城市軌道交通車輛與結構第四章車鉤ppt課件

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第一節(jié)牽引 緩沖 連結裝置的用途及分類 牽引 緩沖 連結裝置是車輛最基本 最重要的部件之一是由同一裝置來承擔的 那么該裝置稱之為牽引緩沖裝置 分別由不同的裝置來承擔 則分別稱之為牽引連掛裝置和緩沖裝置 牽引連掛裝置用來保證動車和車輛彼此連接 并且傳遞和緩和拉伸 牽引 力的作用 緩沖裝置用來傳遞和緩和壓縮的作用 并且使車輛彼此之間保持一定的距離 一 綜合作用和用途連接列車中各車輛 并使之彼此保持一定的距離 實現車輛之間機械 電氣和氣路的連接 傳遞和緩和列車在運行中或在調車時所產生的縱向力或沖擊力 1 二 車鉤分類 按牽引連掛裝置的連接方法 可分為 1 非自動車鉤非自動車鉤要由人工來完成車輛的連接 2 自動車鉤自動車鉤則不需要人參與就能實現連接 我國鐵路和城市軌道車輛均采用自動車鉤 自動車鉤可分為兩種基本類型 1 非剛性車鉤非剛性車鉤允許兩個相連接的車鉤鉤體在垂直方向上有相對位移 當兩個車鉤的縱軸線存在高度差時 兩個鉤呈階梯形狀 并且各自保持水平位置 由于鉤體的尾端相當于銷接 這就保證了車鉤在水平面內的位移 2 剛性車鉤剛性車鉤不允許兩連掛車鉤存在相對位移 此外 還有半剛性自動車鉤 2 非剛性車鉤與剛性車鉤示意圖 a 非剛性車鉤 b 剛性車鉤 3 三 車鉤比較 剛性車鉤較非剛性車鉤有如下優(yōu)點 1 大大簡化了制動空氣主管 電氣線路等自動連掛的條件 并且改善和減輕了工人的勞動條件 2 兩車鉤連接表面之間間隙減小降低了列車中的縱向沖擊力 提高了列車運行的平穩(wěn)性 兩連掛車鉤相互沖擊而產生的噪音 改善了對環(huán)境的影響 這對于城市軌道車輛和客車尤為重要 3 車鉤零件的橫向位移減小改善了自動車鉤內機構的工作狀態(tài) 減小了在車鉤零件上所作用力 車鉤連接表面的磨耗減少 4 避免在意外撞車事故時 發(fā)生一個車輛爬到另一個車輛上的危險 非剛性車鉤較剛性車鉤有如下優(yōu)點 性能上 提高了縱向中心線高度偏差較大的車輛兩車鉤相互連掛的適應性結構上 不需要復雜的鉤尾銷接結構和復雜的對心裝置 工藝上 車鉤鉤體的結構和鑄造工藝較為簡單 制造成本低 維修方便 城軌車輛 高速列車采用剛性車鉤鐵路客車貨車用非剛性車鉤 4 第二節(jié)密接式中央牽引 緩沖 連結裝置 定義 是通過車輛彼此相向緩慢走行相互碰撞 使鉤頭的連接器動作 實現兩車輛的機械 電氣和空氣的自動連接的一種裝置 特點 密接式中央牽引 緩沖 連結裝置集牽引 緩沖和連掛于一體 屬于剛性自動車鉤 主要用于地下鐵道車輛和城市輕軌車輛上 在兩連掛車鉤高度具有偏差 在有坡度線路和曲線上都能安全地連掛 種類 按其鉤頭結構的型式區(qū)分有多種 1 國產地下鐵道車輛采用 凸錐和凹錐結構實現兩鉤的閉鎖 2 在歐洲大多采用 schafenberg密接式車鉤和BSI COMPACT型密接式車鉤 3 進口的上海地鐵車輛采用的也近似于schafenherg型結構的密接式車鉤 5 一 國產密接式車鉤緩沖裝置 密接式車鉤為剛性自動車鉤1 密接式車鉤緩沖裝置組成該密接式車鉤緩沖裝置由以下五部分組成 1 密接式車鉤 鉤頭凸錐 鉤舌 半圓盤 2 橡膠緩沖器 緩沖器殼體 前 后從板 橡膠緩沖片 牽引桿 3 電氣連接器 連接器體 電觸點 定位銷 防塵蓋 定位孔 4 風管連接器 總風管連接器 制動管連接器 解鉤風管連接器 5 解鉤系統(tǒng) 解鉤風缸 解鉤桿 異型管 設計數據 最大牽引力15t最大沖擊力25t允許最大沖擊速度3km h允許通過最小曲線半徑正常情況400m調車情況80m 6 密接式車鉤緩沖裝置圖 1 鉤舌 2 解鉤風管連結器 3 總風管連結器 4 截斷塞門 5鉤身 6 緩沖器 7 制動風管連結器 8 電氣連結器 7 2 車鉤閉鎖 分解工作原理 車鉤閉鎖凸錐插進對方相應的凹錐孔中 這時凸錐的內側面在前進中壓迫對方的鉤舌轉動 使解鉤風缸的彈簧受壓 鉤舌沿逆時針方向旋轉40 當兩鉤連接面相接觸后 凸錐的內側面不再壓迫對方的鉤舌 此時 由于彈簧的作用 使鉤舌恢復到原來的狀態(tài) 即處于閉鎖位置 兩鉤分解解鉤閥分解 需由司機操縱 壓縮空氣由總風管進入前車 或后車 的解鉤風缸 同時經解鉤風管連結器送入相連掛的后車 或前車 解鉤風缸 活塞桿向前推并帶動解鉤桿 使鉤舌轉動至開鎖位置 此時兩鉤即可解開 兩鉤分解后 解鉤風缸的壓縮空氣迅速排出 解鉤彈簧得以復原 帶動鉤舌順時針向轉動40 恢復到原始狀態(tài) 為下次連掛作好準備 手動解鉤只要用人力扳動解鉤桿 也能使鉤舌轉動至開鎖位置 實現兩鉤的分解 8 密接式車鉤作用原理圖 1 鉤頭 2 鉤舌 3 解鉤桿 4 彈簧 5 解鉤風缸 9 二 上海地鐵車輛的車鉤緩沖器裝置 1 車鉤緩沖裝置的類型上海地鐵車輛的車鉤緩沖裝置有三種不同的類型 1 全自動車鉤全自動車鉤可以實現機械 氣路 電路的自動連接 2 半自動車鉤半自動車鉤的機械 氣路連接結構與作用原理基本上與全自動車鉤相同 但是電路需要人工手動連接 3 半永久車鉤半永久車鉤的機械 氣路 電路的連接都需要人工手動操作 一般只有在車間維修時才進行分解 10 2 車鉤結構 組成 鉤頭由機械連接 電氣連接和氣路連接三部分組成 構造布置 機械連接部分居中 電氣連接箱分設在左右兩側 中心軸下方設氣路連接 車鉤狀態(tài)包括 待掛 連接和解鉤三種狀態(tài) 11 1 鉤頭機械連接部分 構成 由殼體 中心軸 鉤舌 鉤鎖連接桿 鉤鎖彈簧 鉤舌定位桿及彈簧 定位桿頂塊及彈簧和解鉤風缸組成 構造型式 殼體的前部一半為凸錐體 一半為凹錐孔 在連接時和相鄰車鉤凸錐體和凹錐孔相互插入 12 自動車鉤結構總圖 1 鉤頭凸錐 2 鉤鎖連接桿 3 導向桿 4 主風管連接器 5 對開連接套筒 6 環(huán)彈簧緩沖器 7 支撐座 8 電氣連接箱 9 鉤尾沖擊座 10 過載保護連接套筒 11 垂向支承 12 對中裝置 13 自動車鉤狀態(tài) 包括 待掛 連接和解鉤三種狀態(tài) 待掛狀態(tài)為車鉤連接前的準備狀態(tài) 此時鉤舌定位桿被固定在待掛位置 鉤鎖彈簧處于最大拉力狀態(tài) 鉤鎖連接桿退至凸錐體內 鉤舌上的鉤嘴對著鉤頭正前方 連接狀態(tài)相鄰車鉤的凸錐體伸入本鉤的凹錐孔并推動定位桿頂塊 定位桿頂塊推動鉤舌定位桿離開待掛位置 由于鉤鎖彈簧的回復力使鉤舌作逆時針轉動 帶動鉤鎖連接桿伸進相鄰車鉤鉤舌的鉤咀 完成兩鉤的連接鎖閉 這時連掛兩鉤的鉤鎖連接桿和鉤舌形成平行四邊形 車鉤受牽拉時 拉力由兩鉤鎖連接桿均勻分擔 使鉤舌始終處于鎖緊位置 當車鉤受沖擊時 壓力通過兩車鉤殼體連接法蘭傳遞 解鉤狀態(tài)司機操縱按鈕控制電磁閥 使解鉤風缸充氣 風缸活塞桿推動鉤舌順時針轉動 使相鄰車鉤的鉤鎖連接桿脫開鉤舌 同時使自身的鉤鎖連接桿克服鉤鎖彈簧拉力縮入鉤頭凸錐體內 脫離相鄰車鉤的鉤舌 這時定位桿頂塊控制鉤舌定位桿使鉤舌處于解鉤狀態(tài) 當兩鉤分離后 定位桿頂塊由于彈簧作用復位 鉤舌定位桿回至待掛位 車鉤又恢復到待掛狀態(tài) 14 自動車鉤的工作原理圖 a 待掛狀態(tài) b 連接狀態(tài) c 解鉤狀態(tài)l 殼體 2 鉤舌 3 中心軸 4 鉤鎖連接桿 5 鉤鎖彈簧 6 鉤舌定位桿 7 鉤舌定位桿彈簧 8 定位桿頂塊 9 定位桿頂塊彈簧 10 解鉤風缸 15 2 3 電 氣部分 電氣連接部分由左右電氣箱組成 分設于鉤頭的兩側 并可前后伸縮 電氣箱外裝有保護罩 當兩鉤連接時 電氣箱可推出使其端面高于車鉤端面 此時保護罩自動開啟 當解鉤后 電氣箱退回至原位置 保護罩自動關閉 左右電氣箱內的觸點分別為固定觸點和彈性觸點 保證電氣連接時密接可靠 氣路連接部分設有主風管接頭和解鉤風管接頭 主風管配有主風管自動閥 在解鉤時可自動切斷氣路 在連接時可自動接通氣路 解鉤風管始終處于連通狀態(tài) 由司機操縱電磁閥控制管路的通 斷達到自動解鉤或連掛的目的 16 3 車鉤緩沖器 構造配置 環(huán)彈簧緩沖器前端 通過一組對開連接套筒與鉤頭的后端相連接 后端 環(huán)彈簧緩沖器通過球鉸與車鉤支座相連 球鉸銷軸與軌面垂直 機構性能 整個車鉤緩沖裝置 為便于車輛通過水平曲線和豎曲線的要求 在水平面內可繞銷軸 左右擺動40 在垂直面內 上下擺動5 安裝構造 車鉤支撐座與鉤尾沖擊座前端相連 沖擊座后端與車體底架通過4個過載保護連接套筒相連 當縱向沖擊力超過590kN時 過載保護螺栓自行斷裂 整個車鉤緩沖裝置與車體分離 從而起到保護車鉤和車體的作用 17 全自動鉤緩連接裝置的性能參數 主風管連接最大壓力106Pa主風管連接最小壓力6 105Pa車鉤橫向擺動角度 40 車鉤垂向擺動角度 5 車鉤垂向可調角度 6 對中裝置復位角度 40 車鉤連接范圍 垂直方向 90mm水平方向 170mm重量 包括電氣連接箱及電纜 450kg 18 半自動車鉤緩沖裝置 結構特點 其機械和氣路連接結構與全自動車鉤完全相同使用性能 可以自動連掛或自動解鉤 按下司機室內的解鉤按鈕 也可以手動解鉤 但電氣連接箱需用手動操作方能實現連接 使用安裝位置 半自動車鉤緩沖裝置裝設于帶司機室拖車的 位端和帶受電弓動車 B車 不帶受電弓動車 C車 的I位端 19 半永久車鉤 結構及組成 它由兩對雌雄結構的連接桿組成 其一側裝有雙向作用環(huán)彈簧牽引桿 另一側為剛性牽引桿 兩者用一個便于拆卸的套筒式連軸節(jié)相連 確保連接剛度和安全可靠 由雙向作用環(huán)彈簧牽引桿 或剛性牽引桿 套簡式連軸節(jié) 支撐座 鉤尾沖擊座及氣路連接管等組成 安裝 裝設于B C車的 位端 通常只在廠段維修作業(yè)時在車間里對其進行分解 所以它的機械 氣路和電氣連接采用永久連接的方式 20 半永久車鉤連接裝置圖 1 雙向作用環(huán)彈簧牽引桿 2 套筒式聯(lián)軸節(jié) 3 電氣連接盒 4 剛性牽引桿 5 支撐 6 鉤尾沖擊座 7 氣路連接管 21 三 全自動Scharfenberg型密接式車鉤緩沖裝置 22 1 鉤頭結構 鉤頭殼體為焊接件 它由兩部分組成 前面為一帶有錐體和喇叭口的突出件 后面為連接法蘭 前面的錐體和喇叭口用來作為當兩鉤連接時引導對準 伸出在前面的引導桿用來擴展車鉤的連接范圍 前端的圓孔用來安置空氣管路連接器 在鉤頭殼體中配置有車鉤鎖閉零件和解鉤風缸 鉤頭殼體后部的法蘭用于連接鉤頭與牽引緩沖裝置 車鉤的閉鎖機構由鉤舌和鉤鎖桿組成 兩者通過銷子彼此可擺動地相連接 中心鎖用來作為鉤舌在鉤頭殼體中的支座 鉤鎖彈簧 兩個 用來保持車鉤處在閉鎖位 彈簧的一端鉤在殼體的錐體上 另一端鉤在鉤鎖桿上 手動連接裝置設在鉤頭的側面 它由杠桿通過兩解鉤桿與鉤舌相連接 在該橫桿的端部連有一鋼絲繩并與解鉤手柄連接 手柄掛在鉤頭殼體的一側 23 鉤頭結構圖 1 殼體 2 杠桿 3 解鉤桿 4 鉤舌 6 鉤鎖桿 7 解鉤手柄 8 鉤鎖彈簧 9 引導桿 24 2 車鉤閉鎖 分解工作原理 連掛準備位鉤鎖彈簧處于松弛狀態(tài) 鉤頭中的鉤鎖桿軸線平行于車鉤的軸線 鉤鎖桿的連接銷中心與鉤舌中心銷連接線垂直于車鉤的軸線 1 鉤舌 2 鉤鎖桿 3 鉤鎖彈簧 4 殼體 5 凹錐孔 6 心軸 7 鉤嘴 25 連掛閉鎖位 連掛過程 原處于連掛準備位的兩鉤相互接近并碰撞 在鉤頭前端的錐形喇叭口引導下彼此精確地對中心 兩鉤向前伸出的鉤鎖桿頂住對方的鉤舌 反推各自鉤舌繞順時針向轉動 直至在彈簧拉力作用下鉤鎖桿滑入對方鉤舌的嘴中 并推動鉤舌繞逆時針向返回到原來位置為止 這時兩鉤的鉤鎖桿與兩鉤的鉤舌構成一平行四邊形 力處于平衡狀態(tài) 兩鉤剛性地無間隙地彼此連接 處于閉鎖狀態(tài) 26 連掛閉鎖位狀態(tài)圖 27 解鉤 手動通過拉動鉤頭一側的解鉤手柄 經鋼絲繩 杠桿和解鉤桿使兩鉤的鉤舌轉動 直至鉤鎖桿脫出鉤舌的嘴口 由此使兩鉤脫開 處于解鉤位 氣動由司機操作解鉤控制閥達到解鉤 壓力空氣經過解鉤管充入鉤頭中的解鉤風缸中 推動活塞向前運動 壓迫在解鉤桿上所設的滾子上 兩鉤頭中的鉤舌被同時推至解鉤位置 類似于手動解鉤之情況 達到解鉤后再排氣 風缸中受壓彈簧使活塞返回到原始位置 28 29 3 自動空氣管路連接器 當兩鉤連掛時鉤頭前端的空氣連接器的頂桿也同時接觸并相互擠壓將密封從殼體的閥座上推開 使兩車鉤的空氣主路連通由密封和橡膠管起防止空氣漏泄的作用 30 空氣管路連接器圖 1 頂桿 4 5 密封 6 像膠管 7 殼體 31 四 BSI COMPACT密接式車鉤 BSI COMPACT密接式車鉤的鉤頭由調質的CrMo鋼或含4 鎳 12 鉻的不銹鋼制成 它有4種標準的結構系列尺寸 可分級地滿足各種車輛和特殊操作的要求 結構特點 在鉤頭的內部配備有用于車鉤機械連接的鎖栓 以及氣動 電氣或液壓控制裝置 在每個車鉤上均設有手動的解鉤裝置 鎖栓由高硬度的鋼制成 置于一套筒中 并利用彈簧 使其保持正常的位置 32 BSI COMPACT密接式車鉤狀態(tài)圖 a 鉤頭結構 b 連掛位 c 閉鎖位 d 開鎖位 33 連掛及解鉤 連掛兩鉤的鎖栓側面相互擠壓 壓縮各自的彈簧 直至兩鎖栓的鼻子彼此咬合 彈簧回復原位 達到連掛閉鎖位 分解扳動鉤頭上方手柄或操縱解鉤風缸使一個鉤的鎖栓要一直回拉到另一個鉤的鎖栓能夠脫開為止 或者也可以同時操作兩鉤的鎖栓使之脫開 34 第三節(jié)緩沖器的種類 性能及結構 一 緩沖器的作用與種類緩沖器的工作原理借助于壓縮彈性元件來緩和沖擊作用力 同時在彈性元件變形過程中利用摩擦和阻尼吸收沖擊能量 緩沖器功能具有耗散和衰減車輛之間的沖擊和振動的能力 可減輕沖擊和振動對車體結構的破壞作用 提高列車運行的平穩(wěn)性和舒適度 緩沖器的作用緩和列車在啟動 運行 制動及調車連掛時 由于車輛慣性及相互間碰撞而引起的縱向沖擊和振動 緩沖器分類類型根據緩沖器的結構特征和工怍原理 可分為 彈簧式緩沖器 摩擦式緩沖器 橡膠緩沖器 摩擦橡膠式緩沖器 粘彈性橡膠泥緩沖器 液壓緩沖器及空氣緩沖器等 35 二 緩沖器的主要性能參數決定緩沖器特性的主要參數包括 行程 緩沖器受力后產生的最大變形量 此時彈性元件處于全壓縮狀態(tài) 如再加大外力 變形量也不再增加 最大作用力 緩沖器產生最大變形量時所對應的作用外力 容量 緩沖器在全壓縮過程中 作用力在其行程上所作的功稱為容量 它是衡量緩沖器能量大小的主要指標 如果容量太小 則當沖擊力較大時就會使緩沖器全壓縮而導致剛性沖擊 初壓力 緩沖器的靜預壓力 初壓力的大小將影響列車啟動加速度 能量吸收率 緩沖器在全壓縮過程中 有一部分能量被阻尼所消耗 其所消耗部分的能量與緩沖器容量之比稱為能量吸收率 36 城市軌道交通與一般鐵路客貨列車相比 其列車編組數少 車輛軸重較輕 一般為分散型電力驅動 因此 列車運行時車輛之間所受到的縱向力要比一般鐵路客貨車小 同時 編組調車作業(yè)與鐵路車輛也有較大差異 所以對緩沖器性能的要求有較大的不同 鐵路車輛所受的縱向力及主載荷的最大組合 根據 鐵道車輛強度設汁及試驗鑒定規(guī)范 規(guī)定 按兩種工況進行 37 四 緩沖器的主要結構類型 1 橡膠緩沖器牽引力的傳遞過程為 牽拉力 前車 牽引桿 前從板 壓縮橡膠金屬片 后從板 緩沖器體 鉤頭錐體與鉤舌 后車鉤舌 1 橡膠金屬片 3 牽引桿 4 端蓋 5 輔套 6 緩沖器體 7 后從板 9 前從板 38 橡膠緩沖器的持性曲線 北京地鐵車輛按調車沖擊速度3km h 最大沖擊力25t 緩沖器的容量5 88kJ 39 2 環(huán)彈簧緩沖器 1 彈簧盒 2 端蓋 3 彈簧前從板 4 彈簧后從板 5 外環(huán)彈簧 6 內環(huán)彈簧 7 開口彈簧 8 半環(huán)彈簧 9 球形支座 10 牽引桿 11 標記環(huán) 12 預緊螺母 13 橡膠嵌塊 40 環(huán)彈簧緩沖器的特性曲線 環(huán)彈簧緩沖器的特性曲線如圖所示 最大作用力為590kN 行程為58mm 容量為18 7kJ 能量吸收率66 41 3 帶有變形管和橡膠彈簧的牽引緩沖裝置 全自動Scharfenberg型車鉤緩沖裝置的牽引緩沖部分由兩個組件構成 即橡膠彈簧和變形管 其結構如圖所示 42 牽引緩沖裝置及力 行程圖 1 拉桿 2 軸套 3 錐形環(huán)圈 4 法蘭 5 變形管 6 墊圈 7 螺母 8 9 橡膠彈簧 這時車輛連掛沖擊速度小于3km h 在圖示的力 行程圖中 作用力小于100kN 行程小于58mm 橡膠彈簧在變形中所吸收的功如圖中所示的影線面積 事故沖擊時 車輛碰撞速度超過5 8km h 這時超過橡膠彈簧的承載能力 變形管與錐形環(huán)圈3彼此相互擠壓 變形管產生永久變形 吸收沖擊功可達16 1kJ 43 4 彈性膠泥緩沖器 彈性膠泥緩沖器是近20年來歐洲新開發(fā)的一種新型緩沖器 在法國 德國 波蘭的高速列車 客車和貨車上應用獲得成功 現已被納入UIC標準 UIC526 1 UIC526 3 44 膠泥材料及特性 這種緩沖器取用一種未經硫化的有機硅化合物 稱彈性膠泥作為介質 具有彈性 可壓縮性和可流動性 其物理化學性能在 50 250 范圍內具有較高的穩(wěn)定性 抗老化 無臭 無毒 對環(huán)境無污染 具有固體和液體兩種屬性的特征 其動黏度比普通液壓油大幾十至幾百倍 且可據需要改變配方予以調節(jié) 因此在液壓緩沖器中十分困難的密封問題在這里變得極為簡單 45 彈性膠泥緩沖器的工作原理 結構 在充滿彈性膠泥材料的緩沖器體內 設有帶環(huán)形間隙 或節(jié)流孔 的活塞 工作過程 當活塞桿受到沖擊力時 彈性膠泥材料受壓縮產生阻抗力 并通過環(huán)形間隙 或節(jié)流孔 的節(jié)流作用和膠泥材料的壓縮變形吸收沖擊能量 當活塞桿上的壓力撤除后 彈性膠泥體積膨脹或利用加設的復原彈簧使活塞回到原位 這時膠泥材料通過環(huán)形間隙流回原位 由于膠泥材料的特性 沖擊力越大 緩沖器的容量也隨之增大 46 彈性膠泥緩沖器的工作原理圖 1 緩沖器殼體 2 活塞與活塞桿 3 帶密封蓋 4 充料閥 47 力 位移 P f 持性曲線 1 膠泥緩沖器 2 摩擦橡膠緩沖器 3 環(huán)彈簧緩沖器 彈性膠泥緩沖器與摩擦式緩沖器力 位移 P f 持性曲線 48