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出口阿根廷客车车钩缓冲装置选型设计
杜彦品陈海俊朱亮李华丽
（南车南京浦镇车辆有限公司,江苏南京210031）
摘 要：文章根据阿根廷客车标书技术规范中车钩缓冲装置的配置要求,对车钩缓冲装置进行了选型设计,介绍了车钩缓冲装置的技术方案、组成部分及其功能；针对列车三种运行工况,通过纵向动力学仿真计算,结果表明碰撞能量均由车钩缓冲装置吸能,车体没有发生永久变形,验证了车钩缓冲装置配置的合理性.
关键词：车钩缓冲装置；选型设计；阿根廷客车；碰撞能量；纵向动力学文献标识码：A
中图分类号：U260文章编号：1009-2374（2016）05-0011-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.006
阿根廷客车项目是南车南京浦镇车辆有限公司承接的项目,现已全部如期交付,其在线路运行状况良好.客车组编组形式为1辆机车牵引9辆客车,机车前端采用全自动车钩,客车首尾车采用全自动车钩,客车间采用半永久车钩.
1车钩缓冲装置配置要求
（1）列车固定编组,客车首尾车与机车间采用Scharfenberg全自动车钩,可自动实现机械、气路和电路的连挂,自动或手动分解；客车间采用半永久车钩.（2）机车的纵向压缩强度为2000kN,拉伸强度为1000kN.（3）客车的纵向压缩强度为850kN,拉伸强度为650kN.（4）一辆机车以5km/h的速度与静止的9辆客车连挂,碰撞能量全部由车钩缓冲器全部吸收.（5）两列相同的列车以12km/h的速度正面碰撞时,碰撞能量全部由车钩缓冲器和塑性吸能元件吸收.（6）一列车以9km/h速度追尾另一相同列车时,碰撞能量全部由车钩缓冲器和塑性吸能元件吸收.（7）设有自动对中装置,在解钩状态下,车钩保持在车辆纵向中心线上.（8）设过载保护装置,在冲击超过车体压缩强度时,塑性吸能元件变形,车钩和车体脱离.（9）列车通过的最小曲线半径为R100m.
2车钩缓冲装置技术方案
全自动车钩缓冲装置位于列车的两端,客车的首尾端.因机车车体压缩强度为2000kN,拉伸强度为1000kN,故选用强度较高的Scharfenberg10型钩头.全自动车钩通过司机在司机室内的操作,实现机车与客车之间机械、气路和电路的自动连接和分解.气路故障时,可手动解钩.半永久车钩位于客车之间,通过手动实现拖车之间机械和气路的连接和分解.全自动车钩和半永久车钩均为一完整的模块,在钩尾通过四个高强度螺栓与车体的车钩安装座连接.
全自动车钩和半永久车钩正常运行时可以传递车辆之间的纵向力,缓和车辆之间的振动和冲击,提高车辆的舒适性.在达到一定碰撞速度时,塑性吸能元件变形吸收能量,车钩后退脱离车体,剩余部分能量由车体吸收,从而在一定程度上保护司乘人员的安全.
2.1全自动车钩
全自动车钩缓冲装置由钩头、钩身和钩尾三部分组成,钩头和钩身通过卡环和螺栓连接在一起,钩身和钩尾通过球轴承连接在一起,如图1（a）所示.
2.1.1钩头.钩头由机械车钩和电气连接器两部分组成,可实现车辆间机械、气路、电路的连接.钩头前端面上有凸锥和凹锥,具有导向功能.钩头下面设有连挂导引杆,增大了车钩的连挂范围.两车钩连挂靠一对可旋转的钩板和连杆完成,车钩连挂时,车钩头前端面密贴,连杆前端的销子卡入对面车钩钩板缺口内,形成稳定的平行四边形结构.钩头上安装有总风管、制动管和解钩风管连接器；钩头上部设有电气连接器,车辆间电气连接器连接后,可以传递客车组控制信号.
机械车钩连挂的同时,两车钩的总风管、制动管和解钩风管控制阀打开,管路连通.电气连接器由风缸向前推出,护盖自动打开,两电钩连接.解钩时机械钩头解锁,制动管和总风管控制阀关闭,电钩推送风缸缩回,电钩分离,护盖自动关闭.车钩连挂及解钩均可通过司机在司机室内操作完成,也可通过人工拉动车钩的解钩手柄实现解钩.
2.1.2钩身.钩身主要包括车钩杆和气液缓冲器及摩擦环簧等.钩身的主要作用是传递纵向力,吸收车辆纵向拉压时产生的能量,减缓车辆的纵向振动和冲击.钩身前端有一突缘,通过卡环与钩头连接,后端为一球轴承接口,通过球轴承与钩尾连接.气液缓冲器吸收列车在碰撞冲击时产生的能量,一辆机车以5km/h速度与9辆客车连挂时,气液缓冲器全部吸收冲击能量,气液缓冲器的阻抗力低于车体强度,从而保护车体不受损坏.根据阿根廷客车及拖车长度、车辆定距及车端距,确定车钩长度；根据5km/h连挂要求确定气液缓冲器的行程为140mm.
2.1.3钩尾.钩尾主要包括轴承支架、后置的压溃管和对中装置.轴承支架通过销与钩身连接在一起,通过四个螺栓与车体连接.压溃管在列车超过一定速度碰撞时,钩身及球轴承被压入压溃管,压溃管发生塑性变形吸收能量,降低车体破坏的风险.如果气液缓冲器及其他零部件工作正常,只需更换变形的压溃管,车钩就可继续使用.对中装置包括水平对中装置、垂向支撑装置.水平对中装置可使未连挂的车钩在受到横向力偏离中心线一定角度时,自动回复到车辆中心线位置；垂向支撑机构可通过调节下面的螺栓调整车钩的高度.
2.2半永久车钩
客车间采用两个半永久车钩连接,两个半永久车钩相同.半永久车钩由钩身、钩尾和卡环三部分组成,如图1（b）所示,钩身由车钩杆和压溃管组成,钩身和钩尾通过球轴承连接在一起,一对半永久车钩通过卡环
连接.
2.2.1钩身.钩身主要包括车钩杆和压溃管,钩身的主要作用是传递纵向力.前端有一突缘,通过卡环与相邻半永久车钩连接；中间为一压溃管,根据列车的碰撞要求,压溃管长度设为250mm.在列车超过一定速度碰撞时,压溃管发生塑性变形吸收能量,保护车体不被破坏.后端为一球轴承接口,通过球轴承与钩尾连接.
2.2.2钩尾.钩尾为一轴承支架和支撑装置,轴承支架通过销与钩身连接在一起,通过四个螺栓与车体连接在一起；支撑装置可调节车钩的高度.
2.3车钩技术参数
全自动车钩和半永久车钩技术参数如下：
技术指标全自动车钩/半永久车钩
压缩强度1500/1250kN
抗拉强度1000/800kN
最大水平旋转角度&plun;25°/&plun;36°
最大垂直旋转角度&plun;6°
车钩连挂间隙≤1mm/－
气液缓冲器最大压缩行程140mm/－
压溃管最大压缩行程400/250mm
压溃管阻抗力850/680kN
球轴承行程5mm
3车钩缓冲装置纵向动力学计算
3.1一辆机车与九辆客车以5km/h的速度连挂
一辆机车与九辆客车以5km/h的速度连挂,缓冲器最大压缩行程、最大车钩力以及吸收的最大能量出现在机客车边接的界面,缓冲器最大压缩行程为269.54mm,小于气液缓冲器行程290mm,最大车钩力为357.97kN,小于客车车体纵向压缩强度850kN,车体没有产生永久变形.
3.2两相同列车以12km/h速度正面碰撞
两相同列车以12km/h速度正面碰撞时,列车前端的几个断面车钩力较大,缓冲器和压溃管的行程较大.随着离碰撞断面距离增大,车钩力和碰撞能量逐渐减小.在车头正碰的界面,车钩力最大为1437.62kN,小于机车车体的压缩强度2000kN,客车间最大车钩力为851.90kN,在机后与客车连接的界面,接近客车车体的压缩强度850kN,耗散的总能量为1336.16kJ.
3.3一列车以9km/h速度追尾另一列相同的列车
当一列车以9km/h速度追尾另一列相同的列车时,追尾断面附近的几个界面碰撞力最大,缓冲器和压溃管的行程较大,离追尾断面距离增大,车钩力和碰撞能量逐渐减小,被追尾的一列车各断面的碰撞力均较大.最大车钩力出现在追尾机车与最追尾的客车连接的界面,为851.01kN,接近客车车体的压缩强度850kN,耗散的总能量为814.49kJ.
从以上三种工况计算结果可以看出,碰撞能量全部由车钩缓冲装置吸收,车体不会发生永久变形,该车钩缓冲装置方案合理可行.
4结语
出口阿根廷客车车钩缓冲装置设计满足客户标书要求,经过纵向动力学计算分析,其车钩缓冲装置设计合理.到目前为止,阿根廷客车在线路上运行情况良好,不论是安全性还是舒适性均受到了客户的好评.
参考文献
[1]周珑,李维忠．Scharfenberg密接式车钩系统[J]．城市轨道交通研究,2008,（6）．
作者简介：杜彦品（1974-）,女,河北石家庄人,南车南京浦镇车辆有限公司教授级高工,研究方向：轨道车辆.
（责任编辑：周琼）
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