中低速磁浮車輛的全自動鉤緩裝置設計

賴睿 王宇 黃豪

摘? 要：根據(jù)中低速磁浮運輸系統(tǒng)中車輛車體強度較低、車端設備布置空間小的特點，設計了一種全自動鉤緩裝置，在適應中低速磁浮車輛車體結(jié)構(gòu)的同時，實現(xiàn)了車鉤自動連接、分解功能及速度為5km/h碰撞的可恢復能量吸收能力。本文詳細介紹了全自動鉤緩裝置的連掛系統(tǒng)、緩沖裝置和電氣車鉤及控制系統(tǒng)等部件的組成及工作原理，對后期項目的鉤緩裝置設計具有指導意義。

關鍵詞：中低速磁浮車輛? 全自動車鉤? 緩沖裝置? 電氣車鉤

中圖分類號：U270.34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0057-04

Design of Automatic Coupler and Draft Gear for Medium and Low Speed Maglev Vehicle

LAI Rui? WANG Yu? HUANG Hao

（CRRC Zhuzhou Locomotive Co.， Ltd.， Zhuzhou， Hunan Province， 412000 China）

Abstract： According to the characteristics of low strength of vehicle body and small layout space of vehicle end equipment in medium and low speed maglev transportation system， a full-automatic coupler and buffer device is designed， which not only adapts to the body structure of medium and low speed maglev vehicle， but also realizes the automatic connection and decomposition function of coupler and the recoverable energy absorption capacity of 5 km / h collision. This paper introduces in detail the composition and working principle of the coupling system， buffer device， electric coupler and control system of the full-automatic coupler and draft gear， which has guiding significance for the design of coupler and draft gear in later projects.

Key Words： Medium and low speed maglev vehicle; Automatic coupler; Buffer device; Electric coupler

中低速磁浮運輸系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強、低噪聲、無振動等優(yōu)點，在中等運量交通工具中具有廣闊的市場前景[1]。中低速磁浮車輛的鉤緩裝置作為連接車輛、傳遞牽引制動力的重要部件，須具有較高的結(jié)構(gòu)強度、可靠的連接性能，并能充分吸收車輛牽引、制動及列車間連掛救援時產(chǎn)生的沖擊[2]。

1? 鉤緩裝置設計要求

中低速磁浮車輛的車輛長度較短，且其底架須將大部分空間用于底架設備的布置，導致牽引梁十分靠近車端[3]，車鉤長度較短。且中低速磁浮車輛車體強度較低，縱向壓縮屈服強度≥350kN，縱向拉伸屈服強度≥280kN，緩沖系統(tǒng)須在低壓縮/拉伸力作用時具有較大的可恢復吸能能力。

本文設計的全自動鉤緩裝置可滿足中低速磁浮車輛的下述技術要求：（1）車鉤長度短，在地鐵B型車基礎上縮短300mm以上;（2）可恢復吸能滿足一列AW0車輛以5km/h連掛一列AW3車輛;（3）可通過最小平面曲線半徑100m的線路。

2? 鉤緩裝置方案概述

2.1 緩沖器布置

本文以三編組中低速磁浮車輛為例說明，在列車兩端采用全自動鉤緩裝置，車輛與車輛之間采用半永久牽引桿連接，鉤緩裝置布置如圖1所示。

2.2 總體方案

中低速磁浮車輛全自動鉤緩裝置主要由連掛系統(tǒng)、緩沖裝置和安裝吊掛系統(tǒng)組成，如圖2所示。

全自動鉤緩裝置的技術特征如下。

（1）采用330鉤頭的機械連掛系統(tǒng)和電氣車鉤，可實現(xiàn)機械、電氣和氣路的自動連接和分解。

（2）緩沖裝置采用氣液緩沖器，配合EFG2，具有較好的能量吸收性能?？蓾M足一列空載（AW0）車輛以5km/h的速度與一列施加停放制動的超載（AW3）車輛連掛，不損壞車體結(jié)構(gòu)。

（3）車鉤長度僅1345mm，遠小于地鐵B型車的1690mm。

（4）縱向壓縮屈服強度≥400kN，縱向拉伸屈服強度≥320kN。

（5）EFG2鉤尾座最大水平擺動角度40°，滿足車輛過曲線要求。

半永久牽引桿主要由安裝吊掛系統(tǒng)、剛性管組成，如圖3所示。

半永久牽引桿的技術特征如下。

（1）采用一體式設計，車鉤長度僅1180mm。

（2）縱向壓縮屈服強度≥400kN，縱向拉伸屈服強度≥320kN。

（3）球型橡膠軸承最大水平擺動角度30°，滿足車輛過曲線要求。

3? 全自動鉤緩裝置部件組成

3.1 連掛系統(tǒng)

全自動鉤緩裝置的連掛系統(tǒng)由機械車鉤、風管連接器和電氣車鉤等組成，可實現(xiàn)兩全自動鉤緩裝置間機械、電氣和氣路的可靠連接或分解[4]。

3.2 機械車鉤

機械車鉤采用地鐵車輛常用的330型，為同位式機械車鉤，如圖4所示，其連掛機構(gòu)具有一個靜態(tài)位置。在已連掛和已解鉤時具有相同的位置狀態(tài)，鉤鎖機構(gòu)只在連掛和解鉤的過程中暫態(tài)地改變位置狀態(tài)。

3.3 電氣車鉤

電氣連接器是全自動鉤緩裝置中執(zhí)行列車之間電路自動連通和分解的功能模塊，如圖5所示。隨機械車鉤的自動連掛和解鉤作用，實現(xiàn)兩列車電氣線路的自動連掛和分離，其具體氣動控制原理如圖6所示，氣動控制組成如表1所示。電氣車鉤采用直推方式實現(xiàn)連掛，推送元件為雙向氣缸。

當車鉤處于待連掛狀態(tài)時，電氣連接器在氣缸推送的作用下，處于回縮狀態(tài)，電氣連接器防雨前蓋正常關閉。

當車鉤連掛時，首先完成機械車鉤的連掛。機械車鉤連掛完成后，前部開關（FS）與主軸指示開關（MIS）狀態(tài)將改變，并設置5/2閥以延遲電氣車鉤動作時間，確保電氣連接在車鉤已完成機械連掛后進行。隨后氣缸將電氣連接器向前推出，同時電氣連接器防雨前蓋打開，電氣連接器連掛面緊靠在一起實現(xiàn)連掛。

當車鉤分解時，首先進行電氣連接器的分解。當UC線路受到壓縮時，空氣直接進入解鉤氣缸啟動機械解鉤次序。隨著主軸旋轉(zhuǎn)至一定角度，主軸指示開關（MIS）將改變狀態(tài)并設置5/2閥以啟動氣缸收縮電氣連接器，電氣連接器防雨前蓋關閉，然后機械車鉤的分解繼續(xù)進行[5]。

3.4 緩沖裝置

氣液緩沖器是一個再生沖擊能量吸收裝置，如圖7所示，它具有高壓縮沖擊能量吸收能力設計[6]，氣液緩沖器結(jié)合安裝吊掛系統(tǒng)中的EFG2橡膠緩沖器，可以保證在5km/h速度內(nèi)進行連掛時最大車鉤力不超過車體強度，保護車體結(jié)構(gòu)不損壞。

3.5 安裝吊掛系統(tǒng)

安裝吊掛系統(tǒng)將鉤緩裝置與車體穩(wěn)固地連接在一起，傳遞牽引制動力，并承擔了鉤緩裝置的垂向支撐和回轉(zhuǎn)功能，如圖8所示。通過在安裝吊掛系統(tǒng)銷軸下部設置對中裝置，可實現(xiàn)鉤緩裝置在±15°范圍內(nèi)自動機械對中。

3.6 碰撞能量計算

按照全自動鉤緩裝置氣液緩沖器和EFG2的吸能特性作為輸入條件，建立一維縱向碰撞模型計算了一列空載（AW0）車輛以5km/h的速度與一列施加停放制動的超載（AW3）車輛連掛發(fā)生碰撞時，車鉤力和緩沖器行程變化情況[7]，列車縱向動力學模型如圖9所示。

計算結(jié)論表明，全自動鉤緩裝置能夠全部吸收一列空載（AW0）車輛以5km/h的速度與一列超載（AW3）車輛連掛碰撞所產(chǎn)生的沖擊，最大車鉤力340.2kN，如圖10所示，未超出車體縱向壓縮屈服強度350kN，車體結(jié)構(gòu)不會損壞。

4? 結(jié)語

本文根據(jù)中低速磁浮車輛特點，設計了一種適用于中低速磁浮車輛的全自動鉤緩裝置，在車鉤布置空間局促、車鉤長度限制較大的情況下，實現(xiàn)了機械、電氣、氣路自動連掛和分解的功能，并且可在5km/h速度內(nèi)列車連掛時有效保護車體，滿足了設計需求。

參考文獻

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[2] 侯本虎，劉青波.地鐵列車車鉤系統(tǒng)能量配置特性研究與優(yōu)化[J].大連交通大學學報，2019，40（6）：21-26.

[3] 趙軍.中低速磁浮列車車體輕量化設計[D].成都：西南交通大學，2017.

[4] 張靜，楊慶龍，孫士俊.常州地鐵1號線車輛車鉤控制系統(tǒng)研究[J].軌道交通裝備與技術，2019（3）：29-30.

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[6] 車全偉，許平，王晉樂，等.氣液-壓潰組合式緩沖裝置沖擊吸能特性實驗研究[J].鐵道學報，2020，42 （4）：43-51.

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