第一章车辆连挂课件.

动车组连接装置张新华、缪龙秀51688254、[e-mail]第一章概述动车组连接装置通常包括：车钩缓冲装置；电气与风管连接器；风挡装置。车钩缓冲装置是动车组最基本的也是最重要的部件之一，它是用来连接各车辆使之彼此保持一定的距离，并且传递与缓和动车组在运行过程中及在调车过程中产生的纵向力及冲击力。由于动车组的运行特点，动车组的车钩必须为密接式车钩，且应该具有空气管路和电气通路的自动连接功能。第一节我国现用车辆的连接装置一．15号车钩（一）性能特点在列车实际运行速度≤110Km/h的情况下，15号车钩缓冲装置具有结构简单、制造安装及检验方便、成本低廉、使用寿命较长等优点。虽然也存在一些诸如钩舌、钩耳销孔磨耗甚至产生裂纹等问题，但并不严重。列车提速后，最高运行速度达到了130～140Km/h，由于15号车钩缓冲装置连挂后，沿中心（纵向）的间隙量最大可超过30mm，这就出现了较大的问题，主要表现在：（1）列车运行中，无论是起动、制动和调速，都将产生很大的纵向冲动。（2）钩舌、钩耳销孔磨耗严重，并会产生裂纹。（3）由于没有限制上、下移动的定位装置，按“技规”要求，两车钩纵向中心线高度差最大可允许75mm，因此不能实现电、气、风管自动对接。（二）1号缓冲器及G1型缓冲器1号缓冲器为一种摩擦式缓冲器,它由前、后两部分组成。前部为螺旋弹簧,后部为内、外环弹簧,彼此以锥面相配合,两部分之间有弹簧座板分隔。金属弹簧用来缓和冲击作用力,环弹簧两滑动斜面间的摩擦力用来消耗冲击功,起到吸收能量的作用。G1型缓冲器在保持1号缓冲器外形尺寸和簧盒内的内、外环簧总数不变的前提下,将环簧的材料由原来的60Si2Mn弹簧钢(屈服极限1200MPa)改为高强度的60Si2CrVA弹簧钢(屈服极限1700MPa)。适当改变环簧断面及缓冲器的结构尺寸,行程从原来的68mm增加至73mm，最大作用力达到800KN，从而使G1缓冲器的容量达18kJ,较之1号缓冲器容量有较大幅度的提高。缓冲器受力分析1——钩身；2——复原装置；3——中梁；4——前从板座；5——钩尾框托板；6——后从板座。牵引状态车钩钩尾框后从板缓冲器前从板前从板座牵引梁。制动冲击状态车钩钩尾框前从板缓冲器后从板后从板座牵引梁。1号缓冲器G1型缓冲器缓冲器容量/KJ14≥18初压力/KN3030~50阻抗力/KN580≤800能量吸收率/%6560缓冲器行程/mm61~68731号缓冲器及G1型缓冲器的性能问题：初压力较大30~50KN；能量吸收率较低60%左右。G1型缓冲器的行程增加至73mm，最大作用力达到800KN，从而使G1缓冲器的容量达18kJ,较之1号缓冲器容量有较大幅度的提高。（三）15X小间隙车钩缓冲器15X小间隙车钩缓冲器是针对15号车钩缓冲装置出现的问题而开发研制的改进产品，其改进之处为（1）将15号车钩钩舌连挂接触面的间隙由19.5mm缩小到4.5mm；（2）将钩尾框与缓冲器之间存在的7mm间隙缩小到2～4mm。但运用一段时间后，由于车钩磨耗严重，使得车钩间隙逐渐变大，并没有得到小间隙车钩预期的改善纵向冲动的目的。二．国产密接式车钩缓冲装置结构与作用原理（一）结构：(1)北京地铁车辆用密接式车钩缓冲装置(2）我国第一列高速试验列车用密接式车钩缓冲装置(3）我国动车组和25T型提速客车用密接式车钩缓冲装置1-钩舌；2-解钩风管连结器；3-总风管连接器；4-截断塞门；5-钩身；6-缓冲器；7-制动风管连结器；8-电气连结器。地铁车辆用密接式车钩缓冲装置车钩间隙不大于6mm；车钩强度不小于1200KN；缓冲器容量不小于19KJ；阻抗力不大于800KN；缓冲器行程不大于73mm。风管随车钩连挂而自动连接；电气连接线整体手动连接，电气连接线盒吊挂在钩体上。我国第一列高速试验列车用密接式车钩缓冲装置性能：车钩间隙不大于2mm；车钩强度不小于1800KN；缓冲器容量不小于20KJ；阻抗力不大于800KN；缓冲器行程不大于73mm。风管随车钩连挂而自动连接；电气连接线整体手动连接，电气连接线盒吊挂在钩体上。近些年，随着我国动车组的广泛研制，在开发地铁密接式车钩及早期动车组密接式车钩的基础上，吸收欧洲的经验，再次开发了采用含金属环簧缓冲器的动车组用密接式车钩缓冲装置，并批量投入使用，如用于“蓝剑”、“先锋号”和“中华之星”动车组等。后来经过改进，采用了弹性胶泥缓冲器的密接式车钩，已部分推广应用于25T型提速客车，明显地改善了列车纵向冲击性能，取得了较好的运用效果。国产动车组和25T型客车用密接式车钩缓冲装置作用原理：该型车钩的钩头与日本柴田式车钩的钩头十分相似，均为圆锥形头、孔式。两钩连挂时，凸锥插进对方相应的凹锥孔中，此时凸锥的内侧面在前进中推压对方的钩舌使其转动，这时解钩风缸的弹簧受压缩，钩舌旋转，当两钩连接面接触后，凸锥的内侧面已不再压迫对方的钩舌，由于弹簧的作用，使钩舌向相反方向旋转恢复到原来的状态，此时处于闭锁位置，完成了两车连挂。1-钩头；2-钩舌；3-解钩杆；4-弹簧；5-解钩风缸。密接式车钩作用原理性能参数：主要技术参数密接式车钩+金属环簧缓冲器密接式车钩+弹性胶泥缓冲器整体强度KN≥1800≥1800缓冲器容量KJ≥18≥20缓冲器初压力KN20～3020～30缓冲器阻抗力KN≤800≤800能量吸收率%65≤87缓冲器行程mm≤73≤73车钩连挂间隙mm≤1.5≤1.5整体质量Kg≤400≤400三．列车风挡简介为了防止风沙及雨水侵入车内及运行时便于旅客和乘务人员安全地在两车辆间通行，需要在车辆两端墙外设置一可弯折的柔性通道。该通道称为风挡装置。（一）橡胶风挡橡胶风挡组成如下：横橡胶囊组成、左、右立橡胶囊组成、防晒板组成、横、立橡胶垫、渡板及缓冲装置等。与铁风挡相比橡胶风挡有如下优点：①比铁风挡噪声小；②具有特殊形状的弹性橡胶囊和橡胶密封垫，可以防止雨水、尘土进入车厢内部；③具有良好的纵向伸缩性和横向、垂向柔性，以适应车辆通过曲线和振动，提高乘坐的舒适性。橡胶风挡在25型客车、准高速客车、双层客车等车辆上得到广泛应用。但气密性不能满足客车以较高速度运行时的要求。因此25K型客车采用了折棚式风挡，该型风挡不仅外形美观，气密性也较好。但这种风挡的刚度阻尼很小，几乎不能对车体间相对运动产生约束。(二)车端阻尼装置运用概况随着25K型客车运行速度的提高，车端相对运动加剧，影响了客车的横向和垂向平稳性，甚至出现了由于相邻车端剧烈的反向点头运动产生的车钩频繁冲击吊摆块的现象，在这种情况下，国内开始考虑采用车端阻尼装置。为了弥补折棚式风挡刚度和阻尼特性的不足，2000年四方车辆研究所开发了一种磨耗型车端阻尼装置。这种装置由安装座、缓冲弹簧和磨耗板组成，装在折棚风挡的上方，依靠相互压紧的磨耗板产生的摩擦力来耗散能量，约束车端相对运动。该磨耗型车端阻尼装置不能消除25K型客车的车辆冲击现象，车端横向、垂向振动情况改善也不明显。其原因是安装位置太高，作用点距车体断面中心太远，作用力不均衡，因此对约束车辆间的点头和侧滚振动效果不大。“中华之星”动车组采用了结构与日本新干线电动车组相似的车端阻尼装置，并与成田式风挡配合使用。通过4辆编组列车动力学比较计算证明，该型车端阻尼装置显著提高了各个车位的横向平稳性，对列车的曲线通过性能没有明显的影响。第二节动车组连接装置的基本要求一．动车组对车钩的性能要求1．间隙的要求:小间隙(2mm以下),运行平稳性和电气线路、风管路的自动对接的要求。2．强度和刚度的要求:车钩缓冲装置在列车中起传递纵向力的作用，动力分散式与动力集中式动车组对车钩强度的要求不同，动力集中式动车组要求车钩的压缩载荷不小于1500KN，拉伸载荷不小于1000KN。动力分散式动车组要求车钩的压缩载荷及拉伸载荷都不小于1000KN。3．车钩自动连挂和分解功能4．具有电气和风管自动连接或手动整体连接功能二．动车组对缓冲器特性的要求缓冲器主要用来缓和列车在运行中由于启动、制动以及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动，具有耗散车辆之间冲击和振动的功能。是借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。决定缓冲器特性的主要参数是：1缓冲器的行程2最大作用力3容量4初压力5能量吸收率等1．缓冲器的行程行程：缓冲器受力后产生的最大变形量称为行程。此时弹性元件处于全压缩状态，如再加大外力，变形量也不再增加。行程2．最大作用力缓冲器产生最大变形量时所对应的作用外力缓冲器的最大作用力要比车体容许的载荷要小，否则当发生超限载荷时，车体将发生永久变形而损坏。动车组缓冲器的最大作用力通常为600KN～800KN。3．容量的要求容量：缓冲器在全压缩或全拉伸过程中，作用力在其行程上所作的功的总和。它是衡量缓冲器能量大小的主要指标，如果容量太小，则当冲击力较大时就会使缓冲器全压缩或全拉伸而导致车辆刚性冲击。容量的确定设有总重为W1和W2的车辆，各以V1和V2的速度运动（设V1＞V2），冲击后两车以共同的速度V0一起运动，根据动量守恒定律：0212211vgwwvgwvgw车辆连挂动力学模型则2122110wwvwvwv根据能量守恒定律，在两车辆组成的系统中，冲击前后动能的损失应等于冲击力压缩缓冲器所作的功A1、冲击力压缩车体所作的功A2、以及冲击力使货物移动所作的功A3的总和，即：3212021222211222AAAvgwwvgwvgw化简后如果两个相互冲击的车辆装设同一型号的缓冲器，其容量为E，则A1=2E，再令冲击速度V=V1-V2，代入上式，得每个缓冲器容量E的计算公式为：22121211)(21vv2212141v结论：车辆质量愈大、冲击速度愈高，则要求缓冲器的容量也愈大。2212141v4．能量吸收率能量吸收率：缓冲器在全压缩过程中，有一部分能量被阻尼所消耗，其所消耗部分的能量与缓冲器容量之比称之为能量吸收率。吸收率越大，表明缓冲器吸收冲击能量的能力愈大，反冲作用就愈小；如果吸收率较小，则缓冲器必须往复工作几次方能将冲击能量消耗尽，这将加剧列车纵向冲动并导致车钩、车底架过早产生疲劳损伤。一般要求能量吸收率不低于70%。5．初压力初压力：为缓冲器的静预压力。初压力的大小将影响列车起动加速度。缓冲器在满足容量要求的前提下，应尽量减小初压力。三．动车组对风挡的要求1．风档的空气阻力应尽量小。要做到车辆连接处平整光滑，以减少列车运行的空气阻力。2．要有足够的强度。为了适应车外气压波的急剧变化，要满足气动载荷下的强度要求。德国规定气动载荷为3900～-5500Pa，日本规定为7500Pa。3．车辆运行中数个自由度的运动使得风挡始终处于变形之中，因此要求风挡装置具有较高的抗弯曲性能。4．风挡的隔声性能要好。这也是保证车内舒适性的要求。德国规定风挡的隔声至少在40dB以上。当列车以250km/h速度通过隧道时，车内风挡处的噪声不允许超过75dB（A）。5．风挡的密封性能要好，这也是保证车内舒适性的要求。动车组高速进出隧道过程中会在车内引起气压的波动，如波动过大、波动速率过高，则会引起车内乘客耳内压力失衡。为此要求车内压力变化最大值≯1000Pa；压力变化率≯200Pa/s。6．风挡所用的非金属材料阻燃性要好。思考题:1.动车组对车钩缓冲系统有何要求？2.风挡在列车运行中扮演什么角色？