地铁车辆车端连接装置设计

车钩缓冲装置在列车中起传递纵向力的作用,应具有足够的强度和刚度。从地铁车钩的承载状况看,其主要受力部件为钩舌、钩锁连接杆和中心轴。其主要受力部件必须在850kN时不能屈服,因为其方式与我们现在使用的旧型车钩承载方式不同,旧型车钩为整体承载,在拉压工况下均由钩体上的凸锥承载,钩舌的强度有较大富裕,薄弱部件为钩体。而新型车钩在受压时由钩体承载,受拉时主要由钩舌、钩锁连接杆和中心轴构成的平行四边形机构,并传递至钩体承载 (受力关系见图2.1),而钩体上的凸锥牵引时不受力。因此钩舌、钩锁连接杆和中心轴这 3 个零件的强度格外重要

图2.1 新型车钩受力关系图

2.2.3 自动摘挂与定位

由于地铁列车密封性能的要求,以及风管、电气连接系统的安装和连挂的不方便。因此,密接式钩缓装置必须实现自动连挂和分解,手动功能仅限于在自动功能失灵的特殊情况下使用;电气和风管的自动连接或手动整体连接还要求车钩有自导向入位功能,且入位后各接头之间的相对位置要比较准确。

2.3北京地铁密接式车钩

北京地铁车辆的密接式车钩缓冲装置见图2.2 车钩的连挂与分解作用原理如图2.3

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图2.2 密接式车钩缓冲装置 图2.3 密结式车钩作用原理 1-钩舌;2-解钩风管连接器; 1-钩头;2-钩舌;3-解钩杆。 3-总风管连接器;4-截断赛门; 4-弹簧;5-解钩风缸。 5-钩身;6-缓冲器;7-制动风管连接器; 8-电器连接器。

它由密接式车钩、橡胶缓冲器、风管连接器、电气连接器和风动解钩系统等几部分组成。车辆连挂时,依靠两车钩相邻钩头上的凸锥和凹锥孔相互插入,起到紧密连接作用,同时自动将两车之间的电路、空气管路接通,并起到缓和连挂中车辆间的冲击作用。在两车分解时,亦可自动解钩,并自动切断车辆间的电路和空气通路。

两钩连挂时,凸锥插进对方相应的凹锥孔中。这时凸锥的内侧面在前进中压迫对方的钩舌转动,使解钩风缸的弹簧受压,钩舌沿逆时针方向旋转40°。当两钩连接面相接触后,凸锥的内侧面不再压迫对方的钩舌,此时,由于弹簧的作用,使钩舌顺时针向旋转恢复到原来的状态,即处于闭锁位置。

要使两钩分解,须由司机操纵解钩阀,压缩空气由总风管进入前车(或后车)的解钩风缸,同时经解钩风管连接器送入相连挂的后车(或前车)解钩风缸,活塞杆向前推并带动解钩杆,使钩舌逆时针向转动至开锁位置,此时两钩即可解开。如采用手动解钩,只要用人力推动解钩杆,也能使钩舌转动至开锁位置实现两钩的分解。

2.4 上海地铁密接式车钩

上海地铁车辆所采用的全自动密接式车钩缓冲装置结构如图2.4。

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图2.4 上海地铁全自动密接式车钩

上海地铁车辆所采用的全自动密接式车钩缓冲装置由机械连接、电气连接和气路连接三部分组成。机械连接部分设于钩头中央,电气连接箱分设在左右两侧,中心轴下方设气路连接器。车钩相对于车体最大水平摆角为±40°,最大垂向摆角为±5°,以满足车辆过水平曲线和竖曲线的要求。

钩头机械连接部分由壳体、钩舌、中心轴、钩锁连接杆、钩锁弹簧、钩舌定位杆及弹簧、定位杆顶块及弹簧和解钩风缸组成。壳体的前部,一半为凸锥体,一半为凹锥孔,两钩连挂时相邻车钩的凸锥体和凹锥孔互相插入;中心轴上固定有钩舌,钩舌绕中心轴转动可带动钩锁连接杆动作;钩舌呈不规则几何形状,设有供连接时定位和供解钩时解钩风缸活塞杆作用的凸舌,以及钩锁连接杆的定位槽、钩嘴等,是车钩实现动作的关键零件;钩锁连接杆在钩锁弹簧拉力作用下使车钩连接可靠;钩舌定位杆上设有两个定位凸缘,是钩舌定位在待挂或解钩状态;定位杆顶块可以在连接时顶动钩舌定位杆实现两钩的闭锁。该自动车钩有待挂、闭锁和解钩三种状态,其作用原理如图2.5所示。

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图2.5 上海地铁自动车钩作用原理

(a)待挂状态;(b)闭锁状态;(c)解钩状态。

1-壳体;2-钩舌;3-中心轴;4-钩锁连接杆;5-钩锁弹簧;6-钩舌定位杆;7-钩舌定位杆弹簧;

8-定位杆顶块;9-定位杆顶块弹簧;10-解钩风缸。

(a)待挂状态:为车钩连接前的准备状态。此时钩舌定位杆被固定在待挂位置,钩锁弹簧处于最大拉伸状态,钩锁连接杆退缩至凸锥体内,钩舌上的钩嘴对着钩头正前方。

(b)闭锁状态:相邻两钩的凸锥体伸入对方的凹锥孔并推动定位杆顶块,定位块顶块摆动迫使钩舌定位杆离开待挂位置,这时钩锁弹簧的回复力使钩舌作逆时针转动,并带动钩锁连接杆伸进相邻车钩钩舌的钩嘴,完成两钩的连接闭锁。这时两钩的钩锁连接杆和钩舌形成平行四边形连接杆机构,当车钩受牵拉时,拉力由两钩的钩锁连接杆均匀分担,使钩舌始终处于锁紧状态,当车钩受冲击时,压力通过两车钩壳体凸缘传递。

(c)解钩状态:司机操纵按钮,控制电磁阀使解钩风缸充气,风缸活塞杆推动钩舌顺时针转动,使两钩的钩锁连接杆脱开对方钩舌的钩嘴,同时使钩锁连接杆克服钩锁弹簧的拉力缩入钩头锥体内,这时定位杆顶块控制钩舌定位杆使钩舌处于解钩状态。两钩分离后,解钩风缸排气,定位杆顶块由于弹簧作用复位,钩舌回至待挂位,车钩又恢复到待挂状态。

2.5 BSI-COMPACT型密接式车钩

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BSI-COMPACT型密接式车钩结构如图2.6所示。

图2.6 BSI-COMPACT型密接式车钩

1-凸锥体;2-凹锥孔;3-锁栓;4-锁栓定位弹簧;5-解钩杠杆;6-解钩风缸;7-导向杆。

德国制造的BSI-COMPACT型密接式车钩在欧洲、巴西等许多国家的地铁、轻轨车辆和城郊列车上获得广泛应用。这种车钩钩头的壳体设有凸锥体和凹锥孔,在凸锥体的内侧面配备有用于车钩机械连接的锁栓,锁栓由高强度钢制成,置于钩头前端的套筒中,利用弹簧使其保持正常位置。在凸锥体的外侧设有解钩杠杆,它与气动的(或液压的)解钩控制装置相连接。钩头也被用来作为空气管路连接器和电气连接箱的支承体。

这种车钩也有待挂、闭锁和开锁三个位置,其作用原理如图2.7所示。当两钩连挂时,两钩的锁栓侧面相互挤压,压缩各自的定位弹簧,直至两锁栓的鼻子彼此咬合,弹簧回复原位,达到两钩连挂闭锁。

欲将两连挂的车钩分解,操纵电磁阀,使解钩风缸充气,风缸活塞顶起解钩杠杆,将一个钩的锁栓回拉到另一个钩的锁栓能够脱开为止,或者也可同时操纵两个钩的解钩风缸,使两钩的锁栓同时动作,彼此脱开。也可用人力搬开解钩杠 杆,使两钩分解。

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