从有限元分析的结果来看，牵引状态下车钩的最薄弱环节在钩锁连接杆的牵引柱处，因此，我们对拉杆从材料的选取到制造工艺等进行了重点研究。

3.5拉杆的研制情况

从拉杆的使用情况和要求来看拉杆材料必须具有良好的综合性能：高强度、足够的韧性、良好的焊接性能和机加工性能。通过采用多种材料进行试制，最后选用了两种航空材料，均为低合金超高强度结构钢，热处理后具有良好的综合性能。

3.5.1制造工艺的选择

从拉杆的结构来看，由于拉杆牵引柱中心到拉杆的另一端连接中心线近 300mm，如果整体制造，要保证拉杆牵引柱的圆柱度，在机床上难于实现，因此必须将拉杆分开加工，然后焊接，再热处理，再加工，但这种分体式的结构强度难以保证。且拉杆的结构精度要求很高，这也给加工带来了困难。 3.5.2设计的两种方案 （1）方案1

将上下拉杆和拉杆牵引柱加工后焊接，为避免焊后变形，除了对拉杆牵引柱与上下拉杆连接处焊接，另外只能焊接拉杆牵引柱的前端位置，如图3.28所示，在d1不能改变的情况下，必须在上下拉杆和牵引柱之间的强度取得最优化的匹配结果。因为上下拉杆的薄弱环节为δ厚度处，为拉伸破坏，而拉杆牵引柱的薄弱环节为d2-d1的阶梯型过渡处，有明显的应力集中，为剪切破坏，通过对δ、d2、d1、h 多个参数的比选优化取得了一组最佳值。 （2）方案2

将上下拉杆切断，分别加工后，开V型坡口焊接的型式（见图3.29），焊接完成后再使用钳工手工修磨拉杆牵引柱的形位公差。

图3.28 拉杆方案1 图3.29 拉杆方案2

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参照有关的外国技术标准，对车钩提出的是屈服强度标准，这一点和国内不同，经分析由车钩的结构决定的。由于从前文知道车钩受力的薄弱环节为车钩拉杆，我们进行了多次的方案研究和试制，最后选定的两种结构方案取得了较为满意的结果（见表3.3）。

表3.3 强度试验结果

方案1 方案2 断裂 载荷/ kN 540 595 换算后的 屈服载荷/ kN 432 476 制造工艺 试件精度较好 较复杂，保证试件精度有困难 由于实际运用工况中，拉杆呈平行四边形机构承载，因此，方案1可以承受864 kN的屈服载荷，方案2可以承受952kN的屈服载荷，都超过了技术要求的850kN的屈服极限要求，而且在单件强度试验中由于工装不能保证试件受实际最有利的工况承载，因此实际进行整体强度试验时拉杆的强度应高于试件试验强度。

考虑到国内制造工艺的水平，尽管第二方案制造较复杂，但为安全起见，建议按照第二方案进行正式产品的生产。

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第四章 地铁风挡相关设计

4.1国内外客车风挡发展状况

4.1.1 国外客车风挡发展状况

国外高速列车运输方式不同,车辆的类型也不同,动车与拖车的连挂、拖车与拖车的连挂型式也不同。即使同一种连挂型式,不同车种,风挡结构也各异。德国ICE、法国TGV、日本新干线等高速客车风挡和国际UIC橡胶风挡等是世界高速车辆风挡的基本类型,其型式各有特色、结构各不相同,现举例介绍如下。

德国ICE城间高速列车的最高运行速度达到406.9km/h，客车采用气密性好,并连同车钩装置全部包容在内的双波纹风挡,周边密封。所谓密封是相对而言,高速客车风挡是密封很好的设备,但还有剩余不密封的情况。例如,风挡连接框的滑动面和渡板处；双波纹风挡受到振动、拉压变形时发生体积变化,从而产生压力变化的不密封。结构合理的气密风挡,剩余不密封对车内的气密影响不是主要的。

ICE/V型风挡由内外间隔组成。外层间隔外端面采用球形铰定位连接结构,以承受过曲线时车体之间的相对位移。它由三部分组成,用纤维增强合成材料制成,与车体轮廓相吻合,连接面的中部呈现凹球形簿壳,凸球形的对应件在凹球形内滑动。间隔的端平面与车体端墙用螺钉连接。在球形铰处用空心橡胶型材密封,为了提高气密性,还可以充入压缩空气。球形铰连接能保证车体各种相对位移,以达到车辆间距离的改变,为此,连接面内设有橡胶型材的弹性件。内间隔以弹性波纹件组成,周边密封。渡板结构是铰接栅搭板。在内外间隔的壁板间安装有连接件,车辆高速运行中起防振的作用。车辆在运行中,风挡通道净宽度基本相同,从视觉上感到宽敞。

滑动风挡是把车钩装置全部包容在内的双波纹结构。风挡的外端连接面为滑动面,利用弹簧的压力保持滑动面连挂后的持续压紧。滑动面的宽度应根据车辆横向位移情况,确保覆盖滑动面,而不发生横向错位缝隙。渡板固定在车端墙上,可向上翻起。当车辆运行在曲线或道岔时,风挡的滑动面发生横向错动,此情况应予解决。该风挡适用于不分解的动车组。

双层波纹风挡能满足压力密封、耐压强度高和隔声的要求,外层波纹件和内层波纹件在折叠时反方向对着。两车端墙面间距离为700mm,比ICE/V型风挡缩小600mm,即为车厢客室增加的空间。风挡周边封闭,在运行中通道净宽度1100mm几乎不变。渡板采用铰接栅搭板,防止曲线运行时出现缝隙。考虑空气

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动力学需要,在车端外形轮廓处设有弹性护板,使车辆端墙间隙降到最低限度,确保车辆在曲线线路上运行灵活,从车外看,避免了两车间的深凹。双波纹风挡有整体结构和连接面内分体结构。

1990年5月,TGV高速列车创造了速度为515.3km/h的世界记录,这是采用高新技术的结果。为了进一步降低运行阻力,采取了许多有效措施,其中关节式车辆之间采用伸缩性气密风挡,即为有效措施之一。TGV高速客车的关节式车体风挡结构中,有一个承重金属框及一个固定金属框,两金属框之间由全波纹密封件连接,下部有一个转动盘,用于保证两车厢地板之间的衔接。该风挡结构可使车体自由活动,两车厢横向错动量很小,借助两车体共用的一个转向架,保证两相邻车厢之间贯通力的传递和牵引。固定金属框用螺栓固定在一个车体上,承重金属框通过两翼板置于转向架的空气弹簧上。全波纹密封件位于牵引钩上

日本新干线高速客车最高速度达350km/h。客车车端采用全波纹气密风挡,它具有良好的伸缩性能,能保持气密性和水密性。车内侧设有内衬以使平面平滑,易于清洁。风挡由金属框、安装框、全波纹密封件和外罩等组成,牵引装置在风挡下部,使用维修比较方便。该风挡在车端侧墙处设有挡板。全波纹密封件一端与安装框压缘处连接,另一端与金属框压缘处连接,安装框安装在车体端墙的支座上。金属框的一侧设有暗销,另一侧设有暗穴,两车连挂时,保证两金属框对中。金属框两侧利用连接紧固件密封,防止风雨进入车内。

国际UIC式橡胶风挡由左右立橡胶囊、横橡胶囊、防晒板和渡板等组成。橡胶囊是把弹性橡胶件的两边夹固在内外压铁之间,用螺栓安装固定在车端墙上。利用弹性橡胶囊的特殊形状和密封垫,可防止雨雪、尘土等进入车内。渡板可以向上翻起。防晒板设在横橡胶囊上部,以防护橡胶囊。横橡胶囊设有上下导雨条,防止雨水滴在旅客身上。立橡胶囊设有异缘,以便与折棚连接。 4.1.2 国内客车风挡发展状况 （1）铁风挡

我国铁路在90年代以前的客车多采用铁风挡连挂。 铁风挡存在的主要问题是：（1）气密性差，风、沙、雨、雪、尘埃等杂物极易侵入车内；（2）隔声性差。由于气密性差，风挡间隙大，车辆运行时的噪声直接传入车内；（3）风挡装置本身产生噪声；（4）铁风挡隔热性差。铁风挡连挂处的温度几乎与外界相同，尤其在我国北方地区，冬季结冰、结霜现象是常见的；（5）安全性差。容易挤手碰脚，对旅客造成人身伤害。过小曲线半径常发生风挡面板被卡，危及行车安全。

铁风挡主要构造见图4.1:

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图4.1 铁风挡

1-风挡框组成；2-渡板及缓冲装置；3-弓弹簧组成；4-磨耗面板；5-胶皮。

随着我国人民生活水平的提高和铁道车辆的发展，需要不断提高列车行车速度、改善车内卫生条件、提高旅客舒适度。旅客列车铁风挡已逐渐被橡胶风挡替代。

运用表明，橡胶风挡噪声、磨损明显小于铁风挡，密封性能也好于铁风挡。但由于结构的限制，其胶囊和渡板间、胶囊和胶囊间存在间隙，在车辆速度较高时，通过台仍然有灰尘进入。 （2）橡胶风挡

橡胶风挡由四方车辆研究所于80年代末开始研制，90年代初装车，随着全国铁路主干线的提速，该产品已广泛应用在25K型提速车及其他25型客车上。其结构设计与国际UIC式橡胶风挡相同。风挡主要靠一个横橡胶囊和两个立橡胶囊组成的，横、立胶囊由胶板卷成圆筒状和内、外压板组成单独部件，然后用螺栓固定在车端钢结构的支架上，当车厢之间相互连挂时，胶囊被压成椭圆形状，

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