地铁车辆用密接式车钩及缓冲装置的研制

摘要............................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. I V 目录.......................................................................................................................... I V 第一章绪论 (1)

1.1国内外发展现状 (1)

1.2研究背景 (2)

1.3课题的意义 (3)

1.3.1课题的来源 (3)

1.3.2课题研究的意义 (3)

1.4本论文的主要研究内容与预期目标 (3)

第二章密接式车钩及缓冲器工作原理 (5)

2.1基本结构和工作原理 (5)

2.1.1密接式车钩 (5)

2.1.2缓冲器 (7)

2.2本章小结 (7)

第三章钩缓技术指标及动力学计算 (8)

3.1车体钩缓布置 (8)

3.2主要设计参数及技术指标 (8)

3.3动力学计算 (9)

3.3.1软件介绍 (9)

3.3.2计算原理 (9)

3.3.3计算模型 (10)

3.3.4碰撞方式 (11)

3.3.5计算结果 (11)

3.4本章小结 (14)

第四章密接式车钩及缓冲器结构设计 (15)

4.1软件介绍 (15)

4.2密接式车钩结构设计 (15)

4.2.1钩体工艺设计 (16)

4.2.2钩锁组件 (17)

4.3缓冲器结构设计 (18)

4.3.1缓冲器组件 (18)

4.3.2缓冲介质 (19)

4.3.3对中装置 (20)

4.3.4支撑装置 (24)

4.4本章小结 (24)

第五章关键受力件强度分析及计算 (25)

5.1软件介绍 (25)

5.2关键受力件分析计算 (25)

5.2.1模型的描述 (25)

5.2.2网格类型 (26)

5.2.3材料属性 (26)

5.2.4边界条件 (27)

5.2.5计算结果 (29)

5.3本章小结 (37)

第六章车钩和缓冲器试验验证 (38)

6.1密接式车钩型式试验 (38)

6.1.1拉伸型式试验 (38)

6.1.2压缩型式试验 (41)

6.2缓冲器型式试验 (43)

6.2.1金属件拉伸型式试验 (44)

6.2.2金属件压缩型式试验 (45)

6.2.3弹性体静压缩试验 (45)

6.2.4弹性体落锤试验 (46)

6.2.5弹性体耐久试验 (47)

6.3本章小结 (49)

第七章总结与展望 (50)

7.1总结 (50)

7.2展望 (51)

参考文献 (52)

致谢 (54)

攻读硕士学位期间发表的学术论文 (55)

第一章绪论

车钩缓冲装置是列车十大配套技术之一，是车辆连接最重要的部件之一，主要由车钩和缓冲器等零部件组成。其中，车钩主要起连接车辆作用；缓冲器用来缓和车辆运行及调车作业时的纵向冲击，吸收冲击能量，从而提高车辆的运行舒适性和平稳性。

1.1国内外发展现状

目前，密接式车钩缓冲装置根据密接式车钩制式的不同，主要分为日本模式和欧洲模式两种形式。日本模式的代表作为柴田式车钩；欧洲模式的代表作为夏芬伯格车钩（Scharfenberg coupler）。日本模式采用的是半圆形钩舌密接式车钩，而欧洲模式采用的是锁型（Latch Type）密接式车钩[01]。

密接式车钩根据功能的不同分为全自动车钩、半自动车钩和半永久车钩。全自动车钩可实现电路、气路、机械部分的自动连挂与分解；半自动车钩可实现气路、机械部分的自动连接，但需要手动解钩，电的连接和分解也需人工操作；半永久车钩的电、气、机械的联接和分解都需要人工操作。

欧洲模式的密接式车钩由Karl Scharfenberg于1903年设计制造，并申请专利，几经完善，前由德国沙库公司生产，现已被德国福伊特公司收购[02]。目前，主要的钩缓生产商有德国的福伊特公司、瑞典的丹纳公司、法国的法维莱公司。其都是高度专业化，且集技术研究、设计开发和系统集成与一身的供应商，产品包含密接式车钩、电连接器、缓冲器，并根据功能需要，可在产品中设计过载保护装置。其产品具有自动化程度高、可靠性高、市场认知度高等优点，为目前轨道交通市场的主流产品。

日本模式的密接式车钩由柴田卫氏于1929年提出了设计方案，1931年完成产品试制和现车试验，1932年，柴田式车钩开始在新造动车组上全面采用，之后大部分的动车组都采用了柴田式密接车钩，产品已经系列化[03]。柴田式车钩均带有凹锥和起承载、导向对中作用的凸锥。根据导向凸锥形状的不同，柴田式车钩分为方锥型密接式车钩和圆锥形密接式车钩。车钩和缓冲器采用接头连接，其优点是结构简单、维护方便，缺点是关节众多，安装复杂，联挂间隙大，缓冲器容量低，不具备过载保护装置，或采用简单的屈曲管实现过载保护，自动化程度低。钩缓生产商有住友金属工业株式会社和铸钢所，其不具备车钩缓冲器的设计能力，不具备系统集成能力。