城市轨道交通车辆与结构(第四章车钩)

第一节牵引、缓冲、连结装置的用途及分类牵引、缓冲、连结装置是车辆最基本、最重要的部件之一是由同一装置来承担的，那么该装置称之为牵引缓冲装置。分别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。牵引连挂装置用来保证动车和车辆彼此连接，并且传递和缓和拉伸(牵引)力的作用。缓冲装置用来传递和缓和压缩的作用，并且使车辆彼此之间保持一定的距离。一、综合作用和用途连接列车中各车辆，并使之彼此保持一定的距离；实现车辆之间机械、电气和气路的连接；传递和缓和列车在运行中或在调车时所产生的纵向力或冲击力。二、车钩分类按牵引连挂装置的连接方法，可分为：1、非自动车钩非自动车钩要由人工来完成车辆的连接。2、自动车钩自动车钩则不需要人参与就能实现连接。我国铁路和城市轨道车辆均采用自动车钩。自动车钩可分为两种基本类型：（1）非刚性车钩非刚性车钩允许两个相连接的车钩钩体在垂直方向上有相对位移。当两个车钩的纵轴线存在高度差时，两个钩呈阶梯形状，并且各自保持水平位置。由于钩体的尾端相当于销接，这就保证了车钩在水平面内的位移。（2）刚性车钩刚性车钩不允许两连挂车钩存在相对位移。此外，还有半刚性自动车钩。非刚性车钩与刚性车钩示意图（a）非刚性车钩；（b）刚性车钩三、车钩比较刚性车钩较非刚性车钩有如下优点：（1）大大简化了制动空气主管、电气线路等自动连挂的条件，并且改善和减轻了工人的劳动条件。（2）两车钩连接表面之间间隙减小降低了列车中的纵向冲击力，提高了列车运行的平稳性。两连挂车钩相互冲击而产生的噪音，改善了对环境的影响，这对于城市轨道车辆和客车尤为重要。（3）车钩零件的横向位移减小改善了自动车钩内机构的工作状态，减小了在车钩零件上所作用力。车钩连接表面的磨耗减少。（4）避免在意外撞车事故时，发生一个车辆爬到另一个车辆上的危险。非刚性车钩较刚性车钩有如下优点：性能上：提高了纵向中心线高度偏差较大的车辆两车钩相互连挂的适应性结构上：不需要复杂的钩尾销接结构和复杂的对心装置。工艺上：车钩钩体的结构和铸造工艺较为简单。制造成本低，维修方便。城轨车辆、高速列车采用刚性车钩铁路客车货车用非刚性车钩第二节密接式中央牵引、缓冲、连结装置定义：是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的一种装置。特点：密接式中央牵引、缓冲、连结装置集牵引、缓冲和连挂于一体，属于刚性自动车钩，主要用于地下铁道车辆和城市轻轨车辆上。在两连挂车钩高度具有偏差，在有坡度线路和曲线上都能安全地连挂。种类：按其钩头结构的型式区分有多种：（1）国产地下铁道车辆采用：凸锥和凹锥结构实现两钩的闭锁。（2）在欧洲大多采用：schafenberg密接式车钩和BSI-COMPACT型密接式车钩。（3）进口的上海地铁车辆采用的也近似于schafenherg型结构的密接式车钩。一、国产密接式车钩缓冲装置密接式车钩为刚性自动车钩1、密接式车钩缓冲装置组成该密接式车钩缓冲装置由以下五部分组成：（1）密接式车钩：钩头凸锥，钩舌(半圆盘)。（2）橡胶缓冲器：缓冲器壳体，前、后从板，橡胶缓冲片、牵引杆。（3）电气连接器：连接器体，电触点，定位销，防尘盖，定位孔。（4）风管连接器：总风管连接器，制动管连接器，解钩风管连接器。（5）解钩系统：解钩风缸，解钩杆，异型管。设计数据：最大牵引力15t最大冲击力25t允许最大冲击速度3km／h允许通过最小曲线半径正常情况400m调车情况80m密接式车钩缓冲装置图1—钩舌；2—解钩风管连结器；3—总风管连结器；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2、车钩闭锁、分解工作原理车钩闭锁凸锥插进对方相应的凹锥孔中。这时凸锥的内侧面在前进中压迫对方的钩舌转动，使解钩风缸的弹簧受压，钩舌沿逆时针方向旋转40°。当两钩连接面相接触后，凸锥的内侧面不再压迫对方的钩舌，此时，由于弹簧的作用，使钩舌恢复到原来的状态，即处于闭锁位置。两钩分解解钩阀分解（需由司机操纵）压缩空气由总风管进入前车(或后车)的解钩风缸，同时经解钩风管连结器送入相连挂的后车(或前车)解钩风缸，活塞杆向前推并带动解钩杆，使钩舌转动至开锁位置，此时两钩即可解开。两钩分解后，解钩风缸的压缩空气迅速排出，解钩弹簧得以复原，带动钩舌顺时针向转动40°。恢复到原始状态，为下次连挂作好准备。手动解钩只要用人力扳动解钩杆，也能使钩舌转动至开锁位置，实现两钩的分解。密接式车钩作用原理图1—钩头；2—钩舌；3—解钩杆；4—弹簧；5—解钩风缸二、上海地铁车辆的车钩缓冲器装置1、车钩缓冲装置的类型上海地铁车辆的车钩缓冲装置有三种不同的类型：（1）全自动车钩全自动车钩可以实现机械、气路、电路的自动连接。（2）半自动车钩半自动车钩的机械、气路连接结构与作用原理基本上与全自动车钩相同，但是电路需要人工手动连接。（3）半永久车钩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。2、车钩结构组成：钩头由机械连接、电气连接和气路连接三部分组成。构造布置：机械连接部分居中，电气连接箱分设在左右两侧，中心轴下方设气路连接。车钩状态包括：待挂、连接和解钩三种状态（1）钩头机械连接部分构成：由壳体、中心轴、钩舌、钩锁连接杆、钩锁弹簧、钩舌定位杆及弹簧、定位杆顶块及弹簧和解钩风缸组成。构造型式：壳体的前部一半为凸锥体、一半为凹锥孔。在连接时和相邻车钩凸锥体和凹锥孔相互插入；自动车钩结构总图1—钩头凸锥；2—钩锁连接杆；3—导向杆；4—主风管连接器；5—对开连接套筒；6—环弹簧缓冲器；7—支撑座；8—电气连接箱；9—钩尾冲击座；10—过载保护连接套筒；11—垂向支承；12—对中装置自动车钩状态包括：待挂、连接和解钩三种状态。待挂状态为车钩连接前的准备状态，此时钩舌定位杆被固定在待挂位置，钩锁弹簧处于最大拉力状态，钩锁连接杆退至凸锥体内，钩舌上的钩嘴对着钩头正前方。连接状态相邻车钩的凸锥体伸入本钩的凹锥孔并推动定位杆顶块，定位杆顶块推动钩舌定位杆离开待挂位置。由于钩锁弹簧的回复力使钩舌作逆时针转动，带动钩锁连接杆伸进相邻车钩钩舌的钩咀，完成两钩的连接锁闭。这时连挂两钩的钩锁连接杆和钩舌形成平行四边形，车钩受牵拉时，拉力由两钩锁连接杆均匀分担，使钩舌始终处于锁紧位置。当车钩受冲击时，压力通过两车钩壳体连接法兰传递。解钩状态司机操纵按钮控制电磁阀，使解钩风缸充气，风缸活塞杆推动钩舌顺时针转动，使相邻车钩的钩锁连接杆脱开钩舌，同时使自身的钩锁连接杆克服钩锁弹簧拉力缩入钩头凸锥体内，脱离相邻车钩的钩舌，这时定位杆顶块控制钩舌定位杆使钩舌处于解钩状态。当两钩分离后，定位杆顶块由于弹簧作用复位，钩舌定位杆回至待挂位，车钩又恢复到待挂状态。自动车钩的工作原理图(a)待挂状态；(b)连接状态；(c)解钩状态l—壳体；2—钩舌；3—中心轴；4—钩锁连接杆；5—钩锁弹簧；6—钩舌定位杆；7—钩舌定位杆弹簧；8—定位杆顶块；9—定位杆顶块弹簧；10—解钩风缸（2、3）电、气部分电气连接部分由左右电气箱组成，分设于钩头的两侧，并可前后伸缩。电气箱外装有保护罩，当两钩连接时，电气箱可推出使其端面高于车钩端面，此时保护罩自动开启，当解钩后，电气箱退回至原位置，保护罩自动关闭。左右电气箱内的触点分别为固定触点和弹性触点，保证电气连接时密接可靠。气路连接部分设有主风管接头和解钩风管接头。主风管配有主风管自动阀，在解钩时可自动切断气路，在连接时可自动接通气路。解钩风管始终处于连通状态，由司机操纵电磁阀控制管路的通、断达到自动解钩或连挂的目的。3、车钩缓冲器构造配置：环弹簧缓冲器前端：通过一组对开连接套筒与钩头的后端相连接；后端：环弹簧缓冲器通过球铰与车钩支座相连；球铰销轴与轨面垂直。机构性能：整个车钩缓冲装置，为便于车辆通过水平曲线和竖曲线的要求。在水平面内可绕销轴：左右摆动40°，在垂直面内：上下摆动5°。安装构造：车钩支撑座与钩尾冲击座前端相连，冲击座后端与车体底架通过4个过载保护连接套筒相连。当纵向冲击力超过590kN时，过载保护螺栓自行断裂，整个车钩缓冲装置与车体分离，从而起到保护车钩和车体的作用。全自动钩缓连接装置的性能参数主风管连接最大压力106Pa主风管连接最小压力6×105Pa车钩横向摆动角度±40°车钩垂向摆动角度±5°车钩垂向可调角度±6°对中装置复位角度±40°车钩连接范围：垂直方向±90mm水平方向±170mm重量(包括电气连接箱及电缆)450kg半自动车钩缓冲装置结构特点：其机械和气路连接结构与全自动车钩完全相同使用性能：可以自动连挂或自动解钩(按下司机室内的解钩按钮)，也可以手动解钩。但电气连接箱需用手动操作方能实现连接。使用安装位置：半自动车钩缓冲装置装设于带司机室拖车的Ⅱ位端和带受电弓动车(B车)、不带受电弓动车(C车)的I位端。半永久车钩结构及组成：它由两对雌雄结构的连接杆组成，其一侧装有双向作用环弹簧牵引杆，另一侧为刚性牵引杆，两者用一个便于拆卸的套筒式连轴节相连，确保连接刚度和安全可靠。由双向作用环弹簧牵引杆(或刚性牵引杆)、套简式连轴节、支撑座、钩尾冲击座及气路连接管等组成。安装：装设于B、C车的Ⅱ位端，通常只在厂段维修作业时在车间里对其进行分解。所以它的机械、气路和电气连接采用永久连接的方式。半永久车钩连接装置图1—双向作用环弹簧牵引杆；2—套筒式联轴节；3—电气连接盒；4—刚性牵引杆；5—支撑；6—钩尾冲击座：7—气路连接管三、全自动Scharfenberg型密接式车钩缓冲装置1、钩头结构钩头壳体为焊接件，它由两部分组成，前面为一带有锥体和喇叭口的突出件，后面为连接法兰。前面的锥体和喇叭口用来作为当两钩连接时引导对准；伸出在前面的引导杆用来扩展车钩的连接范围。前端的圆孔用来安置空气管路连接器，在钩头壳体中配置有车钩锁闭零件和解钩风缸。钩头壳体后部的法兰用于连接钩头与牵引缓冲装置。车钩的闭锁机构由钩舌和钩锁杆组成，两者通过销子彼此可摆动地相连接。中心锁用来作为钩舌在钩头壳体中的支座。钩锁弹簧（两个）用来保持车钩处在闭锁位。弹簧的一端钩在壳体的锥体上，另一端钩在钩锁杆上。手动连接装置设在钩头的侧面，它由杠杆通过两解钩杆与钩舌相连接。在该横杆的端部连有一钢丝绳并与解钩手柄连接，手柄挂在钩头壳体的一侧。钩头结构图1—壳体；2—杠杆；3—解钩杆；4—钩舌；6—钩锁杆；7—解钩手柄；8—钩锁弹簧；9—引导杆2、车钩闭锁、分解工作原理连挂准备位钩锁弹簧处于松弛状态。钩头中的钩锁杆轴线平行于车钩的轴线，钩锁杆的连接销中心与钩舌中心销连接线垂直于车钩的轴线。1—钩舌；2—钩锁杆；3—钩锁弹簧；4—壳体；5—凹锥孔；6—心轴；7—钩嘴连挂闭锁位连挂过程：原处于连挂准备位的两钩相互接近并碰撞，在钩头前端的锥形喇叭口引导下彼此精确地对中心；两钩向前伸出的钩锁杆顶住对方的钩舌，反推各自钩舌绕顺时针向转动；直至在弹簧拉力作用下钩锁杆滑入对方钩舌的嘴中，并推动钩舌绕逆时针向返回到原来位置为止。这时两钩的钩锁杆与两钩的钩舌构成一平行四边形，力处于平衡状态，两钩刚性地无间隙地彼此连接，处于闭锁状态。连挂闭锁位状态图解钩手动通过拉动钩头一侧的解钩手柄，经钢丝绳、杠杆和解钩杆使两钩的钩舌转动，直至钩锁杆脱出钩舌的嘴口，由此使两钩脱开，处于解钩位。气动由司机操作解钩控制阀达到解钩。压力空气经过解钩管充入钩头中的解钩风缸中，推动活塞向前运动，压迫在解钩杆上所设的滚子上，两钩头中的钩舌被同时推至解钩位置，类似于手动解钩之情况。达到解钩后再排气，风缸中受压弹簧使活塞返回到原始位置。3、自动空气管路连接器当两钩连挂时钩头前端的空气连接器的顶杆也同时接触并相互挤压将密封从壳体的阀座上推开，