轻轨车钩缓冲装置

轻轨车钩缓冲装置

杨金坡

包头车辆段 内蒙古包头市 014000

摘要：随着城市规模的不断增大，轻轨车辆作为轨道交通运输的载体，由于其高效、便捷、舒适、环保等特点，受到了很多城市的重视。

车钩缓冲装置作为传递牵引力，减缓冲击力的一个关键部件，几乎用在了全部车辆链接中，合理的联接方式在保证车辆的可靠运行的同时也减弱了车辆间相互冲击，从而改善了车辆之间的纵向受力状态，提高了车辆运行的平稳性，延长了车辆的使用寿命，其各种性能也直接关系着整个列车的运行。

本课题针对我国轻轨车辆的要求，对车钩缓冲装置进行了系统分析。自动密接式车钩采用弹簧装置作为手动解钩和复位机构，钩体端面进行了优化设计。

关键词：轻轨；密接式车钩；设计

一、车钩缓冲装置简介

我国铁路一般客、货车均采用非刚性的自动车钩，对于高速列车和城市的地铁和轻轨车辆则应采用刚性的自动车钩，即密接式车钩。

列车运行速度的提高使得车体的摇头、侧滚等振动问题更加突出，成为影响列车运行品质的主要因素。车端阻尼装置主要起着衰减车辆间相对振动的作用，其对车辆各个自由度振动的约束作用显得尤为重要，能大大提高运行舒适度。车端阻尼装置一般指除了车钩缓冲装置以外的车辆端部具有阻尼特性、能够衰减车辆间相对振动的连接设备，其中最主要的是车端减振器。车端减振器包括纵向减振器和横向减振器。其中，纵向减振器主要是衰减车体间大的相对点头及纵向运动；横向减振器主要衰减车体间的相对横移摇头和侧滚运动。

密接式车钩有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。

二、柴田式车钩相关设计

2.1车钩的结构

柴田式密接式车钩主要由钩体、钩舌、解钩手柄等零部件组成, 钩舌安装在钩体内部, 解钩手柄从钩舌内部穿过, 通过螺母将解钩手柄固定在钩舌上, 解钩手柄后部连接有回复弹簧或者安装有回复弹簧的解钩汽缸。

2.1.1钩体  

车钩的钩体起着传递钩缓装置纵向力的作用, 同时也是车钩上其他零部件的承载体。

钩体前部有车钩连挂面, 这是2 个车钩机械连挂的接合面, 也是风管等其他辅助连接器的接合面; 沿车钩纵向中心面, 在钩体左右两侧分别有凸锥、凹锥, 用于在连挂过程中起导向作用, 以及连挂完成后对两车钩间的紧密定位; 钩体内部具有容纳钩舌的钩舌腔, 钩舌腔上下部位设计有半圆形的凸台, 该凸台在车钩连挂过程中对钩舌旋转起导向作用, 同时在一定的情况下能够起到辅助受力的作用。

2.12 钩舌

钩舌是车钩的主要受力零件, 柴田式密接车钩的钩舌为半圆柱形结构。钩舌靠近外圆面的部位设计有半圆形的凸缘, 该凸缘主要对钩舌在钩舌腔中的旋转起导向作用, 同时在一定条件下也起着辅助受力的作用。钩舌内部设计有解钩手柄安装孔, 用于将解钩手柄固定在钩舌上

三、车钩缓冲装置

3.1轻轨车辆车钩缓冲装置的要求及连接方式

图3.1  轻轨车辆车钩缓冲装置连接结构方案

轻轨车辆由于在运行中需频繁的起点和制动，车辆受到的冲击频率要比其它车辆高，对车钩缓冲装置的要求也更高。参照《铁路技术管理规程》及国外这方面的研究，一般要求能量吸收率大于70％ ，钩舌水平中心线距轨面高度在1000ram，采用机械气路(在机械中以空气为介质，采用各种阀体连接的一种控制方式)、电路都能同时实现自动连接的密接式车钩，且纵向间隙控制在1—2mm间，无上下左右的移动，这它参数默认即可

(2)接触部件紧密接触对于这种无初始穿透的情况，倘若模拟过盈配合，则需要用户设置合适的CNOF，其值对结果的影响较大，同时要设置KEYOPT(9)为3或4，使其忽略几何穿透，但包括CNOF。最后要考虑合适的接触剐度FKN，其值介于0．1—10 ，对于大面积接触，可取1．0，对于弯曲变形，可取0．1。

(3)接触部件有间距对于有初始间距的情况，应当分为多个载荷步，先施加位移载荷使接触部件处于紧密接触的状态，便于ANSYS探测到接触对(有时也需要设置CNOF的值便于结果收敛)，然后再施加其它所需的载荷。

3.2缓冲器的类型、结构

缓冲器的作用是用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在启动、制动及调车作业使车辆相互碰撞而引起的纵向冲动和震动。缓冲器有耗散车辆之间冲击和震动的功能，从而减轻对车体结构的作用，提高列车运行的平稳性。

根据缓冲器的结构特点和工作原理，一般可将缓冲器分为以下几种类型：弹簧式缓冲器；摩擦式缓冲器；橡胶缓冲器；摩擦橡胶式缓冲器；弹性胶泥缓冲器；液压缓冲器及空气缓冲器等。

弹性胶泥缓冲器的工作原理为，在充满弹性胶泥材料的缓冲器体内，设有带环形间隙(或节流孔)的活塞。当活塞杆受到冲击力时，弹性胶泥材料受压缩产生阻抗力，并通过环形间隙(或节流孔)的节流作用和胶泥材料的压缩变形吸收冲击能量。由于胶泥材料的特性，冲击力越大，缓冲器的容量也随之增大。当活塞杆上的压力撤除后，弹性胶泥体积膨胀或利用加设的复原弹簧使活塞回到原位。这时胶泥材料通过环形间隙流回原位。这种缓冲器的力．位移特性曲线呈凸形，与一般摩擦式缓冲器相比，在相同的阻抗力和行程条件下，它的容量要大得多。

车钩尾部转动中心处设有销轴装置，保证列车通过所有曲线及组合曲线所需的各个方向自由度。支撑装置和对中装置保证半自动车钩缓冲装置在不连挂状态时保持水平，车钩中心线与车辆中心线重合，以便于列车连挂。车钩支撑装置上的连接螺栓还可以调整车钩中心的高度，尾座处的安装螺栓将整套悬臂式车钩缓冲装置固定在车辆底架上。

结论：

本文在轻轨车钩缓冲装置技术要求基础上，通过进行车钩材料性能数据分析，钩舌材料的性能数据分析选择了合适的材料，主要介绍轻轨车钩缓冲装置的组成部分，包括车钩、缓冲装置等部件；调查了我国在该领域的发展情况；介绍了作为轻轨车钩主要形式的密接式车钩的发展状况以及当今各国主要运行的四种车钩型号；以及柴田式车钩的性能、工作原理。

载荷分析组的车钩质量轻，结构简单，维修更加方便等。钩舌和钩锁连接杆原有结构承受较大载荷时，对强度要求很高。本文在钩舌和钩锁连接杆原有结构强度分析的基础上对薄弱环节进行了结构优化。在加工时，钩锁连接杆除了选择高强度材料，也需要采用新的加工工艺以保证钩头和连接杆结合处的强度。对于关键接触面，如钩舌弧形面、钩头受力面都应采用相应的工艺处理以提高材料表面强度。           

总之，随着轻轨运输快速发展，我国车钩改进跟风挡设计制造有待更大的发展。

参考文献：

[1] 严隽耄,傅茂海.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社,2011.

[2] 华亮,姜建宁.机车车辆概论[M].北京：北京交通大学出版社,2008.

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