鄭州地鐵1號線車鉤結(jié)構(gòu)及其能量吸收設(shè)計

摘 要：本文主要闡述了鄭州地鐵1號線車鉤結(jié)構(gòu)及其能量吸收設(shè)計方案。分別從全自動車鉤、半自動車鉤、半永久牽引桿三種類型車鉤及緩沖裝置進行結(jié)構(gòu)原理介紹，對機械鉤頭工作模式進行分析，為鄭州地鐵運營過程中車鉤系統(tǒng)的故障分析及處理提供技術(shù)支持。對全自動車鉤能量吸收部件及其方案設(shè)計進行了重點闡述。

關(guān)鍵詞：車鉤；緩沖器；結(jié)構(gòu)原理；能量吸收

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.074

1 概述

車鉤及緩沖器是用來連接列車中各車輛，使之彼此保持一定距離或列車之間的救援連掛，并且傳遞和緩和列車在運行中所產(chǎn)生的縱向力和沖擊力，此外還可以實現(xiàn)車輛間的電路和氣路連接。

鄭州地鐵1號線的電客車選用了福伊特公司提供的車鉤及緩沖器，包括全自動車鉤、半自動車鉤和半永久車鉤，具體數(shù)量：

全自動車鉤（AC）：（2個/列）

半自動車鉤（SAC）：（2個/列）

半永久車鉤（SPC）：（4對共8個/列）

2 車鉤基本介紹

（1）全自動車鉤的結(jié)構(gòu)。全自動車鉤由機械鉤頭、電氣鉤頭、可壓潰鉤桿、橡膠墊鉤尾座及其它附屬配件組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示：全自動車鉤的主要目的是用一列功能運行都正常的6節(jié)編組列車去救援一列故障的6節(jié)編組列車。在緊急情況下當一列故障列車由于技術(shù)問題不能自行運行，另一列車全自動車鉤可以立即聯(lián)掛拖走，以保證其他列車的安全通過。

機械鉤頭為330型鉤頭，其內(nèi)部車鉤鎖確保兩節(jié)車廂之間的機械連接。表面有凸錐和凹錐，允許車鉤自動對齊和同心，在水平和垂直方向提供一個大的連掛范圍。

電氣鉤頭分布有活動和固定觸點與列車配線相連，利用接線端頭將電纜導(dǎo)線與觸點相連。在聯(lián)掛期間，兩個對置的電氣鉤頭緊緊壓在一起，同時將活動觸點壓在固定觸點上，以實現(xiàn)兩列車的電氣聯(lián)掛。

可壓潰車鉤桿做為中間部件，將車鉤頭和橡膠墊鉤尾座連接起來。它包含一個行程為300mm的可壓潰變形桿。

橡膠墊鉤尾座包括一個緩沖裝置（EFG3）和一個垂向支撐及支座。它的特殊設(shè)計能夠允許車鉤不超過縱向車軸的豎向和橫向擺動以及回轉(zhuǎn)運動。

（2）半自動車鉤的結(jié)構(gòu)。半自動車鉤由機械鉤頭、觸點連接器、可壓潰鉤桿、橡膠墊鉤尾座及其它附屬配件組成。功能特性為：能夠?qū)崿F(xiàn)車輛自動機械聯(lián)掛，無需人工輔助。半自動車鉤一般設(shè)置在列車中部，可用于列車的分段運行。機械鉤頭為330型鉤頭結(jié)構(gòu)與全自動車鉤相同。在車鉤表面的內(nèi)孔中，包含兩個移動觸點和兩個固定觸點。當車鉤頭連掛時，固定/移動觸點被壓向其中一個反向車鉤，同時建立電氣連接。可壓潰鉤桿與橡膠緩沖裝置結(jié)構(gòu)均與全自動車鉤相同。

（3）半永久牽引桿的結(jié)構(gòu)。半永久牽引桿用于車輛編組時永久性連接，無自動機械解鉤功能；人工電路連掛；風(fēng)管在牽引桿的兩部分對上時會自動連接上。半永久牽引桿未設(shè)鉤頭由易拆卸的卡環(huán)連接，這種連接方式剛性佳、無松脫、安全性高。車輛的電子連接通過跨接電纜實現(xiàn)。解鉤作業(yè)需在車輛段手動進行。可壓潰鉤桿與橡膠緩沖裝置結(jié)構(gòu)均與全自動車鉤相同。

3 機械鉤頭聯(lián)掛工作模式

機械車鉤頭有三個工作位置：準備聯(lián)掛、已聯(lián)掛、解鉤，三個位置主要由車鉤鎖的動作和配合實現(xiàn)。

準備聯(lián)掛模式和已聯(lián)掛模式車鉤頭鉤鎖位置相同，因此這種類型的車鉤鎖被稱為一位鎖。準備聯(lián)掛時鉤舌腹板靠近于凸錐邊緣。鉤板通過拉簧壓入，頂住車鉤頭外殼里的止檔。當機械鉤頭聯(lián)掛時，鉤舌被壓向?qū)?cè)車鉤的鉤板上。車鉤鎖抵抗拉彈簧的作用力轉(zhuǎn)動，直至將鉤舌與鉤板槽嚙合。此后鉤板受拉彈簧的作用，向后轉(zhuǎn)動到已連掛位置。車鉤鎖閉鎖。鎖緊裝置會形成一個平行四邊形形狀，這樣可以將牽引荷載均勻地分布在兩個鉤鎖裝置上。

解鉤時，車鉤鎖抵抗拉簧的作用力轉(zhuǎn)動，直至將連桿從鉤板槽中釋放出來。當其中一個鉤舌在鉤板槽后部嚙合時，車鉤鎖保持在這個位置。分離后，解開上鎖的鉤舌，通過使用拉簧允許鉤鎖向后轉(zhuǎn)，把車鉤舌推前。車鉤鎖再次準備連掛。

4 能量吸收方案

全自動車鉤設(shè)三級能量吸收裝置，分別為橡膠墊鉤尾座、可壓潰車鉤桿、過載保護裝置。

橡膠墊鉤尾座包括一個緩沖裝置（EFG3），可以對牽引力和緩沖力進行緩沖，該能量吸收裝置為可恢復(fù)的，但如果超過了限定的能量，將把牽引力和緩沖力傳向可壓潰車鉤桿。但如果超過了載荷800kn沖擊負載（例如重沖擊和碰撞），該壓潰裝置能夠一次性的（不可恢復(fù)）對能量進行消耗，從而將緩沖能量轉(zhuǎn)換為變形能量。最后由過載保護裝置可充當輔助吸能元件，在受到強烈沖擊和碰撞時，剪斷這些螺栓，釋放過載保護裝置，防止底架受損。

結(jié)合車體設(shè)計最終鄭州地鐵1號線車輛具體的能量吸收方案為：當一列AW0的列車以小于和等于7km/h的速度與一列AW0處于停放制動的列車相撞時，完全由橡膠緩沖器吸收能量，能量吸收可恢復(fù)，車體和車鉤不產(chǎn)生任何損壞或殘余變形，并保證不損壞車體上的任何設(shè)備；當一列AW0的列車以7km/h—15km/h的速度與一列AW0處于停放制動的列車相撞時 ，車鉤及緩沖器系統(tǒng)能有效地吸收其碰撞能量，除可壓潰變形管外，車體及車鉤其它部件均不會損壞。列車兩端底架端部的能量吸收裝置或結(jié)構(gòu)變形區(qū)吸收車鉤緩沖器無法吸收的剩余能量；當一列AW0的列車以大于15km/h的速度與一列AW0處于停放制動的列車相撞時 ，自動車鉤過載保護裝置動作。后部車鉤和列車前端的防爬器吸收剩余能量。

5 結(jié)束語

通過對車鉤結(jié)構(gòu)的介紹，尤其是330型機械鉤頭的重點分析，可以掌握車鉤基本工作原理，對地鐵車輛日常運營中常見的車鉤故障能夠準確分析和判斷，從而保障地鐵車輛安全高效的使用。對能量吸收方案的研究有助于了解車鉤每個部件的吸能情況，同時為技術(shù)人員編制相關(guān)工藝文件（如聯(lián)掛時列車限速等）提供了依據(jù)。