出口阿根廷客車車鉤緩沖裝置選型設(shè)計(jì)

杜彥品 陳?？? 朱亮 李華麗

摘要：文章根據(jù)阿根廷客車標(biāo)書技術(shù)規(guī)范中車鉤緩沖裝置的配置要求，對(duì)車鉤緩沖裝置進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，介紹了車鉤緩沖裝置的技術(shù)方案、組成部分及其功能；針對(duì)列車三種運(yùn)行工況，通過(guò)縱向動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，結(jié)果表明碰撞能量均由車鉤緩沖裝置吸能，車體沒(méi)有發(fā)生永久變形，驗(yàn)證了車鉤緩沖裝置配置的合理性。

關(guān)鍵詞：車鉤緩沖裝置；選型設(shè)計(jì)；阿根廷客車；碰撞能量；縱向動(dòng)力學(xué) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U260 文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.006

阿根廷客車項(xiàng)目是南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司承接的項(xiàng)目，現(xiàn)已全部如期交付，其在線路運(yùn)行狀況良好?？蛙嚱M編組形式為1輛機(jī)車牽引9輛客車，機(jī)車前端采用全自動(dòng)車鉤，客車首尾車采用全自動(dòng)車鉤，客車間采用半永久車鉤。

1 車鉤緩沖裝置配置要求

（1）列車固定編組，客車首尾車與機(jī)車間采用Scharfenberg全自動(dòng)車鉤，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械、氣路和電路的連掛，自動(dòng)或手動(dòng)分解；客車間采用半永久車鉤。（2）機(jī)車的縱向壓縮強(qiáng)度為2000kN，拉伸強(qiáng)度為1000kN。（3）客車的縱向壓縮強(qiáng)度為850kN，拉伸強(qiáng)度為650kN。（4）一輛機(jī)車以5km/h的速度與靜止的9輛客車連掛，碰撞能量全部由車鉤緩沖器全部吸收。（5）兩列相同的列車以12km/h的速度正面碰撞時(shí)，碰撞能量全部由車鉤緩沖器和塑性吸能元件吸收。（6）一列車以9km/h速度追尾另一相同列車時(shí)，碰撞能量全部由車鉤緩沖器和塑性吸能元件吸收。（7）設(shè)有自動(dòng)對(duì)中裝置，在解鉤狀態(tài)下，車鉤保持在車輛縱向中心線上。（8）設(shè)過(guò)載保護(hù)裝置，在沖擊超過(guò)車體壓縮強(qiáng)度時(shí)，塑性吸能元件變形，車鉤和車體脫離。（9）列車通過(guò)的最小曲線半徑為R100m。

2 車鉤緩沖裝置技術(shù)方案

全自動(dòng)車鉤緩沖裝置位于列車的兩端，客車的首尾端。因機(jī)車車體壓縮強(qiáng)度為2000kN，拉伸強(qiáng)度為1000kN，故選用強(qiáng)度較高的Scharfenberg10型鉤頭。全自動(dòng)車鉤通過(guò)司機(jī)在司機(jī)室內(nèi)的操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)車與客車之間機(jī)械、氣路和電路的自動(dòng)連接和分解。氣路故障時(shí)，可手動(dòng)解鉤。半永久車鉤位于客車之間，通過(guò)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)拖車之間機(jī)械和氣路的連接和分解。全自動(dòng)車鉤和半永久車鉤均為一完整的模塊，在鉤尾通過(guò)四個(gè)高強(qiáng)度螺栓與車體的車鉤安裝座連接。

全自動(dòng)車鉤和半永久車鉤正常運(yùn)行時(shí)可以傳遞車輛之間的縱向力，緩和車輛之間的振動(dòng)和沖擊，提高車輛的舒適性。在達(dá)到一定碰撞速度時(shí)，塑性吸能元件變形吸收能量，車鉤后退脫離車體，剩余部分能量由車體吸收，從而在一定程度上保護(hù)司乘人員的安全。

2.1 全自動(dòng)車鉤

全自動(dòng)車鉤緩沖裝置由鉤頭、鉤身和鉤尾三部分組成，鉤頭和鉤身通過(guò)卡環(huán)和螺栓連接在一起，鉤身和鉤尾通過(guò)球軸承連接在一起，如圖1（a）所示。

1.鉤頭；2.鉤身；3.鉤尾； 1.鉤身；2.鉤尾；3.卡環(huán)

4.卡環(huán)；5.關(guān)節(jié)軸承

（a）全自動(dòng)車鉤 （b）半永久車鉤

2.1.1 鉤頭。鉤頭由機(jī)械車鉤和電氣連接器兩部分組成，可實(shí)現(xiàn)車輛間機(jī)械、氣路、電路的連接。鉤頭前端面上有凸錐和凹錐，具有導(dǎo)向功能。鉤頭下面設(shè)有連掛導(dǎo)引桿，增大了車鉤的連掛范圍。兩車鉤連掛靠一對(duì)可旋轉(zhuǎn)的鉤板和連桿完成，車鉤連掛時(shí)，車鉤頭前端面密貼，連桿前端的銷子卡入對(duì)面車鉤鉤板缺口內(nèi)，形成穩(wěn)定的平行四邊形結(jié)構(gòu)。鉤頭上安裝有總風(fēng)管、制動(dòng)管和解鉤風(fēng)管連接器；鉤頭上部設(shè)有電氣連接器，車輛間電氣連接器連接后，可以傳遞客車組控制信號(hào)。

機(jī)械車鉤連掛的同時(shí)，兩車鉤的總風(fēng)管、制動(dòng)管和解鉤風(fēng)管控制閥打開(kāi)，管路連通。電氣連接器由風(fēng)缸向前推出，護(hù)蓋自動(dòng)打開(kāi)，兩電鉤連接。解鉤時(shí)機(jī)械鉤頭解鎖，制動(dòng)管和總風(fēng)管控制閥關(guān)閉，電鉤推送風(fēng)缸縮回，電鉤分離，護(hù)蓋自動(dòng)關(guān)閉。車鉤連掛及解鉤均可通過(guò)司機(jī)在司機(jī)室內(nèi)操作完成，也可通過(guò)人工拉動(dòng)車鉤的解鉤手柄實(shí)現(xiàn)解鉤。

2.1.2 鉤身。鉤身主要包括車鉤桿和氣液緩沖器及摩擦環(huán)簧等。鉤身的主要作用是傳遞縱向力，吸收車輛縱向拉壓時(shí)產(chǎn)生的能量，減緩車輛的縱向振動(dòng)和沖擊。鉤身前端有一突緣，通過(guò)卡環(huán)與鉤頭連接，后端為一球軸承接口，通過(guò)球軸承與鉤尾連接。氣液緩沖器吸收列車在碰撞沖擊時(shí)產(chǎn)生的能量，一輛機(jī)車以5km/h速度與9輛客車連掛時(shí)，氣液緩沖器全部吸收沖擊能量，氣液緩沖器的阻抗力低于車體強(qiáng)度，從而保護(hù)車體不受損壞。根據(jù)阿根廷客車及拖車長(zhǎng)度、車輛定距及車端距，確定車鉤長(zhǎng)度；根據(jù)5km/h連掛要求確定氣液緩沖器的行程為140mm。

2.1.3 鉤尾。鉤尾主要包括軸承支架、后置的壓潰管和對(duì)中裝置。軸承支架通過(guò)銷與鉤身連接在一起，通過(guò)四個(gè)螺栓與車體連接。壓潰管在列車超過(guò)一定速度碰撞時(shí)，鉤身及球軸承被壓入壓潰管，壓潰管發(fā)生塑性變形吸收能量，降低車體破壞的風(fēng)險(xiǎn)。如果氣液緩沖器及其他零部件工作正常，只需更換變形的壓潰管，車鉤就可繼續(xù)使用。對(duì)中裝置包括水平對(duì)中裝置、垂向支撐裝置。水平對(duì)中裝置可使未連掛的車鉤在受到橫向力偏離中心線一定角度時(shí)，自動(dòng)回復(fù)到車輛中心線位置；垂向支撐機(jī)構(gòu)可通過(guò)調(diào)節(jié)下面的螺栓調(diào)整車鉤的高度。

2.2 半永久車鉤

客車間采用兩個(gè)半永久車鉤連接，兩個(gè)半永久車鉤相同。半永久車鉤由鉤身、鉤尾和卡環(huán)三部分組成，如圖1（b）所示，鉤身由車鉤桿和壓潰管組成，鉤身和鉤尾通過(guò)球軸承連接在一起，一對(duì)半永久車鉤通過(guò)卡環(huán)

連接。

2.2.1 鉤身。鉤身主要包括車鉤桿和壓潰管，鉤身的主要作用是傳遞縱向力。前端有一突緣，通過(guò)卡環(huán)與相鄰半永久車鉤連接；中間為一壓潰管，根據(jù)列車的碰撞要求，壓潰管長(zhǎng)度設(shè)為250mm。在列車超過(guò)一定速度碰撞時(shí)，壓潰管發(fā)生塑性變形吸收能量，保護(hù)車體不被破壞。后端為一球軸承接口，通過(guò)球軸承與鉤尾連接。

2.2.2 鉤尾。鉤尾為一軸承支架和支撐裝置，軸承支架通過(guò)銷與鉤身連接在一起，通過(guò)四個(gè)螺栓與車體連接在一起；支撐裝置可調(diào)節(jié)車鉤的高度。

2.3 車鉤技術(shù)參數(shù)

全自動(dòng)車鉤和半永久車鉤技術(shù)參數(shù)如下：

3 車鉤緩沖裝置縱向動(dòng)力學(xué)計(jì)算

3.1 一輛機(jī)車與九輛客車以5km/h的速度連掛

一輛機(jī)車與九輛客車以5km/h的速度連掛，緩沖器最大壓縮行程、最大車鉤力以及吸收的最大能量出現(xiàn)在機(jī)客車邊接的界面，緩沖器最大壓縮行程為269.54mm，小于氣液緩沖器行程290mm，最大車鉤力為357.97kN，小于客車車體縱向壓縮強(qiáng)度850kN，車體沒(méi)有產(chǎn)生永久變形。

3.2 兩相同列車以12km/h速度正面碰撞

兩相同列車以12km/h速度正面碰撞時(shí)，列車前端的幾個(gè)斷面車鉤力較大，緩沖器和壓潰管的行程較大。隨著離碰撞斷面距離增大，車鉤力和碰撞能量逐漸減小。在車頭正碰的界面，車鉤力最大為1437.62kN，小于機(jī)車車體的壓縮強(qiáng)度2000kN，客車間最大車鉤力為851.90kN，在機(jī)后與客車連接的界面，接近客車車體的壓縮強(qiáng)度850kN，耗散的總能量為1336.16kJ。

3.3 一列車以9km/h速度追尾另一列相同的列車

當(dāng)一列車以9km/h速度追尾另一列相同的列車時(shí)，追尾斷面附近的幾個(gè)界面碰撞力最大，緩沖器和壓潰管的行程較大，離追尾斷面距離增大，車鉤力和碰撞能量逐漸減小，被追尾的一列車各斷面的碰撞力均較大。最大車鉤力出現(xiàn)在追尾機(jī)車與最追尾的客車連接的界面，為851.01kN，接近客車車體的壓縮強(qiáng)度850kN，耗散的總能量為814.49kJ。

從以上三種工況計(jì)算結(jié)果可以看出，碰撞能量全部由車鉤緩沖裝置吸收，車體不會(huì)發(fā)生永久變形，該車鉤緩沖裝置方案合理可行。

4 結(jié)語(yǔ)

出口阿根廷客車車鉤緩沖裝置設(shè)計(jì)滿足客戶標(biāo)書要求，經(jīng)過(guò)縱向動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析，其車鉤緩沖裝置設(shè)計(jì)合理。到目前為止，阿根廷客車在線路上運(yùn)行情況良好，不論是安全性還是舒適性均受到了客戶的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周瓏，李維忠.Scharfenberg密接式車鉤系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2008，（6）.

作者簡(jiǎn)介：杜彥品（1974-），女，河北石家莊人，南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司教授級(jí)高工，研究方向：軌道車輛。

（責(zé)任編輯：周 瓊）