動車組連接裝置張新華、繆龍秀51688254、51683195xhzhang@第一章概述

動車組連接裝置通常包括：車鉤緩沖裝置；電氣與風管連接器；風擋裝置。車鉤緩沖裝置是動車組最基本的也是最重要的部件之一，它是用來連接各車輛使之彼此保持一定的距離，并且傳遞與緩和動車組在運行過程中及在調(diào)車過程中產(chǎn)生的縱向力及沖擊力。由于動車組的運行特點，動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連接功能。第一節(jié)

我國現(xiàn)用車輛的連接裝置一．15號車鉤（一）性能特點在列車實際運行速度≤110Km/h的情況下，15號車鉤緩沖裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制造安裝及檢驗方便、成本低廉、使用壽命較長等優(yōu)點。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，但并不嚴重。列車提速后，最高運行速度達到了130～140Km/h，由于15號車鉤緩沖裝置連掛后，沿中心（縱向）的間隙量最大可超過30mm，這就出現(xiàn)了較大的問題，主要表現(xiàn)在：（1）列車運行中，無論是起動、制動和調(diào)速，都將產(chǎn)生很大的縱向沖動。（2）鉤舌、鉤耳銷孔磨耗嚴重，并會產(chǎn)生裂紋。（3）由于沒有限制上、下移動的定位裝置，按“技規(guī)”要求，兩車鉤縱向中心線高度差最大可允許75mm，因此不能實現(xiàn)電、氣、風管自動對接。（二）1號緩沖器及G1型緩沖器1號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。金屬彈簧用來緩和沖擊作用力,環(huán)彈簧兩滑動斜面間的摩擦力用來消耗沖擊功,起到吸收能量的作用。G1型緩沖器在保持1號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)簧的材料由原來的60Si2Mn彈簧鋼(屈服極限1200MPa)改為高強度的60Si2CrVA彈簧鋼(屈服極限1700MPa)。適當改變環(huán)簧斷面及緩沖器的結(jié)構(gòu)尺寸,行程從原來的68mm增加至73mm，最大作用力達到800KN，從而使G1緩沖器的容量達18kJ,較之1號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，最大作用力達到800KN，從而使G1緩沖器的容量達18kJ,較之1號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15號車鉤緩沖裝置出現(xiàn)的問題而開發(fā)研制的改進產(chǎn)品，其改進之處為（1）將15號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。但運用一段時間后，由于車鉤磨耗嚴重，使得車鉤間隙逐漸變大，并沒有得到小間隙車鉤預(yù)期的改善縱向沖動的目的。

二．國產(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）我國第一列高速試驗列車用密接式車鉤緩沖裝置(3）我國動車組和25T型提速客車用密接式車鉤緩沖裝置1-鉤舌；2-解鉤風管連結(jié)器；3-總風管連接器；4-截斷塞門；5-鉤身；6-緩沖器；7-制動風管連結(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。風管隨車鉤連掛而自動連接；電氣連接線整體手動連接，電氣連接線盒吊掛在鉤體上。我國第一列高速試驗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。風管隨車鉤連掛而自動連接；電氣連接線整體手動連接，電氣連接線盒吊掛在鉤體上。

近些年，隨著我國動車組的廣泛研制，在開發(fā)地鐵密接式車鉤及早期動車組密接式車鉤的基礎(chǔ)上，吸收歐洲的經(jīng)驗，再次開發(fā)了采用含金屬環(huán)簧緩沖器的動車組用密接式車鉤緩沖裝置，并批量投入使用，如用于“藍劍”、“先鋒號”和“中華之星”動車組等。后來經(jīng)過改進，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，取得了較好的運用效果。國產(chǎn)動車組和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，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，這時解鉤風缸的彈簧受壓縮，鉤舌旋轉(zhuǎn)，當兩鉤連接面接觸后，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。1-鉤頭；2-鉤舌；3-解鉤桿；4-彈簧；5-解鉤風缸。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．列車風擋簡介為了防止風沙及雨水侵入車內(nèi)及運行時便于旅客和乘務(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。該通道稱為風擋裝置。（一）橡膠風擋橡膠風擋組成如下：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。與鐵風擋相比橡膠風擋有如下優(yōu)點：

①比鐵風擋噪聲?。虎诰哂刑厥庑螤畹膹椥韵鹉z囊和橡膠密封墊，可以防止雨水、塵土進入車廂內(nèi)部；③具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性，以適應(yīng)車輛通過曲線和振動，提高乘坐的舒適性。橡膠風擋在25型客車、準高速客車、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行時的要求。因此25K型客車采用了折棚式風擋，該型風擋不僅外形美觀，氣密性也較好。但這種風擋的剛度阻尼很小，幾乎不能對車體間相對運動產(chǎn)生約束。(二)車端阻尼裝置運用概況隨著25K型客車運行速度的提高，車端相對運動加劇，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頭運動產(chǎn)生的車鉤頻繁沖擊吊擺塊的現(xiàn)象，在這種情況下，國內(nèi)開始考慮采用車端阻尼裝置。為了彌補折棚式風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，裝在折棚風擋的上方，依靠相互壓緊的磨耗板產(chǎn)生的摩擦力來耗散能量，約束車端相對運動。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、垂向振動情況改善也不明顯。其原因是安裝位置太高，作用點距車體斷面中心太遠，作用力不均衡，因此對約束車輛間的點頭和側(cè)滾振動效果不大。

“中華之星”動車組采用了結(jié)構(gòu)與日本新干線電動車組相似的車端阻尼裝置，并與成田式風擋配合使用。通過4輛編組列車動力學(xué)比較計算證明，該型車端阻尼裝置顯著提高了各個車位的橫向平穩(wěn)性，對列車的曲線通過性能沒有明顯的影響。第二節(jié)動車組連接裝置的基本要求一．動車組對車鉤的性能要求1．間隙的要求:小間隙(2mm以下),運行平穩(wěn)性和電氣線路、風管路的自動對接的要求。2．強度和剛度的要求:車鉤緩沖裝置在列車中起傳遞縱向力的作用，動力分散式與動力集中式動車組對車鉤強度的要求不同，動力集中式動車組要求車鉤的壓縮載荷不小于1500KN，拉伸載荷不小于1000KN。動力分散式動車組要求車鉤的壓縮載荷及拉伸載荷都不小于1000KN。3．車鉤自動連掛和分解功能4．具有電氣和風管自動連接或手動整體連接功能二．動車組對緩沖器特性的要求緩沖器主要用來緩和列車在運行中由于啟動、制動以及調(diào)車作業(yè)時車輛相互碰撞而引起的縱向沖擊和振動，具有耗散車輛之間沖擊和振動的功能。是借助于壓縮彈性元件來緩和沖擊作用力，同時在彈性元件變形過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)的作用外力緩沖器的最大作用力要比車體容許的載荷要小，否則當發(fā)生超限載荷時，車體將發(fā)生永久變形而損壞。動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，如果容量太小，則當沖擊力較大時就會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的速度運動（設(shè)V1＞V2），沖擊后兩車以共同的速度V0一起運動，根據(jù)動量守恒定律：

車輛連掛動力學(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所作的功A3的總和，即：化簡后如果兩個相互沖擊的車輛裝設(shè)同一型號的緩沖器，其容量為E，則A1=2E，再令沖擊速度V=V1-V2，代入上式，得每個緩沖器容量E的計算公式為：

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?。蝗绻章瘦^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并導(dǎo)致車鉤、車底架過早產(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．動車組對風擋的要求1．風檔的空氣阻力應(yīng)盡量小。要做到車輛連接處平整光滑，以減少列車運行的空氣阻力。2．要有足夠的強度。為了適應(yīng)車外氣壓波的急劇變化，要滿足氣動載荷下的強度要求。德國規(guī)定氣動載荷為3900～-5500Pa，日本規(guī)定為7500Pa。3．車輛運行中數(shù)個自由度的運動使得風擋始終處于變形之中，因此要求風擋裝置具有較高的抗彎曲性能。4．風擋的隔聲性能要好。這也