能。4．風(fēng)擋的隔聲性能要好。這也