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1、毕业设计（论文）第一章 绪论车钩、缓冲器是铁路机车车辆连接与起缓冲作用的重要零部件,多用普碳钢或高强度低合金钢制成。随着铁路客运速度的不断提高和货运载重量的不断加大,对车钩、缓冲器的刚性、强度、质量、容量和耐磨性等性能要求越来越高。新品开发的周期也越来越短,专业化制造的能力也越来越强。根据国家中长期铁路网发展规划,未来15 a将是我国铁路高速化发展的一个重要时期。目前正在引进国外技术先进、成熟的200km/h 动车组、300 km/h 高速客车及其制造技术，在整个过程中,采用引进与消化吸收相结合的原则,从而最终实现从零部件到整车的国产化。客车车钩、缓冲器引进后的国产化便是其中重要一环。因此,对
2、于了解国内外机车车辆车钩、缓冲器的发展水平与动态是十分必要的。 一国内机车车辆用车钩缓冲装置的概况 货车车钩: 随着货运单列载重总量从早期的1 500 t2 500 t ,到现在开行的10 000 t及以上,我国货车车钩从20 世纪50 年代开始至今,先后开发了2 号、13 号、16 号、17 号、13A 等型号的车钩,车钩材料也由ZG230 - 450 提升为C 级钢、E 级钢,车钩的强度水平从1 500 kN2 300 kN 提高到了3 000kN3 500 kN ,其连接间隙也从19. 5 mm 减小到12mm。客车车钩:随着客运列车编组1416 辆增加到1820 辆,在15 号车钩的基
3、础上,先后又开发了C级钢15C 型车钩、15X 型小间隙车钩和E 级钢密接式车钩、动车组车钩等。随着车钩的发展,缓冲器也有了很大发展。从建国初期的2 号、3 号缓冲器开始,又先后开发了MX- 1 型橡胶缓冲器、MT - 2 型、MT - 3 型缓冲器以及大容量弹性胶泥缓冲器等产品。缓冲器的容量水平从早期的20 KJ 、35 KJ 、50 KJ 提高到了100 KJ 。近年来,我国客运形势发生了很大的变化,特别是经过6次客运提速,在很大程度上带动了客车钩缓系统的发展。随着干线客车速度从160km/h、180 km/h 提升至200 km/h 及以上,客车钩缓也经历了15号车钩配1 号缓冲器、15
4、C 车钩配G1 缓冲器、15X车钩配G1 缓冲器、密接式车钩配弹性胶泥缓冲器的发展过程。在动车组方面,也都基本采用了密接式车钩、缓冲器系统,正在逐步实现与国际水平的接轨。 二 国际机车车辆用车钩缓冲装置概况在国际铁路机、客、货车用车钩方面,机车、货车用车钩主要是以美国研制生产的E 型和F 型车钩为代表。主要生产各种AAR 标准车钩, 如: E60DE、E67CE、E68CE、E69BE、SBE60DE、SBE67CE、F70DE、F79DE、F73BE、SE60DE、SE67CE、SE69BE、SF70DE、SF73BE 等型号的车钩及各种钩尾框, 如: Y41AE、Y45AE 型钩尾框和冲击
5、座、从板等。除此之外,还有德国的Schaku 公司、日本的柴田公司、Scharfenberg 公司、瑞典Dellner公司生产密接式车钩、缓冲器及CA - 3型自动车钩、链子钩,其产品除用于本国及欧洲客、货车辆外,同时还供应北美、澳洲及东南亚等地区。在缓冲器制造生产方面,美国铁路货车缓冲器主要有ASF - Keystone 公司、Wabtec 公司及Miner等。如ASF - Keystone 公司的缓冲器占北美液压缓冲器市场的60 %70 %。Wabtec 公司自1904年起开始设计开发缓冲器,在摩擦弹簧缓冲器的设计、试验、生产方面具有丰富的经验,先后开发了Mark 系列等多种类型缓冲器,如
6、:Mark 50型、Mark 325型、Mark558型钢弹簧摩擦式缓冲器,Mark H60型钢弹簧与液压组合的摩擦式缓冲器、Mark R500型钢弹簧与橡胶组合的摩擦式缓冲器。Miner 公司以研制生产橡胶缓冲器著称,典型产品有SL - 76橡胶缓冲器和TF -880型弹性体缓冲器等。此外,其他各国际知名车钩生产企业在生产车钩的同时,大多数也配套生产各型缓冲器。 三 密接式钩缓装置的国产化研究由于城市轨道交通车辆启动和变速过程中纵向加(减)速度较大，对车辆舒适度要求较高，传统结构的客车车钩缓冲装置联挂间隙较大、自动化程度较低，不能满足其使用要求，必须采用密接式车钩缓冲装置。另外城轨车辆编组小
7、，对车辆轻量化要求较高，因此不能直接把铁路上使用的高强度密接式车钩直接照搬过来。目前世界上较为先进的密接式车钩主要有SCHAKU式、BSI式、柴田式等3种。其中柴田式早已于上世纪60年代用于我国北京地铁，其改进型已在我国高速动车组和多个城市的城轨车辆上应用。而SCHAKU式属引进城轨车辆上使用的型式。进口的上海地铁及轻轨车辆采用SCHAKU型结构的密接式车钩，它有3种不同的类型，即全自动车钩、半自动车钩和半永久车钩。全自动车钩可以实现机械、气路、电路的自动连接。半自动车钩的机械、气路连接结构与作用原理与全自动车钩相同，但是电路需要人工手动连接。半永久车钩的机械、气路、电路的连接都需要人工手动操
8、作，一般只有在车间维修时才进行分解。其中联挂系统是整套设备的关键。 国产密接式车钩缓冲装置与国外密接式车钩缓冲装置相比,技术上主要存在以下不足:(1) 在冰雪等低温环境下,连挂与解钩性能不够理想;(2) 在实际运用中,还未能解决好风、电的自动连挂问题;(3) 对过载保护与碰撞的能量吸收,在结构设计上还有差距;(4) 可伸缩高强度密接式车钩、半永久式车钩,技术上仍不成熟,且没有形成完整的车钩系列。因此，国产密接式车钩缓冲装置有待进一步的提高和发展。四国内车钩缓冲装置的发展展望1) 由于我国多年来实行货运重载的技术政策,对车钩、缓冲器都已采用了高强度低合金钢制造,目前国内车钩缓冲器的强度、容量等性
9、能指标与生产制造水平与国际先进水平相差无几,正在进一步实现与国际先进制造水平的接轨;2) 随着我国客运干线列车的不断提速和城市地铁、轻轨等轨道交通的快速发展,对速度为200 kmh及其以上的高速列车、电力及内燃动车组用密接式钩缓装置,我国应结合技术引进和吸收消化,提高自主创新能力,加大研发、生产与推广应用的力度;3) 应当进一步重视机车车辆用车钩、缓冲器材料与制造工艺的研究与开发;在设计与制造、试验与质量检测、运行与维护方面,应当等同采用先进的国际标准;4) 我国机车车辆用车钩、缓冲器的研发与生产能力相当大,但目前品种还较单一,且力量分散,集约化制造程度不高,应当适当调整生产组织结构,走国际先
10、进的专业化、规模化生产之路,以适用产品除满足国内发展需要外,力争跻身国际轨道交通的钩缓产品市场。第二章 车钩缓冲装置 车钩缓冲装置是连接车辆最基本的部件，也是最重要的部件之一。车钩缓冲装置和风挡装置均是车端连接的有机组成部分，通过它们使列车车辆相互连接，实现相邻车辆之间的纵向力传递和通道的连接。第一节 车钩缓冲装置概述一 车钩缓冲装置的作用车钩缓冲装置是指连接两车辆间或连接两列车间的所有机械、空气和电气装置。传统列车的车端连接装置通常称牵引缓冲装置，由车钩和缓冲器两部分组成。具有连接、牵引、缓冲等几个方面的作用，即：（1） 缓冲作用，将彼此独立的车辆连接成列车，并使之保持一定的距离；（2） 牵
11、引作用，在列车运行过程中能够传递牵引力、制动力或冲击力；（3） 缓冲作用，缓和即衰减列车在运行过程中或调车工况时由于牵引力的变化和制动力前后不一致而引起的冲击和振动；如果上述作用是由同一装置来完成的，那么该装置称为牵引缓冲装置。如果是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。而高速动车组的车端连接装置除了具有上述机械功能以外，还必须具有车厢间的密封功能，以及传递压缩空气，电气信号和控制信号等功能。通常情况下，动车组的电气和风管连接器与车钩组成一整体部件，它提供动车组车辆间中低压电气与压缩空气的回路。二 分类按照牵引连接装置的连接方式，车钩可分为自动车钩和非自动车钩。自动车钩不需要
12、人工参与就能实现连接，而非自动车钩则需要借助人工来完成车辆间的连接。自动车钩又分为两种基本类型：非刚性车钩和刚性车钩。非刚性车钩如图(a),允许相连的车钩钩体之间有一定的垂向相对位移，即两车钩总轴线存在高差时，两个车钩成阶梯形状，并且各自保持水平位置。钩体的尾端相当于销接，这就保证了车钩在水平面的位移。非刚性车钩结构简单，强度高，重量轻，与车体的连接较简单，常用于货车和普通客车。刚性车钩如图（b）,也称为密接式车钩，它不允许相连的车钩钩体之间有垂向相对位移，而且对前后的间隙要求应限制在很小的范围内。如果两车钩总轴线存在高差时，两车钩处于同一直线上并成倾斜状态。两钩体的尾端具有完全的销接，这就保
13、证了两连挂车辆之间可以具有相对的平移和角位移，使其适应线路水平面及纵剖面的变化，缓和车体在弹簧上的振动及外界对车辆的作用力。 图1 非刚性车钩与刚性车钩(a) 非刚性车钩 (b)刚性车钩刚性车钩与非刚性车钩相比有如下有点：（1） 减小了两个车钩连接表面之间的间隙，从而降低了列车间的纵向力，提高了列车运行的平稳性；（2） 由于车钩零件的位移减少了，并且在这些零件上的作用力也减小了，因此改善了自动车钩内部零件的工作条件；（3） 减小了车钩连接表面的磨耗；（4） 减小了连挂车钩时相互冲击而产生的噪音，这对城轨车辆和客车尤为重要。由于这些特点决定了刚性车钩主要用于城轨车辆及高速动车组上，我国地铁车辆及
14、部分快速客车采用了密接式车钩。第二节 密接式车钩缓冲连接装置密接式车钩缓冲连接装置集牵引、缓冲和连挂于一体，通过车辆彼此相向缓慢走行相互碰撞，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。在两连挂车钩高度具有偏差以及在有坡度线路和曲线上都能安全的连挂，是一种刚性车钩，主要用于地铁车辆、城轨车辆和高速动车组中。密接式车钩缓冲装置按其钩头结构的不同具有多种形式，目前世界上较为先进的密接式车钩主要有柴田式、Scharfenberg式、BSI-COMPACT式等3种。其中柴田式早已于上世纪60年代用于我国北京地铁 , 其改进型已在我国高速动车组和多个城市的城轨车辆上应用。而SCHAK U式
15、属引进城轨车辆上使用的型式。进口的上海地铁及轻轨车辆采用Scharfenberg 型结构的密接式车钩 , 它有3种不同的类型 , 即全自动车钩、半自动车钩和半永久车钩。全自动车钩可以实现机械、气路、电路的自动连接。半自动车钩的机械、气路连接结构与作用原理与全自动车钩相同 , 但是电路需要人工手动连接。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。德国制造的BSI-COMPACT型密接式车钩在欧洲、巴西等许多国家的地铁、轻轨车辆和城郊列车上获得了广泛的应用。一 柴田式密接式车钩柴田式密接式车钩缓冲装置如图所示。它主要有钩头、缓冲器、风管连接器、电气连接器和风动解构系统等几部分组成。车辆连挂时依靠两车钩相邻钩头上的凸锥和凹锥孔的相互插入，实现车钩的紧密连接，同时自动的将两车之间的电路和空气通路接通。在两车分解时，通过解构风缸的动作，亦可自动解钩，并自动切断两车之间的电路和空气通路。图2 柴田式密接式车钩缓冲装置-密接式车钩钩头； 2-风管连接器 ；3-橡胶缓冲器； 4-冲击座； 5-十字头； 6-托梁 ；7-磨耗板； 8-电气连接器柴田式密接式车钩的车钩前端为钩头，它由一个凸锥和凹锥孔，内部还有钩舌（半圆形）、解钩杆、解钩杆弹簧和解钩风缸组成，如图3所示。柴田式密接式车钩的作用原理，该车钩具有待挂、连接和解钩三种状态。
