出口阿根廷客車車鉤緩沖裝置選型設計

杜彥品 陳海俊 朱亮 李華麗

摘要：文章根據阿根廷客車標書技術規范中車鉤緩沖裝置的配置要求，對車鉤緩沖裝置進行了選型設計，介紹了車鉤緩沖裝置的技術方案、組成部分及其功能；針對列車三種運行工況，通過縱向動力學仿真計算，結果表明碰撞能量均由車鉤緩沖裝置吸能，車體沒有發生永久變形，驗證了車鉤緩沖裝置配置的合理性。

關鍵詞：車鉤緩沖裝置；選型設計；阿根廷客車；碰撞能量；縱向動力學 文獻標識碼：A

中圖分類號：U260 文章編號：1009-2374（2016）05-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.006

阿根廷客車項目是南車南京浦鎮車輛有限公司承接的項目，現已全部如期交付，其在線路運行狀況良好。客車組編組形式為1輛機車牽引9輛客車，機車前端采用全自動車鉤，客車首尾車采用全自動車鉤，客車間采用半永久車鉤。

1 車鉤緩沖裝置配置要求

（1）列車固定編組，客車首尾車與機車間采用Scharfenberg全自動車鉤，可自動實現機械、氣路和電路的連掛，自動或手動分解；客車間采用半永久車鉤。（2）機車的縱向壓縮強度為2000kN，拉伸強度為1000kN。（3）客車的縱向壓縮強度為850kN，拉伸強度為650kN。（4）一輛機車以5km/h的速度與靜止的9輛客車連掛，碰撞能量全部由車鉤緩沖器全部吸收。（5）兩列相同的列車以12km/h的速度正面碰撞時，碰撞能量全部由車鉤緩沖器和塑性吸能元件吸收。（6）一列車以9km/h速度追尾另一相同列車時，碰撞能量全部由車鉤緩沖器和塑性吸能元件吸收。（7）設有自動對中裝置，在解鉤狀態下，車鉤保持在車輛縱向中心線上。（8）設過載保護裝置，在沖擊超過車體壓縮強度時，塑性吸能元件變形，車鉤和車體脫離。（9）列車通過的最小曲線半徑為R100m。

2 車鉤緩沖裝置技術方案

全自動車鉤緩沖裝置位于列車的兩端，客車的首尾端。因機車車體壓縮強度為2000kN，拉伸強度為1000kN，故選用強度較高的Scharfenberg10型鉤頭。全自動車鉤通過司機在司機室內的操作，實現機車與客車之間機械、氣路和電路的自動連接和分解。氣路故障時，可手動解鉤。半永久車鉤位于客車之間，通過手動實現拖車之間機械和氣路的連接和分解。全自動車鉤和半永久車鉤均為一完整的模塊，在鉤尾通過四個高強度螺栓與車體的車鉤安裝座連接。

全自動車鉤和半永久車鉤正常運行時可以傳遞車輛之間的縱向力，緩和車輛之間的振動和沖擊，提高車輛的舒適性。在達到一定碰撞速度時，塑性吸能元件變形吸收能量，車鉤后退脫離車體，剩余部分能量由車體吸收，從而在一定程度上保護司乘人員的安全。

2.1 全自動車鉤

全自動車鉤緩沖裝置由鉤頭、鉤身和鉤尾三部分組成，鉤頭和鉤身通過卡環和螺栓連接在一起，鉤身和鉤尾通過球軸承連接在一起，如圖1（a）所示。

1.鉤頭；2.鉤身；3.鉤尾； 1.鉤身；2.鉤尾；3.卡環

4.卡環；5.關節軸承

（a）全自動車鉤 （b）半永久車鉤

2.1.1 鉤頭。鉤頭由機械車鉤和電氣連接器兩部分組成，可實現車輛間機械、氣路、電路的連接。鉤頭前端面上有凸錐和凹錐，具有導向功能。鉤頭下面設有連掛導引桿，增大了車鉤的連掛范圍。兩車鉤連掛靠一對可旋轉的鉤板和連桿完成，車鉤連掛時，車鉤頭前端面密貼，連桿前端的銷子卡入對面車鉤鉤板缺口內，形成穩定的平行四邊形結構。鉤頭上安裝有總風管、制動管和解鉤風管連接器；鉤頭上部設有電氣連接器，車輛間電氣連接器連接后，可以傳遞客車組控制信號。

機械車鉤連掛的同時，兩車鉤的總風管、制動管和解鉤風管控制閥打開，管路連通。電氣連接器由風缸向前推出，護蓋自動打開，兩電鉤連接。解鉤時機械鉤頭解鎖，制動管和總風管控制閥關閉，電鉤推送風缸縮回，電鉤分離，護蓋自動關閉。車鉤連掛及解鉤均可通過司機在司機室內操作完成，也可通過人工拉動車鉤的解鉤手柄實現解鉤。

2.1.2 鉤身。鉤身主要包括車鉤桿和氣液緩沖器及摩擦環簧等。鉤身的主要作用是傳遞縱向力，吸收車輛縱向拉壓時產生的能量，減緩車輛的縱向振動和沖擊。鉤身前端有一突緣，通過卡環與鉤頭連接，后端為一球軸承接口，通過球軸承與鉤尾連接。氣液緩沖器吸收列車在碰撞沖擊時產生的能量，一輛機車以5km/h速度與9輛客車連掛時，氣液緩沖器全部吸收沖擊能量，氣液緩沖器的阻抗力低于車體強度，從而保護車體不受損壞。根據阿根廷客車及拖車長度、車輛定距及車端距，確定車鉤長度；根據5km/h連掛要求確定氣液緩沖器的行程為140mm。

2.1.3 鉤尾。鉤尾主要包括軸承支架、后置的壓潰管和對中裝置。軸承支架通過銷與鉤身連接在一起，通過四個螺栓與車體連接。壓潰管在列車超過一定速度碰撞時，鉤身及球軸承被壓入壓潰管，壓潰管發生塑性變形吸收能量，降低車體破壞的風險。如果氣液緩沖器及其他零部件工作正常，只需更換變形的壓潰管，車鉤就可繼續使用。對中裝置包括水平對中裝置、垂向支撐裝置。水平對中裝置可使未連掛的車鉤在受到橫向力偏離中心線一定角度時，自動回復到車輛中心線位置；垂向支撐機構可通過調節下面的螺栓調整車鉤的高度。

2.2 半永久車鉤

客車間采用兩個半永久車鉤連接，兩個半永久車鉤相同。半永久車鉤由鉤身、鉤尾和卡環三部分組成，如圖1（b）所示，鉤身由車鉤桿和壓潰管組成，鉤身和鉤尾通過球軸承連接在一起，一對半永久車鉤通過卡環

連接。

2.2.1 鉤身。鉤身主要包括車鉤桿和壓潰管，鉤身的主要作用是傳遞縱向力。前端有一突緣，通過卡環與相鄰半永久車鉤連接；中間為一壓潰管，根據列車的碰撞要求，壓潰管長度設為250mm。在列車超過一定速度碰撞時，壓潰管發生塑性變形吸收能量，保護車體不被破壞。后端為一球軸承接口，通過球軸承與鉤尾連接。

2.2.2 鉤尾。鉤尾為一軸承支架和支撐裝置，軸承支架通過銷與鉤身連接在一起，通過四個螺栓與車體連接在一起；支撐裝置可調節車鉤的高度。

2.3 車鉤技術參數

全自動車鉤和半永久車鉤技術參數如下：

3 車鉤緩沖裝置縱向動力學計算

3.1 一輛機車與九輛客車以5km/h的速度連掛

一輛機車與九輛客車以5km/h的速度連掛，緩沖器最大壓縮行程、最大車鉤力以及吸收的最大能量出現在機客車邊接的界面，緩沖器最大壓縮行程為269.54mm，小于氣液緩沖器行程290mm，最大車鉤力為357.97kN，小于客車車體縱向壓縮強度850kN，車體沒有產生永久變形。

3.2 兩相同列車以12km/h速度正面碰撞

兩相同列車以12km/h速度正面碰撞時，列車前端的幾個斷面車鉤力較大，緩沖器和壓潰管的行程較大。隨著離碰撞斷面距離增大，車鉤力和碰撞能量逐漸減小。在車頭正碰的界面，車鉤力最大為1437.62kN，小于機車車體的壓縮強度2000kN，客車間最大車鉤力為851.90kN，在機后與客車連接的界面，接近客車車體的壓縮強度850kN，耗散的總能量為1336.16kJ。

3.3 一列車以9km/h速度追尾另一列相同的列車

當一列車以9km/h速度追尾另一列相同的列車時，追尾斷面附近的幾個界面碰撞力最大，緩沖器和壓潰管的行程較大，離追尾斷面距離增大，車鉤力和碰撞能量逐漸減小，被追尾的一列車各斷面的碰撞力均較大。最大車鉤力出現在追尾機車與最追尾的客車連接的界面，為851.01kN，接近客車車體的壓縮強度850kN，耗散的總能量為814.49kJ。

從以上三種工況計算結果可以看出，碰撞能量全部由車鉤緩沖裝置吸收，車體不會發生永久變形，該車鉤緩沖裝置方案合理可行。

4 結語

出口阿根廷客車車鉤緩沖裝置設計滿足客戶標書要求，經過縱向動力學計算分析，其車鉤緩沖裝置設計合理。到目前為止，阿根廷客車在線路上運行情況良好，不論是安全性還是舒適性均受到了客戶的好評。

參考文獻

[1] 周瓏，李維忠.Scharfenberg密接式車鉤系統[J].城市軌道交通研究，2008，（6）.

作者簡介：杜彥品（1974-），女，河北石家莊人，南車南京浦鎮車輛有限公司教授級高工，研究方向：軌道車輛。

（責任編輯：周 瓊）