地鐵車輛車端連接裝置設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘 要發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)已成為我國(guó)解決城市交通問(wèn)題的必由之路，其中以地鐵車輛系統(tǒng)最為典型且應(yīng)用最廣。車端連接裝置是地鐵車輛最基本也是最主要的部件之一，其作用是連接機(jī)車車輛、減緩列車的縱向沖動(dòng)（或沖擊力）、傳遞列車電力、通信控制信號(hào)和連接列車風(fēng)管。本課題針對(duì)我國(guó)地鐵車輛的要求，對(duì)車端連接裝置進(jìn)行了系統(tǒng)分析。其中對(duì)密接式車鉤與列車風(fēng)擋進(jìn)行了著重研究。自動(dòng)密接式車鉤采用彈簧裝置作為手動(dòng)解鉤和復(fù)位機(jī)構(gòu)，鉤體端面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。帶緩沖器和無(wú)緩沖器的半永久牽引桿定位孔采用長(zhǎng)圓孔結(jié)

2、構(gòu)。風(fēng)擋裝置不僅要美觀舒適,還應(yīng)具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性,以承受和適應(yīng)車輛之間在運(yùn)行中的錯(cuò)動(dòng)和沖擊，保證列車安全通過(guò)曲線和道岔。因此地鐵風(fēng)擋的選型必須滿足上述要求。關(guān)鍵詞：地鐵；密接式車鉤；風(fēng)擋；設(shè)計(jì)ABSTRACTDeveloping the city truck traffic system has become the main route to solve the problem of city traffic, which subway system is the most typical one. The connecting device is one of basi

3、cparts of metro vehicles. It links each vehicle of the train,reduces pull force or impulsive force at the running and translate task of train,transfers the train power,control signal.and links the train pipes.In order to satisfy the requirement of the metro vehicles in our country, systems analysis

4、has been taken for the connecting device,which focuses on the tight-lock and the train windshield. The automatic tight-lock coupler adopted spring set for manual separate lock and replacement. The semiforever traction rod fix buffer and unfix buffer adopted long round whole structure. The casting pa

5、rts include coupler body, fixing seat, semiautomatic coupler bracket and semiforever bracket have carried into execution with casting technologic designed and simulative concreting analysis. The elastic rubber mud buffer has the characteristic of more capability ,less impedance force ,high absorb ra

6、te. The high pressure and hermetical structure ensure the hermetic capability and the running life. Windshield device not only should be beautiful and comfortable, but also has a good vertical and horizontal scalability, vertical flexibility to withstand and adapt to the vehicle in operation between

7、 the dislocation and impact, to ensure train safety through the curves and turnouts.Therefore,the selection of the subway windshield must meet the above requirements.Keywords： metro，tight-lock coupler，windshield，design目 錄第一章 緒論11.1車端連接裝置簡(jiǎn)介11.2車鉤緩沖裝置的發(fā)展歷程21.3風(fēng)擋裝置簡(jiǎn)介41.4本課題主要研究的內(nèi)容5第二章 密接式車鉤簡(jiǎn)介62.1地鐵車鉤裝置

8、62.2地鐵車鉤的性能特點(diǎn)62.3北京地鐵密接式車鉤72.4上海地鐵密接式車鉤82.5 BSI-COMPACT型密接式車鉤10第三章 密接式車鉤相關(guān)設(shè)計(jì)133.1國(guó)內(nèi)地鐵車鉤的結(jié)構(gòu)與原理133.2車鉤的連掛分解原理173.3車鉤殼體強(qiáng)度分析203.4鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸強(qiáng)度分析243.5拉桿的研制情況27第四章 地鐵風(fēng)擋相關(guān)設(shè)計(jì)294.1國(guó)內(nèi)外客車風(fēng)擋發(fā)展?fàn)顩r294.2地鐵列車風(fēng)擋的性能要求344.3氣密式風(fēng)擋的技術(shù)要求354.4地鐵列車風(fēng)擋結(jié)構(gòu)研究41第五章 結(jié)論與展望44致謝45參考文獻(xiàn)46附錄1：外文翻譯47附錄2：翻譯原文50第一章 緒論1.1 車端連接裝置簡(jiǎn)介車端連接裝置是車輛最

9、基本的也是最重要的部件組合之一，起作用是連接機(jī)車車輛、減緩列車的縱向沖動(dòng)（或沖擊力）、傳遞列車電力、通信控制信號(hào)和連接列車風(fēng)管。最初的車端連接裝置知識(shí)一副簡(jiǎn)單的掛鉤，并無(wú)緩沖裝置可言，至今仍能從歐洲鐵路的鏈子鉤上發(fā)現(xiàn)它的縮影。為了減輕車輛沖擊，開(kāi)始采用帶緩沖裝置的車端連接裝置。隨著列車技術(shù)裝備的進(jìn)步，車端連接裝置的性能不斷提高，其型式也不斷變化。至今，已形成了形式多樣，能適應(yīng)各種機(jī)車車輛需要的車端連接裝置。車端連接裝置主要包括車鉤、緩沖器、風(fēng)擋、車端阻尼裝置、車端電氣連接裝置等，一些貨車和動(dòng)車組上還使用牽引桿裝置。現(xiàn)今的客、貨車輛上均裝有車鉤和緩沖器，通常將二者合稱為車鉤緩沖裝置，其實(shí)車端連接

10、裝置中起牽引連掛和沖擊作用的主要部件。風(fēng)擋和車端阻尼裝置僅在客車車輛上使用，而牽引桿則是隨著重載運(yùn)輸發(fā)展起來(lái)的新型的鐵路車輛連接方式，其一般僅運(yùn)用在重載貨車車輛上，電氣連接器是列車動(dòng)力和控制通訊的重要設(shè)備。在車鉤緩沖裝置中，如果牽引連掛和緩和沖擊的作用是由同一裝置來(lái)承擔(dān)的，那么該裝置稱之為牽引緩沖裝置；如果它們的作用分別由不同的裝置來(lái)承擔(dān)，則分別稱之為牽引連掛裝置和緩和裝置。牽引連掛裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛之間的彼此連接、傳遞和緩和牽引（拉伸）力的作用；緩沖裝置（緩沖盤）用來(lái)傳遞和緩和沖擊（壓縮）力的作用，并且使車輛彼此之間保持一定的距離。按照牽引連掛裝置的連接方式，可分為自動(dòng)車鉤和非自動(dòng)車鉤。自動(dòng)車

11、鉤不需要人工參與就能實(shí)現(xiàn)連接，非自動(dòng)車鉤則要由人工完成車輛之間的連接。我國(guó)鐵路車輛均采用自動(dòng)車鉤。自動(dòng)車鉤又可分為兩種基本類型：非剛性車鉤和非自動(dòng)車鉤。非剛性車鉤允許兩個(gè)相連接的車鉤在垂直方向上有相對(duì)位移，當(dāng)兩個(gè)車鉤的縱軸線存在高度差時(shí)，連接著的兩鉤呈階梯形狀，并且各自保持水平位置。剛性車鉤不允許兩相連接車鉤在垂直方向彼此存在位移，但是在水平方向可產(chǎn)生少許轉(zhuǎn)角，如果在車輛連接之前兩車鉤的縱向軸線高度存在偏差，那么在連掛后，兩車鉤的軸線處在同一直線上并呈傾斜狀態(tài)。兩車鉤的尾端采用銷接，從而保證了兩連掛車輛之間的位移和偏角。 剛性車鉤減小了兩個(gè)連接車鉤之間的間隙，從而大大降低了列車運(yùn)行中的縱向沖動(dòng)

12、，提高了列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，同時(shí)也降低了車鉤零件的磨耗和噪聲。另外，剛性車鉤有可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)車輛間的氣路和電路的自動(dòng)連接、非剛性車鉤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，重量輕，與車體的連接較為簡(jiǎn)單。我國(guó)鐵路一般客、貨車均采用非剛性的自動(dòng)車鉤，對(duì)于高速列車和城市的地鐵和輕軌車輛則應(yīng)采用剛性的自動(dòng)車鉤，即密接式車鉤。我國(guó)鐵路客車所采用的風(fēng)擋裝置包括鐵風(fēng)擋、橡膠風(fēng)擋及密接式風(fēng)擋。其中，鐵風(fēng)擋的密封性、安全性、保溫性以及隔熱性均較差；而橡膠風(fēng)擋的密封性能比鐵風(fēng)擋有較大程度的提高，并具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向彈性，能適應(yīng)車輛通過(guò)曲線和緩沖振動(dòng)。隨著客車運(yùn)行性能進(jìn)一步提高，較好地解決了傳統(tǒng)列車連接處噪聲大、灰塵多、氣密性

13、差以及保溫、隔熱不良等問(wèn)題。列車運(yùn)行速度的提高使得車體的搖頭、側(cè)滾等振動(dòng)問(wèn)題更加突出，成為影響列車運(yùn)行品質(zhì)的主要因素。車端阻尼裝置主要起著衰減車輛間相對(duì)振動(dòng)的作用，其對(duì)車輛各個(gè)自由度振動(dòng)的約束作用顯得尤為重要，能大大提高運(yùn)行舒適度。車端阻尼裝置一般指除了車鉤緩沖裝置以外的車輛端部具有阻尼特性、能夠衰減車輛間相對(duì)振動(dòng)的連接設(shè)備，其中最主要的是車端減振器。車端減振器包括縱向減振器和橫向減振器。其中，縱向減振器主要是衰減車體間大的相對(duì)點(diǎn)頭及縱向運(yùn)動(dòng)；橫向減振器主要衰減車體間的相對(duì)橫移搖頭和側(cè)滾運(yùn)動(dòng)。牽引桿裝置作為新型的題錄車輛連接方式已經(jīng)在國(guó)外重載運(yùn)輸?shù)膯卧熊囍械玫匠晒?yīng)用，如美國(guó)、澳大利亞、南非

14、、加拿大和巴西等國(guó)均不同程度地在長(zhǎng)大重載貨物列車上采用了牽引桿裝置。由于牽引桿裝置取消了車鉤，減輕了重載列車的間隙效應(yīng)對(duì)縱向動(dòng)力學(xué)性能的影響。此外，車端電氣連接裝置和總風(fēng)軟管連接器也是車端連接裝置的重要組成部分，且對(duì)列車的運(yùn)行和安全起著舉足輕重的作用。車端電氣連接裝置包括電力連接器、通信連接器、電空制動(dòng)連接器等。其與鄰車的連接器相連，以溝通列車的供電回路、通信回路和電空制動(dòng)回路?？蛙嚮蜇涇囍苿?dòng)時(shí)需要風(fēng)（壓縮空氣），客車的風(fēng)動(dòng)門、空氣彈簧、集便器等設(shè)備的正常工作也需要風(fēng)，而總風(fēng)軟管連接器就是連接相鄰車的總風(fēng)管，以便機(jī)車向客車或貨車供風(fēng)。1.2車鉤緩沖裝置的發(fā)展歷程車鉤緩沖裝置是軌道車輛最基本的部

15、件之一，它是用來(lái)連接列車各車輛使之彼此保持一定距離，并且傳遞和緩沖列車在運(yùn)行中或在調(diào)車時(shí)所產(chǎn)生的縱向力和沖動(dòng)力?，F(xiàn)代車鉤起源于1873年由詹尼發(fā)明的鉤舌車鉤，具有能量吸收特性的緩沖裝置則是由1888年問(wèn)世的韋斯汀豪斯的緩沖器發(fā)展而來(lái)的，目前大多數(shù)機(jī)車和車輛上使用的仍是該類型裝置。1929年，柴田衛(wèi)氏提出了密接式車鉤的設(shè)計(jì)方案，1931年完成了研制和現(xiàn)車試驗(yàn)，1932年開(kāi)始在新造電動(dòng)車上全面采用。之后，陸續(xù)在日本各區(qū)段運(yùn)用，至1938年，大部分電動(dòng)車基本都采用了密接式車鉤。由于密接式車鉤也是柴田家族人設(shè)計(jì)的，故密接式車鉤也稱柴田密接式車鉤。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的密接式車鉤有三種結(jié)構(gòu)形式：第一種為日本新

16、干線高速列車上所采用的柴田氏密接式車鉤，我國(guó)北京地鐵車輛的車鉤即屬于此列；第二種為Schafenberg型密接式車鉤，常見(jiàn)于歐洲國(guó)家所制造的地鐵、輕軌及高速車輛上，德國(guó)制造的上海地鐵車輛亦裝用這種車鉤；第三種為BSI-COMPACT型密接式車鉤。北京地鐵車輛的密接式車鉤緩沖裝置由密接式車鉤、橡膠緩沖器、風(fēng)管連接器、電器連接器和風(fēng)動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等幾部分組成。車輛連掛時(shí)，依靠?jī)绍囥^相鄰鉤頭上的凸錐和凹錐相互插入，起到緊密聯(lián)結(jié)作用，同時(shí)自動(dòng)將兩車之間的電路、空氣管路接通，并起到緩和連掛中車輛間的沖擊作用。在兩車分解時(shí)，亦可自動(dòng)解鉤，并自動(dòng)切斷車輛間的電路和空氣通路。上海地鐵車輛所采用的全自動(dòng)密接式車鉤緩

17、沖裝置由機(jī)械連接、電器連接和氣路連接三部分組成。機(jī)械連接部分設(shè)于鉤頭中央，電器連接箱分設(shè)在左右兩側(cè)，中心軸下方設(shè)氣路連接器。車鉤相對(duì)于車體最大水平擺角為40，最大垂向擺角為5，以滿足車輛過(guò)水平曲線和垂曲線的要求。BSI-COMPACT型密接式車鉤在歐洲、巴西等許多國(guó)家的地鐵、輕軌車輛和城郊列車上獲得廣泛應(yīng)用。這種車鉤鉤頭的殼體沒(méi)有凸錐體和凹錐孔，在凸椎的內(nèi)側(cè)面配備有用于車鉤機(jī)械連接的鎖栓，鎖栓由高強(qiáng)度鋼制成，置于鉤頭前端的套筒中，利用彈簧使其保持正常位置。在凸錐體的外側(cè)設(shè)有解鉤杠桿，它與氣動(dòng)的（或液壓的）解鉤控制裝置相連接。鉤頭也被用來(lái)作為空氣管路連接器和電器連接箱的支撐體。密接式車鉤有3種不

18、同的類型，即全自動(dòng)車鉤、半自動(dòng)車鉤和半永久車鉤。全自動(dòng)車鉤可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、氣路、電路的自動(dòng)連接。半自動(dòng)車鉤的機(jī)械、氣路連接結(jié)構(gòu)與作用原理與全自動(dòng)車鉤相同，但是電路需要人工手動(dòng)連接。半永久車鉤的機(jī)械、氣路、電路的連接都需要人工手動(dòng)操作，一般只有在車間維修時(shí)才進(jìn)行分解。由于城市軌道交通車輛啟動(dòng)和變速過(guò)程中縱向加（減）速度較大，對(duì)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(dòng)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。另外高速動(dòng)車組車輛編組小，對(duì)車輛輕量化要求較高，因此不能直接把鐵路上使用的高強(qiáng)度密接式車鉤直接照搬過(guò)來(lái)。發(fā)展高速動(dòng)車組交通系統(tǒng)已成為我國(guó)解決城市交通問(wèn)題

19、的必由之路，高速動(dòng)車組交通車輛的產(chǎn)業(yè)化是我國(guó)機(jī)車車輛工業(yè)的重要工作之一，而高速動(dòng)車組車輛關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化是高速動(dòng)車組交通車輛產(chǎn)業(yè)化的重要保證，研制適合我國(guó)高速動(dòng)車組車輛的密接式車鉤與緩沖器具有十分重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。密接式車鉤和緩沖器是集機(jī)、電、氣于一體的機(jī)電產(chǎn)品，無(wú)論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、材料和試驗(yàn)裝備的研發(fā)上均具有很大的難度。國(guó)外研究和制造密接式車鉤的公司主要有SHARKU公司、瑞典Dellner Coupler公司和日本住友金屬大阪制鋼所，由上述公司研制的密接式車鉤和緩沖器產(chǎn)品代表著世界先進(jìn)水平。我國(guó)對(duì)密接式車鉤和緩沖器僅處于仿造的起步階段，無(wú)論在理論和應(yīng)用研究還是制造水平都還處于較低水

20、平，而目前尚無(wú)集機(jī)械、氣、電于一體的全自動(dòng)密集式車鉤。目前200km/h提速、貨車提速至160km/h、大量的城市地鐵和城間動(dòng)車組以及將來(lái)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(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品尚不能完全滿足市場(chǎng)的需求。1.3風(fēng)擋裝置簡(jiǎn)介為了防止風(fēng)沙、雨水侵入車內(nèi)及運(yùn)行時(shí)便于旅客安全地在相互連掛的車輛間通過(guò)在車輛兩端連接處裝有風(fēng)擋裝置。我國(guó)的客車風(fēng)擋有帆布風(fēng)擋、鐵風(fēng)擋、國(guó)際聯(lián)運(yùn)鐵風(fēng)擋、橡膠風(fēng)擋、單層密封折棚式風(fēng)擋、密接膠囊式風(fēng)擋等型式。帆布風(fēng)擋用于22型客車及一些老型客車上，由帆布折棚組成。特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，但不太美觀且易損壞。鐵風(fēng)擋是我國(guó)現(xiàn)有客車上保佑量最大的風(fēng)擋，該

21、型風(fēng)擋為客車通用件，分KT10-00-74、KT228-00-76兩種形式，前者用于部分21型客車上；后者主要用于我國(guó)主型客車22、25型車上。特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，車輛之間連掛方便。但風(fēng)擋噪聲大，磨損及腐蝕嚴(yán)重，維修量比較大。25型客車廣泛采用鐵風(fēng)擋裝置。國(guó)際聯(lián)運(yùn)鐵風(fēng)擋結(jié)構(gòu)型式類似于上述鐵風(fēng)擋，但風(fēng)擋面板較寬，用于我國(guó)與俄羅斯、蒙古等國(guó)家的國(guó)際聯(lián)運(yùn)客車，其優(yōu)缺點(diǎn)與上述鐵風(fēng)擋基本相同。橡膠風(fēng)擋由左右立橡膠囊、橫橡膠囊、橡膠墊、防曬板、緩沖裝置等組成。25型提速客車即25K型系列客車采用橡膠風(fēng)擋。單層密封折棚式風(fēng)擋取消了原來(lái)型式的折棚柱及渡板，配有專用渡板，且把渡板包在風(fēng)擋內(nèi)。主要結(jié)構(gòu)件為折棚、連接架

22、、拉桿、四連桿式渡板、掛鉤、板簧、鎖盒等，用于提速客車及動(dòng)車組，優(yōu)點(diǎn)為外形美觀、密封性能好；缺點(diǎn)為連掛不太方便，車端阻尼小，耐候性較差。隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)旅客列車的安全舒適性提出了更高的要求。對(duì)于提速客車，風(fēng)擋裝置不僅要美觀舒適，還應(yīng)具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性，以承受和適應(yīng)車輛之間在運(yùn)行中的錯(cuò)動(dòng)和沖擊，保證列車安全通過(guò)曲線和道岔。尤其是200km/h以上的高速客車用風(fēng)擋，對(duì)氣密性、隔聲性要求更高。密接膠囊式風(fēng)擋就是為200km/h以上的電動(dòng)車組研制的，主要由風(fēng)擋座、膠囊、對(duì)接框、風(fēng)擋懸掛裝置、內(nèi)飾板、渡板、手動(dòng)夾緊裝置等組成。1.4 本課題主要研究的內(nèi)容全文共分為五章，

23、各章的主要內(nèi)容如下：第一章主要介紹地鐵車端連接裝置的組成部分，包括車鉤緩沖裝置、風(fēng)擋等部件，并介紹了我國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展情況；第二章主要介紹了作為地鐵車鉤主要形式的密接式車鉤的發(fā)展?fàn)顩r以及當(dāng)今各國(guó)主要運(yùn)行的四種車鉤型號(hào)；第三章介紹了密接式車鉤的結(jié)構(gòu)、工作原理，并通過(guò)分析計(jì)算獲得了殼體、鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸的強(qiáng)度值；第四章介紹了風(fēng)擋的發(fā)展歷程、各種類型，并對(duì)密接式風(fēng)擋進(jìn)行了著重研究。第五章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向。第二章 密接式車鉤簡(jiǎn)介2.1 地鐵車鉤裝置由于城市軌道交通車輛啟動(dòng)和變速過(guò)程中縱向加(減)速度較大 ,對(duì)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

24、聯(lián)掛間隙較大、自動(dòng)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(duì)車輛輕量化要求較高，因此不能直接把鐵路上使用的高強(qiáng)度密接式車鉤直接照搬過(guò)來(lái)。城市地鐵和輕軌車輛的車鉤緩沖裝置常采用機(jī)械氣路、電路均能同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連接的密接式車鉤。這種車鉤屬剛性自動(dòng)車鉤，它要求在兩鉤連接后，其間沒(méi)有上下和左右的移動(dòng)，而且縱向間隙也限制在很小的范圍之內(nèi)（約12mm）。這對(duì)提高列車運(yùn)行平穩(wěn)性、降低車鉤零件的磨耗和噪聲均有重要意義。同時(shí)，由于車鉤的連掛精度大大提高，在列車連掛和分解時(shí)，鉤緩裝置也能自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)列車間空氣管路的自動(dòng)連接和分離。密接式鉤緩裝置能保證列車連掛的可靠性、運(yùn)行的舒

25、適性和安全性。密接式車鉤的構(gòu)造和工作原理與一般車鉤完全不同，目前世界上較為先進(jìn)的密接式車鉤主要有四種結(jié)構(gòu)形式：第一種為日本新干線高速列車上所采用的柴田式密接式車鉤，我國(guó)北京地鐵車輛的車鉤均屬此列；第二種為Scharenberg型密接式車鉤，常見(jiàn)于歐洲國(guó)家所制造的地鐵、輕軌及高速車輛上，深圳地鐵一期列車亦裝用這種車鉤；第三種為德國(guó)的BSI-COMPACT型密接式車鉤；第四種是進(jìn)口的上海地鐵及輕軌車輛所采用的SCHAKU型結(jié)構(gòu)的密接式車鉤。目前，國(guó)內(nèi)外地鐵車輛列車組車鉤的配置情況基本相同：?jiǎn)卧獌?nèi)車輛之間的連接車鉤均采用半永久車鉤（牽引桿）； 單元之間的連接車鉤均采用半自動(dòng)車鉤；編組之間的連接車鉤均

26、采用全自動(dòng)車鉤。半自動(dòng)車鉤和全自動(dòng)車鉤均要求自動(dòng)機(jī)械連掛、 自動(dòng)氣路連掛。車鉤內(nèi)裝有能量緩沖和吸收裝置，和車體的連接處裝有過(guò)載保護(hù)裝置。2.2 地鐵車鉤的性能特點(diǎn) 2.2.1 間隙 目前世界各國(guó)的地鐵列車普遍采用密接式車鉤，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(yùn)行平穩(wěn)性和電氣線路、風(fēng)管路的自動(dòng)對(duì)接提供了保證 2.2.2 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(qiáng)度和剛度。從地鐵車鉤的承載狀況看，其主要受力部件為鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸。其主要受力部件必須在850kN時(shí)不能屈服，因?yàn)槠浞绞脚c我們現(xiàn)在使用的舊型車鉤承載方式不同，舊型車鉤為整體承

27、載，在拉壓工況下均由鉤體上的凸錐承載，鉤舌的強(qiáng)度有較大富裕，薄弱部件為鉤體。而新型車鉤在受壓時(shí)由鉤體承載，受拉時(shí)主要由鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸構(gòu)成的平行四邊形機(jī)構(gòu)，并傳遞至鉤體承載 （受力關(guān)系見(jiàn)圖2.1），而鉤體上的凸錐牽引時(shí)不受力。因此鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸這 3 個(gè)零件的強(qiáng)度格外重要圖2.1 新型車鉤受力關(guān)系圖2.2.3 自動(dòng)摘掛與定位 由于地鐵列車密封性能的要求，以及風(fēng)管、電氣連接系統(tǒng)的安裝和連掛的不方便。因此，密接式鉤緩裝置必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連掛和分解，手動(dòng)功能僅限于在自動(dòng)功能失靈的特殊情況下使用；電氣和風(fēng)管的自動(dòng)連接或手動(dòng)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(duì)位置要

28、比較準(zhǔn)確。 2.3北京地鐵密接式車鉤北京地鐵車輛的密接式車鉤緩沖裝置見(jiàn)圖2.2車鉤的連掛與分解作用原理如圖2.3圖2.2 密接式車鉤緩沖裝置 圖2.3 密結(jié)式車鉤作用原理1-鉤舌；2-解鉤風(fēng)管連接器； 1-鉤頭；2-鉤舌；3-解鉤桿。3-總風(fēng)管連接器；4-截?cái)噘愰T； 4-彈簧；5-解鉤風(fēng)缸。5-鉤身；6-緩沖器；7-制動(dòng)風(fēng)管連接器；8-電器連接器。它由密接式車鉤、橡膠緩沖器、風(fēng)管連接器、電氣連接器和風(fēng)動(dòng)解鉤系統(tǒng)等幾部分組成。車輛連掛時(shí)，依靠?jī)绍囥^相鄰鉤頭上的凸錐和凹錐孔相互插入，起到緊密連接作用，同時(shí)自動(dòng)將兩車之間的電路、空氣管路接通，并起到緩和連掛中車輛間的沖擊作用。在兩車分解時(shí)，亦可自動(dòng)解

29、鉤，并自動(dòng)切斷車輛間的電路和空氣通路。兩鉤連掛時(shí)，凸錐插進(jìn)對(duì)方相應(yīng)的凹錐孔中。這時(shí)凸錐的內(nèi)側(cè)面在前進(jìn)中壓迫對(duì)方的鉤舌轉(zhuǎn)動(dòng)，使解鉤風(fēng)缸的彈簧受壓，鉤舌沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)40。當(dāng)兩鉤連接面相接觸后，凸錐的內(nèi)側(cè)面不再壓迫對(duì)方的鉤舌，此時(shí)，由于彈簧的作用，使鉤舌順時(shí)針向旋轉(zhuǎn)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，即處于閉鎖位置。要使兩鉤分解，須由司機(jī)操縱解鉤閥，壓縮空氣由總風(fēng)管進(jìn)入前車（或后車）的解鉤風(fēng)缸，同時(shí)經(jīng)解鉤風(fēng)管連接器送入相連掛的后車（或前車）解鉤風(fēng)缸，活塞桿向前推并帶動(dòng)解鉤桿，使鉤舌逆時(shí)針向轉(zhuǎn)動(dòng)至開(kāi)鎖位置，此時(shí)兩鉤即可解開(kāi)。如采用手動(dòng)解鉤，只要用人力推動(dòng)解鉤桿，也能使鉤舌轉(zhuǎn)動(dòng)至開(kāi)鎖位置實(shí)現(xiàn)兩鉤的分解。2.4 上海地

30、鐵密接式車鉤上海地鐵車輛所采用的全自動(dòng)密接式車鉤緩沖裝置結(jié)構(gòu)如圖2.4。圖2.4 上海地鐵全自動(dòng)密接式車鉤上海地鐵車輛所采用的全自動(dòng)密接式車鉤緩沖裝置由機(jī)械連接、電氣連接和氣路連接三部分組成。機(jī)械連接部分設(shè)于鉤頭中央，電氣連接箱分設(shè)在左右兩側(cè)，中心軸下方設(shè)氣路連接器。車鉤相對(duì)于車體最大水平擺角為40，最大垂向擺角為5，以滿足車輛過(guò)水平曲線和豎曲線的要求。鉤頭機(jī)械連接部分由殼體、鉤舌、中心軸、鉤鎖連接桿、鉤鎖彈簧、鉤舌定位桿及彈簧、定位桿頂塊及彈簧和解鉤風(fēng)缸組成。殼體的前部，一半為凸錐體，一半為凹錐孔，兩鉤連掛時(shí)相鄰車鉤的凸錐體和凹錐孔互相插入；中心軸上固定有鉤舌，鉤舌繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)鉤鎖連接

31、桿動(dòng)作；鉤舌呈不規(guī)則幾何形狀，設(shè)有供連接時(shí)定位和供解鉤時(shí)解鉤風(fēng)缸活塞桿作用的凸舌，以及鉤鎖連接桿的定位槽、鉤嘴等，是車鉤實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的關(guān)鍵零件；鉤鎖連接桿在鉤鎖彈簧拉力作用下使車鉤連接可靠；鉤舌定位桿上設(shè)有兩個(gè)定位凸緣，是鉤舌定位在待掛或解鉤狀態(tài)；定位桿頂塊可以在連接時(shí)頂動(dòng)鉤舌定位桿實(shí)現(xiàn)兩鉤的閉鎖。該自動(dòng)車鉤有待掛、閉鎖和解鉤三種狀態(tài)，其作用原理如圖2.5所示。圖2.5 上海地鐵自動(dòng)車鉤作用原理（a）待掛狀態(tài)；（b）閉鎖狀態(tài)；（c）解鉤狀態(tài)。1-殼體；2-鉤舌；3-中心軸；4-鉤鎖連接桿；5-鉤鎖彈簧；6-鉤舌定位桿；7-鉤舌定位桿彈簧；8-定位桿頂塊；9-定位桿頂塊彈簧；10-解鉤風(fēng)缸。（a）待

32、掛狀態(tài)：為車鉤連接前的準(zhǔn)備狀態(tài)。此時(shí)鉤舌定位桿被固定在待掛位置，鉤鎖彈簧處于最大拉伸狀態(tài)，鉤鎖連接桿退縮至凸錐體內(nèi)，鉤舌上的鉤嘴對(duì)著鉤頭正前方。（b）閉鎖狀態(tài)：相鄰兩鉤的凸錐體伸入對(duì)方的凹錐孔并推動(dòng)定位桿頂塊，定位塊頂塊擺動(dòng)迫使鉤舌定位桿離開(kāi)待掛位置，這時(shí)鉤鎖彈簧的回復(fù)力使鉤舌作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)鉤鎖連接桿伸進(jìn)相鄰車鉤鉤舌的鉤嘴，完成兩鉤的連接閉鎖。這時(shí)兩鉤的鉤鎖連接桿和鉤舌形成平行四邊形連接桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)車鉤受牽拉時(shí)，拉力由兩鉤的鉤鎖連接桿均勻分擔(dān)，使鉤舌始終處于鎖緊狀態(tài)，當(dāng)車鉤受沖擊時(shí)，壓力通過(guò)兩車鉤殼體凸緣傳遞。（c）解鉤狀態(tài)：司機(jī)操縱按鈕，控制電磁閥使解鉤風(fēng)缸充氣，風(fēng)缸活塞桿推動(dòng)鉤舌順時(shí)針

33、轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩鉤的鉤鎖連接桿脫開(kāi)對(duì)方鉤舌的鉤嘴，同時(shí)使鉤鎖連接桿克服鉤鎖彈簧的拉力縮入鉤頭錐體內(nèi)，這時(shí)定位桿頂塊控制鉤舌定位桿使鉤舌處于解鉤狀態(tài)。兩鉤分離后，解鉤風(fēng)缸排氣，定位桿頂塊由于彈簧作用復(fù)位，鉤舌回至待掛位，車鉤又恢復(fù)到待掛狀態(tài)。2.5 BSI-COMPACT型密接式車鉤BSI-COMPACT型密接式車鉤結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。圖2.6 BSI-COMPACT型密接式車鉤1-凸錐體；2-凹錐孔；3-鎖栓；4-鎖栓定位彈簧；5-解鉤杠桿；6-解鉤風(fēng)缸；7-導(dǎo)向桿。德國(guó)制造的BSI-COMPACT型密接式車鉤在歐洲、巴西等許多國(guó)家的地鐵、輕軌車輛和城郊列車上獲得廣泛應(yīng)用。這種車鉤鉤頭的殼體設(shè)有凸錐

34、體和凹錐孔，在凸錐體的內(nèi)側(cè)面配備有用于車鉤機(jī)械連接的鎖栓，鎖栓由高強(qiáng)度鋼制成，置于鉤頭前端的套筒中，利用彈簧使其保持正常位置。在凸錐體的外側(cè)設(shè)有解鉤杠桿，它與氣動(dòng)的（或液壓的）解鉤控制裝置相連接。鉤頭也被用來(lái)作為空氣管路連接器和電氣連接箱的支承體。這種車鉤也有待掛、閉鎖和開(kāi)鎖三個(gè)位置，其作用原理如圖2.7所示。當(dāng)兩鉤連掛時(shí)，兩鉤的鎖栓側(cè)面相互擠壓，壓縮各自的定位彈簧，直至兩鎖栓的鼻子彼此咬合，彈簧回復(fù)原位，達(dá)到兩鉤連掛閉鎖。欲將兩連掛的車鉤分解，操縱電磁閥，使解鉤風(fēng)缸充氣，風(fēng)缸活塞頂起解鉤杠桿，將一個(gè)鉤的鎖栓回拉到另一個(gè)鉤的鎖栓能夠脫開(kāi)為止，或者也可同時(shí)操縱兩個(gè)鉤的解鉤風(fēng)缸，使兩鉤的鎖栓同時(shí)動(dòng)

35、作，彼此脫開(kāi)。也可用人力搬開(kāi)解鉤杠桿，使兩鉤分解。圖2.7 車鉤的連掛、閉鎖與開(kāi)鎖位第三章 密接式車鉤相關(guān)設(shè)計(jì)3.1國(guó)內(nèi)地鐵車鉤的結(jié)構(gòu)與原理參考國(guó)外SCHAKU 型等車鉤的成功經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將國(guó)產(chǎn)化的3種類型密接式車鉤分別介紹如下。3.1.1 全自動(dòng)密接式車鉤 全自動(dòng)車鉤能在一組車向另一組車低速移動(dòng)聯(lián)掛時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩組車的機(jī)械、氣路、電路的自動(dòng)連接。車鉤之間的連接（機(jī)械、氣路和電氣系統(tǒng)）可自動(dòng)分解或人工手動(dòng)分解。車輛分離后 , 車鉤即處于待聯(lián)掛狀態(tài)。全自動(dòng)密接式鉤緩裝置聯(lián)掛部分（見(jiàn)圖3.1）由機(jī)械連接、電氣連接和氣路連接3部分組成。機(jī)械連接部分居中，電氣連接器分設(shè)在左右兩側(cè)，中心軸下方為風(fēng)管連接器。機(jī)械

36、連接部分（見(jiàn)圖3.2）由鉤體13、中心軸11、鉤舌10、鉤鎖連接桿12、鉤鎖彈簧14、鉤舌定位桿5、定位桿頂塊9及壓簧7以及解鉤風(fēng)缸1等組成。鉤體的前部一半為凸錐體，另一半為凹錐孔，在連接時(shí)分別和相鄰的車鉤凸錐體和凹錐孔互相插入，起連接導(dǎo)向作用；中心軸上固定有鉤舌，鉤舌繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)鉤鎖連接桿動(dòng)作；鉤舌呈不規(guī)則曲線形狀，設(shè)有供連接時(shí)定位和供解鉤風(fēng)缸活塞桿作用的凸舌，以及鉤鎖連接桿的定位槽、鉤嘴等，是車鉤實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的關(guān)鍵零件；鉤鎖連接桿在鉤鎖彈簧拉力作用下使車鉤連接可靠；鉤舌定位桿上設(shè)有兩個(gè)定位凸緣，使鉤舌定位在待掛或解鉤狀態(tài)；定位桿頂塊頂動(dòng)鉤舌定位桿實(shí)現(xiàn)兩鉤的聯(lián)掛。全自動(dòng)電氣連接器由左右電氣

37、箱組成，分設(shè)于鉤體兩側(cè)，并可前后移動(dòng)，電氣箱外部裝有保護(hù)罩，當(dāng)兩鉤連接時(shí)，車鉤的凸輪帶動(dòng)一個(gè)二位五通閥控制其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電氣箱可推出使其端面高于車鉤端面，電器連接器的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)狀態(tài)，此時(shí)保護(hù)罩自動(dòng)開(kāi)啟；當(dāng)解鉤后，電氣箱退回至原位置，保護(hù)罩自動(dòng)關(guān)閉。左右電氣箱內(nèi)的觸點(diǎn)分為固定觸點(diǎn)和彈性觸點(diǎn)，保證電氣連接時(shí)密接可靠。風(fēng)管連接器設(shè)有主風(fēng)管接頭和解鉤風(fēng)管接頭。主風(fēng)管配有主風(fēng)管自動(dòng)閥，在解鉤時(shí)可自動(dòng)切斷氣路，在連接時(shí)可自動(dòng)接通氣路。解鉤風(fēng)管始終處于聯(lián)通狀態(tài)，由司機(jī)操縱電磁閥控制管路的通斷，達(dá)到兩鉤風(fēng)缸同時(shí)充氣自動(dòng)解鉤或解鉤后氣缸排空的目的。 圖3.1 全自動(dòng)密接式鉤緩裝置聯(lián)掛部分1-鉤體總成

38、；2-全自動(dòng)電器連接器；3-全自動(dòng)電器連接器傳動(dòng)裝置。圖3.2 密接式車鉤機(jī)械連接部分結(jié)構(gòu)示意圖1-解鉤風(fēng)缸；2-鉤舌定位桿彈簧支座組成；3-定位塊；4-鋼絲繩組件；5-鉤舌定位桿；6-中心銷；7-壓簧；8-鉤體定位桿；9-定位桿頂塊；10-鉤舌；11-中心軸； 12-鉤鎖連接桿；13-鉤體；14-鉤鎖彈簧。3.1.2半自動(dòng)密接式車鉤 半自動(dòng)密接式車鉤見(jiàn)圖3.3。圖3.3 半自動(dòng)密接式車鉤1-電器連接器傳動(dòng)控制機(jī)構(gòu)總成；2-電器連接器總成；3-鉤體總成。半自動(dòng)車鉤能在一組車向另一組車低速移動(dòng)掛鉤時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩組車的機(jī)械、氣路的自動(dòng)連接但電氣連接由人工進(jìn)行操作。半自動(dòng)密接式鉤緩裝置聯(lián)掛部分的機(jī)械連接

39、和氣路連接與全自動(dòng)密接式鉤緩裝置完全相同，其電氣連接不完全一樣。其電氣箱蓋的開(kāi)閉機(jī)構(gòu)與全自動(dòng)車鉤相同，但接線方式、頭數(shù)目、頭類型、頭排布與全自動(dòng)車鉤的電氣箱完全不同。另外，半自動(dòng)車鉤電器箱的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖3.4）與全自動(dòng)車鉤不同，全自動(dòng)車鉤靠氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣箱的推動(dòng)，而半自動(dòng)車鉤的電器箱靠齒輪、齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.1.3半永久密接式車鉤半永久密接式鉤緩裝置用于地鐵車輛之間的半永久連接，一套車鉤由兩部分組成，分別安裝在相鄰兩車上。其中一輛車上的車鉤設(shè)有緩沖器，另一輛車上是剛性牽引桿。它帶有可以方便、快速拆卸的連接環(huán)，使兩輛車具有完好的剛性連接，半永久密接式鉤緩裝置由人工操作，現(xiàn)氣路和電路的連接

40、。半永久密接式鉤緩裝置的聯(lián)掛部分也由機(jī)械連接、電氣連接和氣路連接3分組成。機(jī)械連接部分居中，電氣連接器分設(shè)在牽引桿氣路接頭支架的下端，氣路接頭在牽引桿的一側(cè)。圖3.4 半自動(dòng)車鉤電器箱開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)圖1-支撐板；2-齒輪鎖閉開(kāi)關(guān)；3-小齒輪軸；4-小齒輪；5-轉(zhuǎn)臂；6-大齒輪軸；7-大齒輪；8-電器箱擺臂總成；9-連桿；10-下?lián)u臂；11-上搖臂；12-軸；13-齒條座；14-齒條。圖3.5 帶緩沖器半永久車鉤機(jī)械連接靠人工連接實(shí)現(xiàn)，對(duì)中裝置中的銷軸允許車輛之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)在水平曲線和豎曲線上運(yùn)行。氣路連接通過(guò)兩個(gè)車鉤氣路接頭的密封環(huán)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)完好的連接。電氣接頭通過(guò)固定在軸上的壓簧固定

41、，以實(shí)現(xiàn)連接。它的電氣接線箱無(wú)自動(dòng)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，其接線方式、觸點(diǎn)數(shù)目、觸頭類型、觸頭排布均與半自動(dòng)車鉤的電氣箱不同。圖3.6 剛性牽引桿3.2車鉤的連掛分解原理自動(dòng)車鉤有待掛、連接（即閉鎖）和解鉤3種狀態(tài)，其中解鉤狀態(tài)分為手動(dòng)解鉤狀態(tài)和風(fēng)動(dòng)解鉤狀態(tài)，其作用原理如圖3.7圖3.10所示。3.2.1待掛狀態(tài)（見(jiàn)圖3.7）圖3.7 車鉤待聯(lián)掛位示圖1-鉤體；2-鉤鎖連接桿；3-解鉤氣缸；4-鉤舌定位桿；5-定位塊；6-定位桿頂塊；7-鉤舌。此圖為車鉤聯(lián)掛前的準(zhǔn)備狀態(tài)，此時(shí)鉤舌定位桿被固定在待掛位置，鉤鎖彈簧處于最大拉力狀態(tài)，鉤鎖連接桿退至凸錐體內(nèi)，鉤舌的鉤嘴對(duì)著鉤頭的正前方。3.2.2 聯(lián)掛狀態(tài)（閉鎖）

42、（見(jiàn)圖3.8）圖3.8 車鉤聯(lián)掛位示圖相鄰車鉤的凸錐體伸入對(duì)方車鉤的凹錐孔并推動(dòng)定位桿頂塊，定位桿頂塊推動(dòng)鉤舌定位桿離開(kāi)待掛位置，這時(shí)鉤鎖彈簧的回復(fù)力使鉤舌作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)鉤鎖連接桿伸進(jìn)相鄰車鉤鉤舌的鉤嘴，完成兩鉤的連接閉鎖。這是兩鉤的鉤鎖連接桿和鉤舌形成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)車鉤受牽拉時(shí)，拉力由兩鉤的鉤鎖連接桿均勻分擔(dān)，使鉤舌始終處于鎖緊狀態(tài)，當(dāng)車鉤受沖擊時(shí)，壓力通過(guò)兩車鉤殼體凸緣傳遞。3.2.2 解鉤狀態(tài)解鉤狀態(tài)分為氣動(dòng)解鉤狀態(tài)和手動(dòng)解鉤狀態(tài)。（1）手動(dòng)解鉤狀態(tài)（見(jiàn)圖3.9）當(dāng)車鉤無(wú)法采用氣動(dòng)解鉤，或在廠內(nèi)檢修時(shí)（如圖3.9所示）必須采用手動(dòng)解鉤方式。手動(dòng)解鉤時(shí)，用手拉動(dòng)解鉤拉環(huán)，帶動(dòng)

43、解鉤鋼絲繩、手動(dòng)解鉤曲柄組成、中心軸，帶動(dòng)鉤舌轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)松開(kāi)鋼絲繩后，鉤舌定位桿被定位桿頂塊扣住，可使車鉤保持在手動(dòng)解鉤狀態(tài)，完成解鉤過(guò)程。當(dāng)兩鉤分離后，頂塊所受外力消失，在兩個(gè)壓縮彈簧作用下，頂塊退回到初始狀態(tài)，定位桿被固定在待解位，車鉤恢復(fù)到待掛狀態(tài)。（2）氣動(dòng)解鉤狀態(tài)（見(jiàn)圖3.10）司機(jī)操縱按鈕控制電磁閥，使解鉤風(fēng)缸充氣，風(fēng)缸活塞桿推動(dòng)鉤舌順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰車鉤的鉤鎖連接桿脫開(kāi)鉤舌，同時(shí)使自身的鉤鎖連接桿克服鉤鎖彈簧拉力縮入鉤頭凸錐體內(nèi)，脫離相鄰車鉤的鉤舌，這時(shí)定位桿頂塊推動(dòng)鉤舌定位桿使鉤舌處于解鉤狀態(tài)。當(dāng)兩鉤分離后，定位桿頂塊由于彈簧作用復(fù)位，鉤舌定位桿回至待掛位，車鉤又恢復(fù)到待掛狀態(tài)。

44、圖3.9 手動(dòng)開(kāi)鉤時(shí)車鉤全開(kāi)位示圖圖3.10 氣動(dòng)開(kāi)鉤時(shí)車鉤全開(kāi)位示圖由此可見(jiàn)，雖然稱之為車鉤的三態(tài)作用，但實(shí)際上有4個(gè)狀態(tài)。從圖3.9和圖3.10中可以清楚地看到手動(dòng)解鉤和風(fēng)動(dòng)解鉤時(shí)，鉤舌定位桿與頂塊的相對(duì)位置有微小的區(qū)別，這是該型車鉤設(shè)計(jì)的手動(dòng)開(kāi)鉤在松開(kāi)鋼絲繩后得以保持待掛位的奧妙所在。3.3車鉤殼體強(qiáng)度分析3.3.1 車鉤殼體實(shí)體模型 車鉤殼體是安裝車鉤內(nèi)部連接零件和車輛間連掛設(shè)備的關(guān)鍵零件。車鉤殼體主體采用鑄造成型，內(nèi)部有許多鑄造圓角，忽略小的倒角和鑄造圓角以保證在強(qiáng)度分析的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了計(jì)算方便，也忽略了殼體外部的焊接件。下面采用三維實(shí)體建模軟件solidworks來(lái)建立

45、密接式車鉤殼體的實(shí)體模型，由于殼體為整體鑄造，內(nèi)部型腔復(fù)雜，所以采用Solidworks的“模具”工具進(jìn)行造型。首先建立殼體外形，命名為“殼體外形Prt”，殼體外形是在圓錐的基礎(chǔ)上進(jìn)行“拉伸切除特征”造型；然后建立殼體內(nèi)部型腔實(shí)體，命名為“殼體型腔Prt” 兩個(gè)實(shí)體零件模型建立完成后，以“殼體外形Prt”為實(shí)體基礎(chǔ)，利用模具工具在選定的分型面上采用“型腔”工具在“殼體外形Prt”內(nèi)部去掉“殼體型腔Prt”。生成的實(shí)體模型如圖3.11所示。 圖3.11 車鉤殼體實(shí)體模型強(qiáng)度分析一般分為三個(gè)步驟：網(wǎng)格劃分、施加邊界條件、運(yùn)算及后處理。本文就按照這三個(gè)步驟進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算的目標(biāo)是保證殼體滿足最大強(qiáng)

46、度要求。 3.3.2劃分網(wǎng)格 由于車鉤殼體厚度不均并且厚度較大，所以適合采用實(shí)體網(wǎng)格劃分殼體。實(shí)體網(wǎng)格類型為拋物線四面體單元，由四個(gè)邊角節(jié)點(diǎn)、六個(gè)中側(cè)節(jié)點(diǎn)和六條邊線來(lái)定義H1。對(duì)于殼體關(guān)鍵過(guò)度區(qū)域劃分網(wǎng)格時(shí)采用細(xì)化的方法，保證不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格畸變而產(chǎn)生應(yīng)力集中。細(xì)化部分網(wǎng)格單元大小為4mm，其他部分為9mm，采用雅可比4點(diǎn)檢查網(wǎng)格。區(qū)域網(wǎng)格劃分后共生成73400個(gè)單元，個(gè)節(jié)點(diǎn)， 個(gè)自由度。如圖3.12所示。 圖3.12 車鉤殼體有限元模型3.3.3邊界條件 這里只考慮殼體承受車輛間的縱向載荷，所以只受拉伸載荷和壓縮載荷。殼體設(shè)計(jì)強(qiáng)度為890MPa，所以分析時(shí)施加載荷以設(shè)計(jì)強(qiáng)度為準(zhǔn)。殼體材料為ZG3

47、5CrMo，殼體經(jīng)過(guò)熱處理，表面噴丸強(qiáng)化，強(qiáng)度極限 620MPa，分析時(shí)取620MPa為應(yīng)力極限。根據(jù)材料性能可知材料的彈性模量E=210GPa，泊松比A=0.28。殼體在承受拉伸載荷時(shí)主要是殼體尾部的圓錐面和殼體連接中心桿的孔承受載荷和約束?？紤]到車鉤連掛之后可能存在間隙，所以拉伸載荷分兩種邊界條件。一種是尾部圓柱面施加鉸接約束、尾部端面施加固定約束，中心孔施 加軸承載荷。邊界條件如圖3.13所示；另一種是尾部施加拉伸載荷，中心孔固定，如圖3.14所示。殼體在承受壓縮載荷時(shí)主要是殼體前面板和尾部端面承受載荷和約束。同樣考慮到間隙的存在，分為前面板承受壓縮載荷，尾部端面固定，如圖3.15所示；

48、前面板約束，尾部端面承受壓縮載荷，如圖3.16所示。 圖3.13 中心孔承受拉伸載荷圖3.14圓錐面承受拉伸載荷圖3.15前面板承受壓縮載荷圖3.16 尾部承受壓縮載荷3.3.4結(jié)果后處理 由于殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以計(jì)算結(jié)果按照第四強(qiáng)度理論取值。 （1）中心孔承受拉伸載荷 殼體在承受如圖3.13的拉伸載荷時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在如圖3.17，所示應(yīng)力云圖上，最大應(yīng)力=583.58MPa，根據(jù)= 620MPa可以看出，在此種載荷下滿足強(qiáng)度要求。圖3.17中心孔承受拉伸載荷應(yīng)力云圖（2）圓錐面承受拉伸載荷 殼體在承受如圖3.14的拉伸載荷時(shí)是考慮到尾部圓柱面與連接環(huán)存在間隙而中心孔位置裝配的內(nèi)部零件緊密配合。

49、最大應(yīng)力出現(xiàn)在如圖3.18所示的應(yīng)力云圖上，最大應(yīng)力 =569.2MPa，且 ，可以看出在此種載荷下滿足強(qiáng)度要求。 圖3.18圓錐面承受拉伸載荷應(yīng)力云圖（3）前面板承受壓縮載荷 前面板構(gòu)造復(fù)雜，如連掛接口基本上不承受載荷，所以劃分網(wǎng)格之前必需對(duì)前面板受力區(qū)域進(jìn)行劃分。受力區(qū)域采用solidworks中“分割面”功能對(duì)前面板進(jìn)行劃分，載荷只加載在受力區(qū)域。進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之后，最大應(yīng)力出現(xiàn)在如圖3.19應(yīng)力云圖所示的位置，最大應(yīng)力為=576.23MPa滿足強(qiáng)度要求。圖3.19前面板承受壓縮載荷應(yīng)力云圖（4）尾部承受壓縮載荷 按照?qǐng)D3.16所示進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算后，殼體最大應(yīng)力出現(xiàn)在圖3.20應(yīng)力云圖所示位

50、置，最大應(yīng)力=597.8MPa，且，同樣滿足強(qiáng)度要求。 圖3.20尾部承受壓縮載荷應(yīng)力云圖3.3.5結(jié)論 殼體在承受拉壓載荷時(shí)分別進(jìn)行兩種邊界條件的計(jì)算，一方面考慮到車鉤實(shí)際裝配時(shí)可能存在間隙的問(wèn)題，另一方面為了進(jìn)行分析結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證分析結(jié)果的正確性。通過(guò)計(jì)算得出不論是承受拉伸載荷還是壓縮載荷，殼體的最大應(yīng)力位置都出現(xiàn)在殼體尾部的圓柱面。下表列出了不同載荷和邊界條件下的最大應(yīng)力。通過(guò)比較同種載荷在殼體裝配時(shí)不存在間隙以及存在間隙的情況下殼體的最大應(yīng)力以確定殼體是否滿足強(qiáng)度要求。 殼體承受拉伸載荷時(shí)，圖3.13(中心孔承受拉伸載荷)計(jì)算的最大應(yīng)力比圖3.14(尾部圓錐面承受拉伸載荷)計(jì)算的最大應(yīng)

51、力大25，殼體在兩種邊界條件下都滿足強(qiáng)度要求。 表3.1 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果載荷方式邊界條件最大應(yīng)力（Mpa）約束位置載荷位置拉伸尾部圓錐面中心孔583.58尾部圓環(huán)面中心孔583.58壓縮中心孔尾部圓錐面569.2前面板尾部端面576.23尾部端面前面板597.83.4鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸強(qiáng)度分析從地鐵車鉤的承載狀況看，其主要受力部件為鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸。其主要受力部件必須在850kN時(shí)不能屈服，因?yàn)槠浞绞脚c我們現(xiàn)在使用的舊型車鉤承載方式不同，舊型車鉤為整體承載，在拉壓工況下均由鉤體上的凸錐承載，鉤舌的強(qiáng)度有較大富裕，薄弱部件為鉤體。而新型車鉤在受壓時(shí)由鉤體承載 , 受拉時(shí)主要由鉤舌、鉤

52、鎖連接桿和中心軸構(gòu)成的平行四邊形機(jī)構(gòu)，并傳遞至鉤體承載（受力關(guān)系見(jiàn)圖3.21），而鉤體上的凸錐牽引時(shí)不受力。因此鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸這3個(gè)零件的強(qiáng)度格外重要，所以對(duì)其進(jìn)行了有限元分析。圖3.21新型車鉤受力關(guān)系圖圖3.22、3.24、3.26分別為鉤舌、中心軸和鉤鎖連接桿的實(shí)體模型，圖3.23、3.25、3.27 分別為鉤舌、中心軸和鉤鎖連接桿承受850 kN力時(shí)的應(yīng)力云圖。其結(jié)果見(jiàn)表3.2。圖3.22 鉤舌實(shí)體模型圖 圖3.23 鉤舌應(yīng)力分布圖圖3.24 中心軸實(shí)體模型圖 圖3.25 中心軸應(yīng)力分布圖圖3.26 鉤鎖連接桿實(shí)體模型圖 圖3.27 鉤鎖連接桿應(yīng)力分布圖表3.2 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

53、名 稱承受載荷/ kN最大應(yīng)力/MPa鉤舌850942中心軸850807鉤鎖連接桿8501162從有限元分析的結(jié)果來(lái)看，牽引狀態(tài)下車鉤的最薄弱環(huán)節(jié)在鉤鎖連接桿的牽引柱處，因此，我們對(duì)拉桿從材料的選取到制造工藝等進(jìn)行了重點(diǎn)研究。3.5拉桿的研制情況從拉桿的使用情況和要求來(lái)看拉桿材料必須具有良好的綜合性能：高強(qiáng)度、足夠的韌性、良好的焊接性能和機(jī)加工性能。通過(guò)采用多種材料進(jìn)行試制，最后選用了兩種航空材料，均為低合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，熱處理后具有良好的綜合性能。3.5.1制造工藝的選擇 從拉桿的結(jié)構(gòu)來(lái)看，由于拉桿牽引柱中心到拉桿的另一端連接中心線近 300mm，如果整體制造，要保證拉桿牽引柱的圓柱度，在

54、機(jī)床上難于實(shí)現(xiàn)，因此必須將拉桿分開(kāi)加工，然后焊接，再熱處理，再加工，但這種分體式的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度難以保證。且拉桿的結(jié)構(gòu)精度要求很高，這也給加工帶來(lái)了困難。3.5.2設(shè)計(jì)的兩種方案 （1）方案1將上下拉桿和拉桿牽引柱加工后焊接，為避免焊后變形，除了對(duì)拉桿牽引柱與上下拉桿連接處焊接，另外只能焊接拉桿牽引柱的前端位置，如圖3.28所示，在d1不能改變的情況下，必須在上下拉桿和牽引柱之間的強(qiáng)度取得最優(yōu)化的匹配結(jié)果。因?yàn)樯舷吕瓧U的薄弱環(huán)節(jié)為厚度處，為拉伸破壞，而拉桿牽引柱的薄弱環(huán)節(jié)為d2-d1的階梯型過(guò)渡處，有明顯的應(yīng)力集中，為剪切破壞，通過(guò)對(duì)、d2、d1、h 多個(gè)參數(shù)的比選優(yōu)化取得了一組最佳值。（2）方案2

55、將上下拉桿切斷，分別加工后，開(kāi)V型坡口焊接的型式（見(jiàn)圖3.29），焊接完成后再使用鉗工手工修磨拉桿牽引柱的形位公差。圖3.28 拉桿方案1 圖3.29 拉桿方案2參照有關(guān)的外國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車鉤提出的是屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)和國(guó)內(nèi)不同，經(jīng)分析由車鉤的結(jié)構(gòu)決定的。由于從前文知道車鉤受力的薄弱環(huán)節(jié)為車鉤拉桿，我們進(jìn)行了多次的方案研究和試制，最后選定的兩種結(jié)構(gòu)方案取得了較為滿意的結(jié)果（見(jiàn)表3.3）。表3.3 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果斷裂載荷/ kN換算后的屈服載荷/ kN制造工藝方案1540432試件精度較好方案2595476較復(fù)雜，保證試件精度有困難由于實(shí)際運(yùn)用工況中，拉桿呈平行四邊形機(jī)構(gòu)承載，因此，方案1可以承

56、受864 kN的屈服載荷，方案2可以承受952kN的屈服載荷，都超過(guò)了技術(shù)要求的850kN的屈服極限要求，而且在單件強(qiáng)度試驗(yàn)中由于工裝不能保證試件受實(shí)際最有利的工況承載，因此實(shí)際進(jìn)行整體強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)拉桿的強(qiáng)度應(yīng)高于試件試驗(yàn)強(qiáng)度?？紤]到國(guó)內(nèi)制造工藝的水平，盡管第二方案制造較復(fù)雜，但為安全起見(jiàn)，建議按照第二方案進(jìn)行正式產(chǎn)品的生產(chǎn)。第四章 地鐵風(fēng)擋相關(guān)設(shè)計(jì)4.1國(guó)內(nèi)外客車風(fēng)擋發(fā)展?fàn)顩r4.1.1 國(guó)外客車風(fēng)擋發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外高速列車運(yùn)輸方式不同,車輛的類型也不同,動(dòng)車與拖車的連掛、拖車與拖車的連掛型式也不同。即使同一種連掛型式,不同車種,風(fēng)擋結(jié)構(gòu)也各異。德國(guó)ICE、法國(guó)TGV、日本新干線等高速客車風(fēng)擋和國(guó)際

57、UIC橡膠風(fēng)擋等是世界高速車輛風(fēng)擋的基本類型,其型式各有特色、結(jié)構(gòu)各不相同,現(xiàn)舉例介紹如下。德國(guó)ICE城間高速列車的最高運(yùn)行速度達(dá)到406.9km/h，客車采用氣密性好,并連同車鉤裝置全部包容在內(nèi)的雙波紋風(fēng)擋,周邊密封。所謂密封是相對(duì)而言,高速客車風(fēng)擋是密封很好的設(shè)備,但還有剩余不密封的情況。例如,風(fēng)擋連接框的滑動(dòng)面和渡板處；雙波紋風(fēng)擋受到振動(dòng)、拉壓變形時(shí)發(fā)生體積變化,從而產(chǎn)生壓力變化的不密封。結(jié)構(gòu)合理的氣密風(fēng)擋,剩余不密封對(duì)車內(nèi)的氣密影響不是主要的。ICE/V型風(fēng)擋由內(nèi)外間隔組成。外層間隔外端面采用球形鉸定位連接結(jié)構(gòu),以承受過(guò)曲線時(shí)車體之間的相對(duì)位移。它由三部分組成,用纖維增強(qiáng)合成材料制成,

58、與車體輪廓相吻合,連接面的中部呈現(xiàn)凹球形簿殼,凸球形的對(duì)應(yīng)件在凹球形內(nèi)滑動(dòng)。間隔的端平面與車體端墻用螺釘連接。在球形鉸處用空心橡膠型材密封,為了提高氣密性,還可以充入壓縮空氣。球形鉸連接能保證車體各種相對(duì)位移,以達(dá)到車輛間距離的改變,為此,連接面內(nèi)設(shè)有橡膠型材的彈性件。內(nèi)間隔以彈性波紋件組成,周邊密封。渡板結(jié)構(gòu)是鉸接?xùn)糯畎?。在?nèi)外間隔的壁板間安裝有連接件,車輛高速運(yùn)行中起防振的作用。車輛在運(yùn)行中,風(fēng)擋通道凈寬度基本相同,從視覺(jué)上感到寬敞?；瑒?dòng)風(fēng)擋是把車鉤裝置全部包容在內(nèi)的雙波紋結(jié)構(gòu)。風(fēng)擋的外端連接面為滑動(dòng)面,利用彈簧的壓力保持滑動(dòng)面連掛后的持續(xù)壓緊?；瑒?dòng)面的寬度應(yīng)根據(jù)車輛橫向位移情況,確保覆蓋

59、滑動(dòng)面,而不發(fā)生橫向錯(cuò)位縫隙。渡板固定在車端墻上,可向上翻起。當(dāng)車輛運(yùn)行在曲線或道岔時(shí),風(fēng)擋的滑動(dòng)面發(fā)生橫向錯(cuò)動(dòng),此情況應(yīng)予解決。該風(fēng)擋適用于不分解的動(dòng)車組。雙層波紋風(fēng)擋能滿足壓力密封、耐壓強(qiáng)度高和隔聲的要求,外層波紋件和內(nèi)層波紋件在折疊時(shí)反方向?qū)χ绍嚩藟γ骈g距離為700mm,比ICE/V型風(fēng)擋縮小600mm,即為車廂客室增加的空間。風(fēng)擋周邊封閉,在運(yùn)行中通道凈寬度1100mm幾乎不變。渡板采用鉸接?xùn)糯畎?防止曲線運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)縫隙?？紤]空氣動(dòng)力學(xué)需要,在車端外形輪廓處設(shè)有彈性護(hù)板,使車輛端墻間隙降到最低限度,確保車輛在曲線線路上運(yùn)行靈活,從車外看,避免了兩車間的深凹。雙波紋風(fēng)擋有整體結(jié)構(gòu)和連

60、接面內(nèi)分體結(jié)構(gòu)。1990年5月,TGV高速列車創(chuàng)造了速度為515.3km/h的世界記錄,這是采用高新技術(shù)的結(jié)果。為了進(jìn)一步降低運(yùn)行阻力,采取了許多有效措施,其中關(guān)節(jié)式車輛之間采用伸縮性氣密風(fēng)擋,即為有效措施之一。TGV高速客車的關(guān)節(jié)式車體風(fēng)擋結(jié)構(gòu)中,有一個(gè)承重金屬框及一個(gè)固定金屬框,兩金屬框之間由全波紋密封件連接,下部有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)盤,用于保證兩車廂地板之間的銜接。該風(fēng)擋結(jié)構(gòu)可使車體自由活動(dòng),兩車廂橫向錯(cuò)動(dòng)量很小,借助兩車體共用的一個(gè)轉(zhuǎn)向架,保證兩相鄰車廂之間貫通力的傳遞和牽引。固定金屬框用螺栓固定在一個(gè)車體上,承重金屬框通過(guò)兩翼板置于轉(zhuǎn)向架的空氣彈簧上。全波紋密封件位于牽引鉤上日本新干線高速客車