1、精選優質文檔-傾情為你奉上摘 要發展城市軌道交通系統已成為我國解決城市交通問題的必由之路，其中以地鐵車輛系統最為典型且應用最廣。車端連接裝置是地鐵車輛最基本也是最主要的部件之一，其作用是連接機車車輛、減緩列車的縱向沖動（或沖擊力）、傳遞列車電力、通信控制信號和連接列車風管。本課題針對我國地鐵車輛的要求，對車端連接裝置進行了系統分析。其中對密接式車鉤與列車風擋進行了著重研究。自動密接式車鉤采用彈簧裝置作為手動解鉤和復位機構，鉤體端面進行了優化設計。帶緩沖器和無緩沖器的半永久牽引桿定位孔采用長圓孔結構。風擋裝置不僅要美觀舒適,還應具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性,以承受和適應車輛之間在運行中的

2、錯動和沖擊，保證列車安全通過曲線和道岔。因此地鐵風擋的選型必須滿足上述要求。關鍵詞：地鐵；密接式車鉤；風擋；設計ABSTRACTDeveloping the city truck traffic system has become the main route to solve the problem of city traffic, which subway system is the most typical one. The connecting device is one of basicparts of metro vehicles. It links each vehicle of

3、 the train,reduces pull force or impulsive force at the running and translate task of train,transfers the train power,control signal.and links the train pipes.In order to satisfy the requirement of the metro vehicles in our country, systems analysis has been taken for the connecting device,which foc

4、uses on the tight-lock and the train windshield. The automatic tight-lock coupler adopted spring set for manual separate lock and replacement. The semiforever traction rod fix buffer and unfix buffer adopted long round whole structure. The casting parts include coupler body, fixing seat, semiautomat

5、ic coupler bracket and semiforever bracket have carried into execution with casting technologic designed and simulative concreting analysis. The elastic rubber mud buffer has the characteristic of more capability ,less impedance force ,high absorb rate. The high pressure and hermetical structure ens

6、ure the hermetic capability and the running life. Windshield device not only should be beautiful and comfortable, but also has a good vertical and horizontal scalability, vertical flexibility to withstand and adapt to the vehicle in operation between the dislocation and impact, to ensure train safet

7、y through the curves and turnouts.Therefore,the selection of the subway windshield must meet the above requirements.Keywords： metro，tight-lock coupler，windshield，design目 錄第一章 緒論11.1車端連接裝置簡介11.2車鉤緩沖裝置的發展歷程21.3風擋裝置簡介41.4本課題主要研究的內容5第二章 密接式車鉤簡介62.1地鐵車鉤裝置62.2地鐵車鉤的性能特點62.3北京地鐵密接式車鉤72.4上海地鐵密接式車鉤82.5 BSI-CO

8、MPACT型密接式車鉤10第三章 密接式車鉤相關設計133.1國內地鐵車鉤的結構與原理133.2車鉤的連掛分解原理173.3車鉤殼體強度分析203.4鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸強度分析243.5拉桿的研制情況27第四章 地鐵風擋相關設計294.1國內外客車風擋發展狀況294.2地鐵列車風擋的性能要求344.3氣密式風擋的技術要求354.4地鐵列車風擋結構研究41第五章 結論與展望44致謝45參考文獻46附錄1：外文翻譯47附錄2：翻譯原文50專心-專注-專業第一章 緒論1.1 車端連接裝置簡介車端連接裝置是車輛最基本的也是最重要的部件組合之一，起作用是連接機車車輛、減緩列車的縱向沖動（或沖擊力）

9、、傳遞列車電力、通信控制信號和連接列車風管。最初的車端連接裝置知識一副簡單的掛鉤，并無緩沖裝置可言，至今仍能從歐洲鐵路的鏈子鉤上發現它的縮影。為了減輕車輛沖擊，開始采用帶緩沖裝置的車端連接裝置。隨著列車技術裝備的進步，車端連接裝置的性能不斷提高，其型式也不斷變化。至今，已形成了形式多樣，能適應各種機車車輛需要的車端連接裝置。車端連接裝置主要包括車鉤、緩沖器、風擋、車端阻尼裝置、車端電氣連接裝置等，一些貨車和動車組上還使用牽引桿裝置。現今的客、貨車輛上均裝有車鉤和緩沖器，通常將二者合稱為車鉤緩沖裝置，其實車端連接裝置中起牽引連掛和沖擊作用的主要部件。風擋和車端阻尼裝置僅在客車車輛上使用，而牽引桿

10、則是隨著重載運輸發展起來的新型的鐵路車輛連接方式，其一般僅運用在重載貨車車輛上，電氣連接器是列車動力和控制通訊的重要設備。在車鉤緩沖裝置中，如果牽引連掛和緩和沖擊的作用是由同一裝置來承擔的，那么該裝置稱之為牽引緩沖裝置；如果它們的作用分別由不同的裝置來承擔，則分別稱之為牽引連掛裝置和緩和裝置。牽引連掛裝置用來實現車輛之間的彼此連接、傳遞和緩和牽引（拉伸）力的作用；緩沖裝置（緩沖盤）用來傳遞和緩和沖擊（壓縮）力的作用，并且使車輛彼此之間保持一定的距離。按照牽引連掛裝置的連接方式，可分為自動車鉤和非自動車鉤。自動車鉤不需要人工參與就能實現連接，非自動車鉤則要由人工完成車輛之間的連接。我國鐵路車輛均

11、采用自動車鉤。自動車鉤又可分為兩種基本類型：非剛性車鉤和非自動車鉤。非剛性車鉤允許兩個相連接的車鉤在垂直方向上有相對位移，當兩個車鉤的縱軸線存在高度差時，連接著的兩鉤呈階梯形狀，并且各自保持水平位置。剛性車鉤不允許兩相連接車鉤在垂直方向彼此存在位移，但是在水平方向可產生少許轉角，如果在車輛連接之前兩車鉤的縱向軸線高度存在偏差，那么在連掛后，兩車鉤的軸線處在同一直線上并呈傾斜狀態。兩車鉤的尾端采用銷接，從而保證了兩連掛車輛之間的位移和偏角。 剛性車鉤減小了兩個連接車鉤之間的間隙，從而大大降低了列車運行中的縱向沖動，提高了列車運行的平穩性，同時也降低了車鉤零件的磨耗和噪聲。另外，剛性車鉤有可能同時

12、實現車輛間的氣路和電路的自動連接、非剛性車鉤結構簡單，強度高，重量輕，與車體的連接較為簡單。我國鐵路一般客、貨車均采用非剛性的自動車鉤，對于高速列車和城市的地鐵和輕軌車輛則應采用剛性的自動車鉤，即密接式車鉤。我國鐵路客車所采用的風擋裝置包括鐵風擋、橡膠風擋及密接式風擋。其中，鐵風擋的密封性、安全性、保溫性以及隔熱性均較差；而橡膠風擋的密封性能比鐵風擋有較大程度的提高，并具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向彈性，能適應車輛通過曲線和緩沖振動。隨著客車運行性能進一步提高，較好地解決了傳統列車連接處噪聲大、灰塵多、氣密性差以及保溫、隔熱不良等問題。列車運行速度的提高使得車體的搖頭、側滾等振動問題更加突出

13、，成為影響列車運行品質的主要因素。車端阻尼裝置主要起著衰減車輛間相對振動的作用，其對車輛各個自由度振動的約束作用顯得尤為重要，能大大提高運行舒適度。車端阻尼裝置一般指除了車鉤緩沖裝置以外的車輛端部具有阻尼特性、能夠衰減車輛間相對振動的連接設備，其中最主要的是車端減振器。車端減振器包括縱向減振器和橫向減振器。其中，縱向減振器主要是衰減車體間大的相對點頭及縱向運動；橫向減振器主要衰減車體間的相對橫移搖頭和側滾運動。牽引桿裝置作為新型的題錄車輛連接方式已經在國外重載運輸的單元列車中得到成功應用，如美國、澳大利亞、南非、加拿大和巴西等國均不同程度地在長大重載貨物列車上采用了牽引桿裝置。由于牽引桿裝置取

14、消了車鉤，減輕了重載列車的間隙效應對縱向動力學性能的影響。此外，車端電氣連接裝置和總風軟管連接器也是車端連接裝置的重要組成部分，且對列車的運行和安全起著舉足輕重的作用。車端電氣連接裝置包括電力連接器、通信連接器、電空制動連接器等。其與鄰車的連接器相連，以溝通列車的供電回路、通信回路和電空制動回路。客車或貨車制動時需要風（壓縮空氣），客車的風動門、空氣彈簧、集便器等設備的正常工作也需要風，而總風軟管連接器就是連接相鄰車的總風管，以便機車向客車或貨車供風。1.2車鉤緩沖裝置的發展歷程車鉤緩沖裝置是軌道車輛最基本的部件之一，它是用來連接列車各車輛使之彼此保持一定距離，并且傳遞和緩沖列車在運行中或在調

15、車時所產生的縱向力和沖動力。現代車鉤起源于1873年由詹尼發明的鉤舌車鉤，具有能量吸收特性的緩沖裝置則是由1888年問世的韋斯汀豪斯的緩沖器發展而來的，目前大多數機車和車輛上使用的仍是該類型裝置。1929年，柴田衛氏提出了密接式車鉤的設計方案，1931年完成了研制和現車試驗，1932年開始在新造電動車上全面采用。之后，陸續在日本各區段運用，至1938年，大部分電動車基本都采用了密接式車鉤。由于密接式車鉤也是柴田家族人設計的，故密接式車鉤也稱柴田密接式車鉤。目前國內外常見的密接式車鉤有三種結構形式：第一種為日本新干線高速列車上所采用的柴田氏密接式車鉤，我國北京地鐵車輛的車鉤即屬于此列；第二種為S

16、chafenberg型密接式車鉤，常見于歐洲國家所制造的地鐵、輕軌及高速車輛上，德國制造的上海地鐵車輛亦裝用這種車鉤；第三種為BSI-COMPACT型密接式車鉤。北京地鐵車輛的密接式車鉤緩沖裝置由密接式車鉤、橡膠緩沖器、風管連接器、電器連接器和風動結構系統等幾部分組成。車輛連掛時，依靠兩車鉤相鄰鉤頭上的凸錐和凹錐相互插入，起到緊密聯結作用，同時自動將兩車之間的電路、空氣管路接通，并起到緩和連掛中車輛間的沖擊作用。在兩車分解時，亦可自動解鉤，并自動切斷車輛間的電路和空氣通路。上海地鐵車輛所采用的全自動密接式車鉤緩沖裝置由機械連接、電器連接和氣路連接三部分組成。機械連接部分設于鉤頭中央，電器連接箱

17、分設在左右兩側，中心軸下方設氣路連接器。車鉤相對于車體最大水平擺角為40°，最大垂向擺角為5°，以滿足車輛過水平曲線和垂曲線的要求。BSI-COMPACT型密接式車鉤在歐洲、巴西等許多國家的地鐵、輕軌車輛和城郊列車上獲得廣泛應用。這種車鉤鉤頭的殼體沒有凸錐體和凹錐孔，在凸椎的內側面配備有用于車鉤機械連接的鎖栓，鎖栓由高強度鋼制成，置于鉤頭前端的套筒中，利用彈簧使其保持正常位置。在凸錐體的外側設有解鉤杠桿，它與氣動的（或液壓的）解鉤控制裝置相連接。鉤頭也被用來作為空氣管路連接器和電器連接箱的支撐體。密接式車鉤有3種不同的類型，即全自動車鉤、半自動車鉤和半永久車鉤。全自動車鉤可

18、以實現機械、氣路、電路的自動連接。半自動車鉤的機械、氣路連接結構與作用原理與全自動車鉤相同，但是電路需要人工手動連接。半永久車鉤的機械、氣路、電路的連接都需要人工手動操作，一般只有在車間維修時才進行分解。由于城市軌道交通車輛啟動和變速過程中縱向加（減）速度較大，對車輛舒適度要求較高，傳統結構的客車車鉤緩沖裝置聯掛間隙較大、自動化程度較低，不能滿足其使用要求，必須采用密接式車鉤緩沖裝置。另外高速動車組車輛編組小，對車輛輕量化要求較高，因此不能直接把鐵路上使用的高強度密接式車鉤直接照搬過來。發展高速動車組交通系統已成為我國解決城市交通問題的必由之路，高速動車組交通車輛的產業化是我國機車車輛工業的重

19、要工作之一，而高速動車組車輛關鍵零部件的國產化是高速動車組交通車輛產業化的重要保證，研制適合我國高速動車組車輛的密接式車鉤與緩沖器具有十分重要的經濟和戰略意義。密接式車鉤和緩沖器是集機、電、氣于一體的機電產品，無論是產品設計、制造、材料和試驗裝備的研發上均具有很大的難度。國外研究和制造密接式車鉤的公司主要有SHARKU公司、瑞典Dellner Coupler公司和日本住友金屬大阪制鋼所，由上述公司研制的密接式車鉤和緩沖器產品代表著世界先進水平。我國對密接式車鉤和緩沖器僅處于仿造的起步階段，無論在理論和應用研究還是制造水平都還處于較低水平，而目前尚無集機械、氣、電于一體的全自動密集式車鉤。目前2

20、00km/h提速、貨車提速至160km/h、大量的城市地鐵和城間動車組以及將來的高速鐵道車輛均需要大量性能良好、作用可靠的密接式車鉤，但是國內現有產品尚不能完全滿足市場的需求。1.3風擋裝置簡介為了防止風沙、雨水侵入車內及運行時便于旅客安全地在相互連掛的車輛間通過在車輛兩端連接處裝有風擋裝置。我國的客車風擋有帆布風擋、鐵風擋、國際聯運鐵風擋、橡膠風擋、單層密封折棚式風擋、密接膠囊式風擋等型式。帆布風擋用于22型客車及一些老型客車上，由帆布折棚組成。特點為結構簡單，維修方便，但不太美觀且易損壞。鐵風擋是我國現有客車上保佑量最大的風擋，該型風擋為客車通用件，分KT10-00-74、KT228-00

21、-76兩種形式，前者用于部分21型客車上；后者主要用于我國主型客車22、25型車上。特點為結構簡單，車輛之間連掛方便。但風擋噪聲大，磨損及腐蝕嚴重，維修量比較大。25型客車廣泛采用鐵風擋裝置。國際聯運鐵風擋結構型式類似于上述鐵風擋，但風擋面板較寬，用于我國與俄羅斯、蒙古等國家的國際聯運客車，其優缺點與上述鐵風擋基本相同。橡膠風擋由左右立橡膠囊、橫橡膠囊、橡膠墊、防曬板、緩沖裝置等組成。25型提速客車即25K型系列客車采用橡膠風擋。單層密封折棚式風擋取消了原來型式的折棚柱及渡板，配有專用渡板，且把渡板包在風擋內。主要結構件為折棚、連接架、拉桿、四連桿式渡板、掛鉤、板簧、鎖盒等，用于提速客車及動車

22、組，優點為外形美觀、密封性能好；缺點為連掛不太方便，車端阻尼小，耐候性較差。隨著我國鐵路運輸業的快速發展，對旅客列車的安全舒適性提出了更高的要求。對于提速客車，風擋裝置不僅要美觀舒適，還應具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性，以承受和適應車輛之間在運行中的錯動和沖擊，保證列車安全通過曲線和道岔。尤其是200km/h以上的高速客車用風擋，對氣密性、隔聲性要求更高。密接膠囊式風擋就是為200km/h以上的電動車組研制的，主要由風擋座、膠囊、對接框、風擋懸掛裝置、內飾板、渡板、手動夾緊裝置等組成。1.4 本課題主要研究的內容全文共分為五章，各章的主要內容如下：第一章主要介紹地鐵車端連接裝置的組成部分

23、，包括車鉤緩沖裝置、風擋等部件，并介紹了我國在該領域的發展情況；第二章主要介紹了作為地鐵車鉤主要形式的密接式車鉤的發展狀況以及當今各國主要運行的四種車鉤型號；第三章介紹了密接式車鉤的結構、工作原理，并通過分析計算獲得了殼體、鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸的強度值；第四章介紹了風擋的發展歷程、各種類型，并對密接式風擋進行了著重研究。第五章總結了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。第二章 密接式車鉤簡介2.1 地鐵車鉤裝置由于城市軌道交通車輛啟動和變速過程中縱向加(減)速度較大 ,對車輛舒適度要求較高，傳統結構的客車車鉤緩沖裝置聯掛間隙較大、自動化程度較低，不能滿足其使用要求，必須采用密

24、接式車鉤緩沖裝置。另外城軌車輛編組小 ,對車輛輕量化要求較高，因此不能直接把鐵路上使用的高強度密接式車鉤直接照搬過來。城市地鐵和輕軌車輛的車鉤緩沖裝置常采用機械氣路、電路均能同時實現自動連接的密接式車鉤。這種車鉤屬剛性自動車鉤，它要求在兩鉤連接后，其間沒有上下和左右的移動，而且縱向間隙也限制在很小的范圍之內（約12mm）。這對提高列車運行平穩性、降低車鉤零件的磨耗和噪聲均有重要意義。同時，由于車鉤的連掛精度大大提高，在列車連掛和分解時，鉤緩裝置也能自動地實現列車間空氣管路的自動連接和分離。密接式鉤緩裝置能保證列車連掛的可靠性、運行的舒適性和安全性。密接式車鉤的構造和工作原理與一般車鉤完全不同，

25、目前世界上較為先進的密接式車鉤主要有四種結構形式：第一種為日本新干線高速列車上所采用的柴田式密接式車鉤，我國北京地鐵車輛的車鉤均屬此列；第二種為Scharenberg型密接式車鉤，常見于歐洲國家所制造的地鐵、輕軌及高速車輛上，深圳地鐵一期列車亦裝用這種車鉤；第三種為德國的BSI-COMPACT型密接式車鉤；第四種是進口的上海地鐵及輕軌車輛所采用的SCHAKU型結構的密接式車鉤。目前，國內外地鐵車輛列車組車鉤的配置情況基本相同：單元內車輛之間的連接車鉤均采用半永久車鉤（牽引桿）； 單元之間的連接車鉤均采用半自動車鉤；編組之間的連接車鉤均采用全自動車鉤。半自動車鉤和全自動車鉤均要求自動機械連掛、

26、自動氣路連掛。車鉤內裝有能量緩沖和吸收裝置，和車體的連接處裝有過載保護裝置。2.2 地鐵車鉤的性能特點 2.2.1 間隙 目前世界各國的地鐵列車普遍采用密接式車鉤，使兩車鉤連接面的縱向間隙小于2mm，上下、左右偏移也很小，這為提高列車的運行平穩性和電氣線路、風管路的自動對接提供了保證 2.2.2 載荷 車鉤緩沖裝置在列車中起傳遞縱向力的作用，應具有足夠的強度和剛度。從地鐵車鉤的承載狀況看，其主要受力部件為鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸。其主要受力部件必須在850kN時不能屈服，因為其方式與我們現在使用的舊型車鉤承載方式不同，舊型車鉤為整體承載，在拉壓工況下均由鉤體上的凸錐承載，鉤舌的強度有較大富裕，

27、薄弱部件為鉤體。而新型車鉤在受壓時由鉤體承載，受拉時主要由鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸構成的平行四邊形機構，并傳遞至鉤體承載 （受力關系見圖2.1），而鉤體上的凸錐牽引時不受力。因此鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸這 3 個零件的強度格外重要圖2.1 新型車鉤受力關系圖2.2.3 自動摘掛與定位 由于地鐵列車密封性能的要求，以及風管、電氣連接系統的安裝和連掛的不方便。因此，密接式鉤緩裝置必須實現自動連掛和分解，手動功能僅限于在自動功能失靈的特殊情況下使用；電氣和風管的自動連接或手動整體連接還要求車鉤有自導向入位功能，且入位后各接頭之間的相對位置要比較準確。 2.3北京地鐵密接式車鉤北京地鐵車輛的密接式車鉤

28、緩沖裝置見圖2.2車鉤的連掛與分解作用原理如圖2.3圖2.2 密接式車鉤緩沖裝置 圖2.3 密結式車鉤作用原理1-鉤舌；2-解鉤風管連接器； 1-鉤頭；2-鉤舌；3-解鉤桿。3-總風管連接器；4-截斷賽門； 4-彈簧；5-解鉤風缸。5-鉤身；6-緩沖器；7-制動風管連接器；8-電器連接器。它由密接式車鉤、橡膠緩沖器、風管連接器、電氣連接器和風動解鉤系統等幾部分組成。車輛連掛時，依靠兩車鉤相鄰鉤頭上的凸錐和凹錐孔相互插入，起到緊密連接作用，同時自動將兩車之間的電路、空氣管路接通，并起到緩和連掛中車輛間的沖擊作用。在兩車分解時，亦可自動解鉤，并自動切斷車輛間的電路和空氣通路。兩鉤連掛時，凸錐插進對

29、方相應的凹錐孔中。這時凸錐的內側面在前進中壓迫對方的鉤舌轉動，使解鉤風缸的彈簧受壓，鉤舌沿逆時針方向旋轉40°。當兩鉤連接面相接觸后，凸錐的內側面不再壓迫對方的鉤舌，此時，由于彈簧的作用，使鉤舌順時針向旋轉恢復到原來的狀態，即處于閉鎖位置。要使兩鉤分解，須由司機操縱解鉤閥，壓縮空氣由總風管進入前車（或后車）的解鉤風缸，同時經解鉤風管連接器送入相連掛的后車（或前車）解鉤風缸，活塞桿向前推并帶動解鉤桿，使鉤舌逆時針向轉動至開鎖位置，此時兩鉤即可解開。如采用手動解鉤，只要用人力推動解鉤桿，也能使鉤舌轉動至開鎖位置實現兩鉤的分解。2.4 上海地鐵密接式車鉤上海地鐵車輛所采用的全自動密接式車鉤

30、緩沖裝置結構如圖2.4。圖2.4 上海地鐵全自動密接式車鉤上海地鐵車輛所采用的全自動密接式車鉤緩沖裝置由機械連接、電氣連接和氣路連接三部分組成。機械連接部分設于鉤頭中央，電氣連接箱分設在左右兩側，中心軸下方設氣路連接器。車鉤相對于車體最大水平擺角為±40°，最大垂向擺角為±5°，以滿足車輛過水平曲線和豎曲線的要求。鉤頭機械連接部分由殼體、鉤舌、中心軸、鉤鎖連接桿、鉤鎖彈簧、鉤舌定位桿及彈簧、定位桿頂塊及彈簧和解鉤風缸組成。殼體的前部，一半為凸錐體，一半為凹錐孔，兩鉤連掛時相鄰車鉤的凸錐體和凹錐孔互相插入；中心軸上固定有鉤舌，鉤舌繞中心軸轉動可帶動鉤鎖連接

31、桿動作；鉤舌呈不規則幾何形狀，設有供連接時定位和供解鉤時解鉤風缸活塞桿作用的凸舌，以及鉤鎖連接桿的定位槽、鉤嘴等，是車鉤實現動作的關鍵零件；鉤鎖連接桿在鉤鎖彈簧拉力作用下使車鉤連接可靠；鉤舌定位桿上設有兩個定位凸緣，是鉤舌定位在待掛或解鉤狀態；定位桿頂塊可以在連接時頂動鉤舌定位桿實現兩鉤的閉鎖。該自動車鉤有待掛、閉鎖和解鉤三種狀態，其作用原理如圖2.5所示。圖2.5 上海地鐵自動車鉤作用原理（a）待掛狀態；（b）閉鎖狀態；（c）解鉤狀態。1-殼體；2-鉤舌；3-中心軸；4-鉤鎖連接桿；5-鉤鎖彈簧；6-鉤舌定位桿；7-鉤舌定位桿彈簧；8-定位桿頂塊；9-定位桿頂塊彈簧；10-解鉤風缸。（a）待

32、掛狀態：為車鉤連接前的準備狀態。此時鉤舌定位桿被固定在待掛位置，鉤鎖彈簧處于最大拉伸狀態，鉤鎖連接桿退縮至凸錐體內，鉤舌上的鉤嘴對著鉤頭正前方。（b）閉鎖狀態：相鄰兩鉤的凸錐體伸入對方的凹錐孔并推動定位桿頂塊，定位塊頂塊擺動迫使鉤舌定位桿離開待掛位置，這時鉤鎖彈簧的回復力使鉤舌作逆時針轉動，并帶動鉤鎖連接桿伸進相鄰車鉤鉤舌的鉤嘴，完成兩鉤的連接閉鎖。這時兩鉤的鉤鎖連接桿和鉤舌形成平行四邊形連接桿機構，當車鉤受牽拉時，拉力由兩鉤的鉤鎖連接桿均勻分擔，使鉤舌始終處于鎖緊狀態，當車鉤受沖擊時，壓力通過兩車鉤殼體凸緣傳遞。（c）解鉤狀態：司機操縱按鈕，控制電磁閥使解鉤風缸充氣，風缸活塞桿推動鉤舌順時針

33、轉動，使兩鉤的鉤鎖連接桿脫開對方鉤舌的鉤嘴，同時使鉤鎖連接桿克服鉤鎖彈簧的拉力縮入鉤頭錐體內，這時定位桿頂塊控制鉤舌定位桿使鉤舌處于解鉤狀態。兩鉤分離后，解鉤風缸排氣，定位桿頂塊由于彈簧作用復位，鉤舌回至待掛位，車鉤又恢復到待掛狀態。2.5 BSI-COMPACT型密接式車鉤BSI-COMPACT型密接式車鉤結構如圖2.6所示。圖2.6 BSI-COMPACT型密接式車鉤1-凸錐體；2-凹錐孔；3-鎖栓；4-鎖栓定位彈簧；5-解鉤杠桿；6-解鉤風缸；7-導向桿。德國制造的BSI-COMPACT型密接式車鉤在歐洲、巴西等許多國家的地鐵、輕軌車輛和城郊列車上獲得廣泛應用。這種車鉤鉤頭的殼體設有凸錐

34、體和凹錐孔，在凸錐體的內側面配備有用于車鉤機械連接的鎖栓，鎖栓由高強度鋼制成，置于鉤頭前端的套筒中，利用彈簧使其保持正常位置。在凸錐體的外側設有解鉤杠桿，它與氣動的（或液壓的）解鉤控制裝置相連接。鉤頭也被用來作為空氣管路連接器和電氣連接箱的支承體。這種車鉤也有待掛、閉鎖和開鎖三個位置，其作用原理如圖2.7所示。當兩鉤連掛時，兩鉤的鎖栓側面相互擠壓，壓縮各自的定位彈簧，直至兩鎖栓的鼻子彼此咬合，彈簧回復原位，達到兩鉤連掛閉鎖。欲將兩連掛的車鉤分解，操縱電磁閥，使解鉤風缸充氣，風缸活塞頂起解鉤杠桿，將一個鉤的鎖栓回拉到另一個鉤的鎖栓能夠脫開為止，或者也可同時操縱兩個鉤的解鉤風缸，使兩鉤的鎖栓同時動

35、作，彼此脫開。也可用人力搬開解鉤杠桿，使兩鉤分解。圖2.7 車鉤的連掛、閉鎖與開鎖位第三章 密接式車鉤相關設計3.1國內地鐵車鉤的結構與原理參考國外SCHAKU 型等車鉤的成功經驗，現將國產化的3種類型密接式車鉤分別介紹如下。3.1.1 全自動密接式車鉤 全自動車鉤能在一組車向另一組車低速移動聯掛時，實現兩組車的機械、氣路、電路的自動連接。車鉤之間的連接（機械、氣路和電氣系統）可自動分解或人工手動分解。車輛分離后 , 車鉤即處于待聯掛狀態。全自動密接式鉤緩裝置聯掛部分（見圖3.1）由機械連接、電氣連接和氣路連接3部分組成。機械連接部分居中，電氣連接器分設在左右兩側，中心軸下方為風管連接器。機械

36、連接部分（見圖3.2）由鉤體13、中心軸11、鉤舌10、鉤鎖連接桿12、鉤鎖彈簧14、鉤舌定位桿5、定位桿頂塊9及壓簧7以及解鉤風缸1等組成。鉤體的前部一半為凸錐體，另一半為凹錐孔，在連接時分別和相鄰的車鉤凸錐體和凹錐孔互相插入，起連接導向作用；中心軸上固定有鉤舌，鉤舌繞中心軸轉動可帶動鉤鎖連接桿動作；鉤舌呈不規則曲線形狀，設有供連接時定位和供解鉤風缸活塞桿作用的凸舌，以及鉤鎖連接桿的定位槽、鉤嘴等，是車鉤實現動作的關鍵零件；鉤鎖連接桿在鉤鎖彈簧拉力作用下使車鉤連接可靠；鉤舌定位桿上設有兩個定位凸緣，使鉤舌定位在待掛或解鉤狀態；定位桿頂塊頂動鉤舌定位桿實現兩鉤的聯掛。全自動電氣連接器由左右電氣

37、箱組成，分設于鉤體兩側，并可前后移動，電氣箱外部裝有保護罩，當兩鉤連接時，車鉤的凸輪帶動一個二位五通閥控制其機械傳動機構，電氣箱可推出使其端面高于車鉤端面，電器連接器的機械傳動機構處于死點狀態，此時保護罩自動開啟；當解鉤后，電氣箱退回至原位置，保護罩自動關閉。左右電氣箱內的觸點分為固定觸點和彈性觸點，保證電氣連接時密接可靠。風管連接器設有主風管接頭和解鉤風管接頭。主風管配有主風管自動閥，在解鉤時可自動切斷氣路，在連接時可自動接通氣路。解鉤風管始終處于聯通狀態，由司機操縱電磁閥控制管路的通斷，達到兩鉤風缸同時充氣自動解鉤或解鉤后氣缸排空的目的。 圖3.1 全自動密接式鉤緩裝置聯掛部分1-鉤體總成

38、；2-全自動電器連接器；3-全自動電器連接器傳動裝置。圖3.2 密接式車鉤機械連接部分結構示意圖1-解鉤風缸；2-鉤舌定位桿彈簧支座組成；3-定位塊；4-鋼絲繩組件；5-鉤舌定位桿；6-中心銷；7-壓簧；8-鉤體定位桿；9-定位桿頂塊；10-鉤舌；11-中心軸； 12-鉤鎖連接桿；13-鉤體；14-鉤鎖彈簧。3.1.2半自動密接式車鉤 半自動密接式車鉤見圖3.3。圖3.3 半自動密接式車鉤1-電器連接器傳動控制機構總成；2-電器連接器總成；3-鉤體總成。半自動車鉤能在一組車向另一組車低速移動掛鉤時，實現兩組車的機械、氣路的自動連接但電氣連接由人工進行操作。半自動密接式鉤緩裝置聯掛部分的機械連接

39、和氣路連接與全自動密接式鉤緩裝置完全相同，其電氣連接不完全一樣。其電氣箱蓋的開閉機構與全自動車鉤相同，但接線方式、頭數目、頭類型、頭排布與全自動車鉤的電氣箱完全不同。另外，半自動車鉤電器箱的傳動機構（見圖3.4）與全自動車鉤不同，全自動車鉤靠氣缸來實現電氣箱的推動，而半自動車鉤的電器箱靠齒輪、齒條傳動機構來實現。3.1.3半永久密接式車鉤半永久密接式鉤緩裝置用于地鐵車輛之間的半永久連接，一套車鉤由兩部分組成，分別安裝在相鄰兩車上。其中一輛車上的車鉤設有緩沖器，另一輛車上是剛性牽引桿。它帶有可以方便、快速拆卸的連接環，使兩輛車具有完好的剛性連接，半永久密接式鉤緩裝置由人工操作，現氣路和電路的連接

40、。半永久密接式鉤緩裝置的聯掛部分也由機械連接、電氣連接和氣路連接3分組成。機械連接部分居中，電氣連接器分設在牽引桿氣路接頭支架的下端，氣路接頭在牽引桿的一側。圖3.4 半自動車鉤電器箱開關機構傳動圖1-支撐板；2-齒輪鎖閉開關；3-小齒輪軸；4-小齒輪；5-轉臂；6-大齒輪軸；7-大齒輪；8-電器箱擺臂總成；9-連桿；10-下搖臂；11-上搖臂；12-軸；13-齒條座；14-齒條。圖3.5 帶緩沖器半永久車鉤機械連接靠人工連接實現，對中裝置中的銷軸允許車輛之間相對轉動，以適應在水平曲線和豎曲線上運行。氣路連接通過兩個車鉤氣路接頭的密封環緊密結合，實現完好的連接。電氣接頭通過固定在軸上的壓簧固定

41、，以實現連接。它的電氣接線箱無自動開閉機構，其接線方式、觸點數目、觸頭類型、觸頭排布均與半自動車鉤的電氣箱不同。圖3.6 剛性牽引桿3.2車鉤的連掛分解原理自動車鉤有待掛、連接（即閉鎖）和解鉤3種狀態，其中解鉤狀態分為手動解鉤狀態和風動解鉤狀態，其作用原理如圖3.7圖3.10所示。3.2.1待掛狀態（見圖3.7）圖3.7 車鉤待聯掛位示圖1-鉤體；2-鉤鎖連接桿；3-解鉤氣缸；4-鉤舌定位桿；5-定位塊；6-定位桿頂塊；7-鉤舌。此圖為車鉤聯掛前的準備狀態，此時鉤舌定位桿被固定在待掛位置，鉤鎖彈簧處于最大拉力狀態，鉤鎖連接桿退至凸錐體內，鉤舌的鉤嘴對著鉤頭的正前方。3.2.2 聯掛狀態（閉鎖）

42、（見圖3.8）圖3.8 車鉤聯掛位示圖相鄰車鉤的凸錐體伸入對方車鉤的凹錐孔并推動定位桿頂塊，定位桿頂塊推動鉤舌定位桿離開待掛位置，這時鉤鎖彈簧的回復力使鉤舌作逆時針轉動，并帶動鉤鎖連接桿伸進相鄰車鉤鉤舌的鉤嘴，完成兩鉤的連接閉鎖。這是兩鉤的鉤鎖連接桿和鉤舌形成平行四邊形連桿機構，當車鉤受牽拉時，拉力由兩鉤的鉤鎖連接桿均勻分擔，使鉤舌始終處于鎖緊狀態，當車鉤受沖擊時，壓力通過兩車鉤殼體凸緣傳遞。3.2.2 解鉤狀態解鉤狀態分為氣動解鉤狀態和手動解鉤狀態。（1）手動解鉤狀態（見圖3.9）當車鉤無法采用氣動解鉤，或在廠內檢修時（如圖3.9所示）必須采用手動解鉤方式。手動解鉤時，用手拉動解鉤拉環，帶動

43、解鉤鋼絲繩、手動解鉤曲柄組成、中心軸，帶動鉤舌轉動，當松開鋼絲繩后，鉤舌定位桿被定位桿頂塊扣住，可使車鉤保持在手動解鉤狀態，完成解鉤過程。當兩鉤分離后，頂塊所受外力消失，在兩個壓縮彈簧作用下，頂塊退回到初始狀態，定位桿被固定在待解位，車鉤恢復到待掛狀態。（2）氣動解鉤狀態（見圖3.10）司機操縱按鈕控制電磁閥，使解鉤風缸充氣，風缸活塞桿推動鉤舌順時針轉動，使相鄰車鉤的鉤鎖連接桿脫開鉤舌，同時使自身的鉤鎖連接桿克服鉤鎖彈簧拉力縮入鉤頭凸錐體內，脫離相鄰車鉤的鉤舌，這時定位桿頂塊推動鉤舌定位桿使鉤舌處于解鉤狀態。當兩鉤分離后，定位桿頂塊由于彈簧作用復位，鉤舌定位桿回至待掛位，車鉤又恢復到待掛狀態。

44、圖3.9 手動開鉤時車鉤全開位示圖圖3.10 氣動開鉤時車鉤全開位示圖由此可見，雖然稱之為車鉤的三態作用，但實際上有4個狀態。從圖3.9和圖3.10中可以清楚地看到手動解鉤和風動解鉤時，鉤舌定位桿與頂塊的相對位置有微小的區別，這是該型車鉤設計的手動開鉤在松開鋼絲繩后得以保持待掛位的奧妙所在。3.3車鉤殼體強度分析3.3.1 車鉤殼體實體模型 車鉤殼體是安裝車鉤內部連接零件和車輛間連掛設備的關鍵零件。車鉤殼體主體采用鑄造成型，內部有許多鑄造圓角，忽略小的倒角和鑄造圓角以保證在強度分析的時候不會產生應力集中。為了計算方便，也忽略了殼體外部的焊接件。下面采用三維實體建模軟件solidworks來建立

45、密接式車鉤殼體的實體模型，由于殼體為整體鑄造，內部型腔復雜，所以采用Solidworks的“模具”工具進行造型。首先建立殼體外形，命名為“殼體外形Prt”，殼體外形是在圓錐的基礎上進行“拉伸切除特征”造型；然后建立殼體內部型腔實體，命名為“殼體型腔Prt” 兩個實體零件模型建立完成后，以“殼體外形Prt”為實體基礎，利用模具工具在選定的分型面上采用“型腔”工具在“殼體外形Prt”內部去掉“殼體型腔Prt”。生成的實體模型如圖3.11所示。 圖3.11 車鉤殼體實體模型強度分析一般分為三個步驟：網格劃分、施加邊界條件、運算及后處理。本文就按照這三個步驟進行強度計算，計算的目標是保證殼體滿足最大強

46、度要求。 3.3.2劃分網格 由于車鉤殼體厚度不均并且厚度較大，所以適合采用實體網格劃分殼體。實體網格類型為拋物線四面體單元，由四個邊角節點、六個中側節點和六條邊線來定義H1。對于殼體關鍵過度區域劃分網格時采用細化的方法，保證不會因為網格畸變而產生應力集中。細化部分網格單元大小為4mm，其他部分為9mm，采用雅可比4點檢查網格。區域網格劃分后共生成73400個單元，個節點， 個自由度。如圖3.12所示。 圖3.12 車鉤殼體有限元模型3.3.3邊界條件 這里只考慮殼體承受車輛間的縱向載荷，所以只受拉伸載荷和壓縮載荷。殼體設計強度為890MPa，所以分析時施加載荷以設計強度為準。殼體材料為ZG3

47、5CrMo，殼體經過熱處理，表面噴丸強化，強度極限 >620MPa，分析時取620MPa為應力極限。根據材料性能可知材料的彈性模量E=210GPa，泊松比A=0.28。殼體在承受拉伸載荷時主要是殼體尾部的圓錐面和殼體連接中心桿的孔承受載荷和約束。考慮到車鉤連掛之后可能存在間隙，所以拉伸載荷分兩種邊界條件。一種是尾部圓柱面施加鉸接約束、尾部端面施加固定約束，中心孔施 加軸承載荷。邊界條件如圖3.13所示；另一種是尾部施加拉伸載荷，中心孔固定，如圖3.14所示。殼體在承受壓縮載荷時主要是殼體前面板和尾部端面承受載荷和約束。同樣考慮到間隙的存在，分為前面板承受壓縮載荷，尾部端面固定，如圖3.1

48、5所示；前面板約束，尾部端面承受壓縮載荷，如圖3.16所示。 圖3.13 中心孔承受拉伸載荷圖3.14圓錐面承受拉伸載荷圖3.15前面板承受壓縮載荷圖3.16 尾部承受壓縮載荷3.3.4結果后處理 由于殼體結構復雜，所以計算結果按照第四強度理論取值。 （1）中心孔承受拉伸載荷 殼體在承受如圖3.13的拉伸載荷時最大應力出現在如圖3.17，所示應力云圖上，最大應力=583.58MPa，根據= 620MPa可以看出，在此種載荷下滿足強度要求。圖3.17中心孔承受拉伸載荷應力云圖（2）圓錐面承受拉伸載荷 殼體在承受如圖3.14的拉伸載荷時是考慮到尾部圓柱面與連接環存在間隙而中心孔位置裝配的內部零件緊

49、密配合。最大應力出現在如圖3.18所示的應力云圖上，最大應力 =569.2MPa，且 <，可以看出在此種載荷下滿足強度要求。 圖3.18圓錐面承受拉伸載荷應力云圖（3）前面板承受壓縮載荷 前面板構造復雜，如連掛接口基本上不承受載荷，所以劃分網格之前必需對前面板受力區域進行劃分。受力區域采用solidworks中“分割面”功能對前面板進行劃分，載荷只加載在受力區域。進行強度計算之后，最大應力出現在如圖3.19應力云圖所示的位置，最大應力為=576.23MPa滿足強度要求。圖3.19前面板承受壓縮載荷應力云圖（4）尾部承受壓縮載荷 按照圖3.16所示進行強度計算后，殼體最大應力出現在圖3.2

50、0應力云圖所示位置，最大應力=597.8MPa，且<，同樣滿足強度要求。 圖3.20尾部承受壓縮載荷應力云圖3.3.5結論 殼體在承受拉壓載荷時分別進行兩種邊界條件的計算，一方面考慮到車鉤實際裝配時可能存在間隙的問題，另一方面為了進行分析結果對比，驗證分析結果的正確性。通過計算得出不論是承受拉伸載荷還是壓縮載荷，殼體的最大應力位置都出現在殼體尾部的圓柱面。下表列出了不同載荷和邊界條件下的最大應力。通過比較同種載荷在殼體裝配時不存在間隙以及存在間隙的情況下殼體的最大應力以確定殼體是否滿足強度要求。 殼體承受拉伸載荷時，圖3.13(中心孔承受拉伸載荷)計算的最大應力比圖3.14(尾部圓錐面承

51、受拉伸載荷)計算的最大應力大25，殼體在兩種邊界條件下都滿足強度要求。 表3.1 強度計算結果載荷方式邊界條件最大應力（Mpa）約束位置載荷位置拉伸尾部圓錐面中心孔583.58尾部圓環面中心孔583.58壓縮中心孔尾部圓錐面569.2前面板尾部端面576.23尾部端面前面板597.83.4鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸強度分析從地鐵車鉤的承載狀況看，其主要受力部件為鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸。其主要受力部件必須在850kN時不能屈服，因為其方式與我們現在使用的舊型車鉤承載方式不同，舊型車鉤為整體承載，在拉壓工況下均由鉤體上的凸錐承載，鉤舌的強度有較大富裕，薄弱部件為鉤體。而新型車鉤在受壓時由鉤體承載

52、, 受拉時主要由鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸構成的平行四邊形機構，并傳遞至鉤體承載（受力關系見圖3.21），而鉤體上的凸錐牽引時不受力。因此鉤舌、鉤鎖連接桿和中心軸這3個零件的強度格外重要，所以對其進行了有限元分析。圖3.21新型車鉤受力關系圖圖3.22、3.24、3.26分別為鉤舌、中心軸和鉤鎖連接桿的實體模型，圖3.23、3.25、3.27 分別為鉤舌、中心軸和鉤鎖連接桿承受850 kN力時的應力云圖。其結果見表3.2。圖3.22 鉤舌實體模型圖 圖3.23 鉤舌應力分布圖圖3.24 中心軸實體模型圖 圖3.25 中心軸應力分布圖圖3.26 鉤鎖連接桿實體模型圖 圖3.27 鉤鎖連接桿應力分布

53、圖表3.2 強度計算結果名 稱承受載荷/ kN最大應力/MPa鉤舌850942中心軸850807鉤鎖連接桿8501162從有限元分析的結果來看，牽引狀態下車鉤的最薄弱環節在鉤鎖連接桿的牽引柱處，因此，我們對拉桿從材料的選取到制造工藝等進行了重點研究。3.5拉桿的研制情況從拉桿的使用情況和要求來看拉桿材料必須具有良好的綜合性能：高強度、足夠的韌性、良好的焊接性能和機加工性能。通過采用多種材料進行試制，最后選用了兩種航空材料，均為低合金超高強度結構鋼，熱處理后具有良好的綜合性能。3.5.1制造工藝的選擇 從拉桿的結構來看，由于拉桿牽引柱中心到拉桿的另一端連接中心線近 300mm，如果整體制造，要保

54、證拉桿牽引柱的圓柱度，在機床上難于實現，因此必須將拉桿分開加工，然后焊接，再熱處理，再加工，但這種分體式的結構強度難以保證。且拉桿的結構精度要求很高，這也給加工帶來了困難。3.5.2設計的兩種方案 （1）方案1將上下拉桿和拉桿牽引柱加工后焊接，為避免焊后變形，除了對拉桿牽引柱與上下拉桿連接處焊接，另外只能焊接拉桿牽引柱的前端位置，如圖3.28所示，在d1不能改變的情況下，必須在上下拉桿和牽引柱之間的強度取得最優化的匹配結果。因為上下拉桿的薄弱環節為厚度處，為拉伸破壞，而拉桿牽引柱的薄弱環節為d2-d1的階梯型過渡處，有明顯的應力集中，為剪切破壞，通過對、d2、d1、h 多個參數的比選優化取得了

55、一組最佳值。（2）方案2將上下拉桿切斷，分別加工后，開V型坡口焊接的型式（見圖3.29），焊接完成后再使用鉗工手工修磨拉桿牽引柱的形位公差。圖3.28 拉桿方案1 圖3.29 拉桿方案2參照有關的外國技術標準，對車鉤提出的是屈服強度標準，這一點和國內不同，經分析由車鉤的結構決定的。由于從前文知道車鉤受力的薄弱環節為車鉤拉桿，我們進行了多次的方案研究和試制，最后選定的兩種結構方案取得了較為滿意的結果（見表3.3）。表3.3 強度試驗結果斷裂載荷/ kN換算后的屈服載荷/ kN制造工藝方案1540432試件精度較好方案2595476較復雜，保證試件精度有困難由于實際運用工況中，拉桿呈平行四邊形機構承載，因此，方案1可以承受864 kN的屈服載荷，方案2可以承受952kN的屈服載荷，都超過了技術要求的850kN的屈服極限要求，而且在單件強度試驗中由于工裝不能保證試件受實際最有利的工況承載，因此實際進行整體強度試驗時拉桿的強度應高于試件試驗強度。考慮到國內制造工藝的水平，盡管第二方案制造較復雜，但為安全起見，建議按照第二方案進行正式產品的生產。第四章 地鐵風擋相關設計4.1國內外客車風擋發