廣深港動車組用車鉤緩沖裝置概述

鄭偉 陳書翔 孫現亮 郭志成 林慶琳

廣深港動車組用車鉤緩沖裝置概述

鄭偉 陳書翔 孫現亮 郭志成 林慶琳

針對廣深港動車組用車鉤緩沖裝置的結構特點，介紹滿足互聯互通及在10?km/h速度下連掛車體主結構不發生損壞的車鉤緩沖裝置系統。分別對前端車鉤緩沖裝置、中間車鉤緩沖裝置和過渡車鉤的主要參數、結構形式、作用原理等進行詳細說明。

廣深港；動車組；10型車鉤；柴田式車鉤；過渡車鉤；氣液緩沖器；壓潰管

CRH380A/AL型動車組目前已經生產了140余列，分別在京滬、鄭西、京廣等高鐵線路上擔當運輸任務。在使用過程中，CRH380A/AL型動車組由于縱向沖動小、舒適性高、可靠性高、維護方便等優點，已經成為干線鐵路上的主力車型。但CRH380A型動車組只滿足5 km/h的重聯要求，若超過5 km/h的連掛速度進行重聯，緩沖器的阻抗力可能超過車體結構強度，對車體結構造成安全隱患；由于CRH380A型動車組的前端車鉤緩沖裝置為柴田式車鉤，也不能和線路上運營的CRH3、CRH5型動車組實施救援連掛，不能實現互聯互通的要求。廣深港動車組車鉤緩沖裝置系統克服了上述缺點，將前端車鉤緩沖裝置改為10型車鉤緩沖裝置，采用氣液緩沖器，并設置壓潰吸能裝置，在保留原有優點的基礎上既提升了動車組的被動防護能力，又滿足了列車的互聯互通要求[1-4]。

1 前端車鉤緩沖裝置總體結構

前端車鉤緩沖裝置安裝在列車兩端，主要用于列車間的連掛，如動車組重聯、動車組救援、機車救援、客車回送等。前端車鉤緩沖裝置采用10型全自動車鉤緩沖裝置，安裝高度為1 000 mm，可以實現和CRH2A統型、CRH380A統型、CRH3、CRH5A及CRH380BL/CL型動車組的機械連掛。特點在于可以滿足10 km/h的連掛，采用了獨立的電氣車鉤推送控制機構，滿足電氣車鉤伸出與縮回。前端車鉤緩沖裝置主要包括車鉤、緩沖裝置、壓潰管和安裝座等部件，主要技術參數見表1，具體結構見圖1。

1.1 10型車鉤

10型車鉤安裝在車鉤前端，用于實現車鉤的連掛和分解。主要包括拉伸彈簧、鉤舌、鉤板、主銷、鎖緊桿、觸發器、鉤體、總風管閥、制動管閥和解鉤閥等部件。車鉤前端面設有凸錐和凹錐，具有連掛導向作用，可以實現較大范圍的連掛。10型車鉤結構見圖2。

表1 主要技術參數

圖1 前端車鉤緩沖裝置結構

圖2 10型車鉤結構

1.1.1 連掛原理

連掛原理：連掛之前10型車鉤應處于準備連掛狀態。連掛時，車鉤相互接近，車鉤凸錐相互進入對面車鉤的凹錐內，隨著連掛的進行，凸錐推動觸發器，當觸發器發生移動時，鉤舌板在彈簧拉力下帶動鉤舌桿發生逆時針旋轉，車鉤完成連掛，此時鉤舌和鉤板便形成一個平行四邊形結構，并通過主銷傳遞拉伸力至整個鉤體。在這個位置，2個車鉤頭形成了堅固、無縫隙和安全的連接。連掛原理見圖3。

解鉤過程：10型車鉤能通過自動解鉤和手動解鉤2種方式實現。解鉤時，鉤舌桿和鉤舌板在外力作用下順時針旋轉，同時鉤鎖向鉤體外伸出，當伸出一定距離時，鉤鎖被鎖住，使鉤舌和鉤板相互分離，完成解鉤。如果車鉤間存在較大拉伸力，則不能執行自動或手動解鉤，需要車鉤處于壓縮狀態才能解鉤。

1.1.2 解鉤氣缸

解鉤氣缸安裝在機械車鉤右側，主要在車鉤進行自動解鉤時使用。進行解鉤操作時，電磁閥得電，解鉤氣缸充氣，氣缸活塞在空氣壓力作用下向前伸出，同時推動鉤舌做順時針旋轉，進行解鉤。10型車鉤解鉤原理見圖4。

1.1.3 總風管閥

總風管閥用于連接車輛間主風管的壓縮空氣，總風管閥位于機械鉤頭下部。車鉤連掛完成后，總風管閥自動打開，車輛間氣路自動聯通；當車輛解鉤后，總風管閥自動關斷。密封圈提供車鉤間的氣路密封。總風管閥結構見圖5。

1.1.4 制動管閥

圖3 10型車鉤連掛原理

圖4 10型車鉤解鉤原理

圖5 總風管閥結構

制動管閥用于傳遞列車間制動管路的壓縮空氣。制動管閥位于車鉤頂端。當機械車鉤連掛完成后，制動管閥打開，閥凸輪直接連到主銷，當主銷轉到連掛位置，閥凸輪移開閥桿和彈簧，氣路貫通；當車鉤解鉤時，閥凸輪推動閥桿朝密封方向，閥關閉。若列車不是通過正常解鉤而分離，制動管閥不會關閉，制動管路空氣壓力降低導致列車制動停車，保證列車的被動安全性。制動管閥結構見圖6。

1.1.5 解鉤管閥

解鉤管閥是用于傳遞車鉤解鉤時的壓縮空氣。當車輛連掛后解鉤管閥打開，通過解鉤管閥將壓縮空氣傳遞到相互連掛車鉤的解鉤風缸中，2個車鉤上的解鉤氣缸會同時動作進行解鉤。解鉤管閥安裝在主風管閥下面，密封圈提供車鉤間的空氣密封，車輛解鉤時，彈簧向后推動密封支撐和螺栓，閥門被關閉。解鉤管閥結構見圖7。

1.1.6 導向桿

車鉤前端設置有導向桿，用以增大車鉤的連掛范圍。正常情況下，車鉤導向桿存放在備品備件庫內，如果2列動車組要進行重聯，需要將導向桿安裝在機械鉤頭上，可以增大車鉤的連掛范圍。安裝導向桿的10型車鉤連掛范圍見圖8。

1.2 氣液緩沖器

氣液緩沖器是可恢復性能量吸收裝置，具有高沖擊能量吸收的能力。當動車組以規定的速度（≤5 km/h）進行連掛時，氣液緩沖器可以吸收大部分能量，保護車輛不受損壞。氣液緩沖器主要包括氣液緩沖器芯子、摩擦彈簧、緩沖管和導向軌。導向軌用來防止氣液緩沖器在緩沖管中轉動，從而防止機械車鉤頭的轉動。氣液緩沖器結構見圖9。

工作原理：緩沖器的能量吸收部分包括拉伸和壓縮兩部分。其中氣液緩沖器芯子主要緩沖壓縮方向沖擊力并進行能量吸收，最大行程約100 mm；摩擦彈簧主要緩沖車鉤拉伸方向的沖擊并進行能量吸收，最大行程為30 mm。氣液緩沖器工作原理見圖10。

圖6 制動管閥結構

圖7 解鉤管閥結構

圖8 車鉤的連掛范圍

圖9 氣液緩沖器結構

圖10 氣液緩沖器工作原理

1.3 手動解鉤裝置

當車輛發生故障無法進行自動解鉤時需要進行手動解鉤，根據需要設置了手動解鉤裝置。手動解鉤裝置安裝在機械車鉤頭左邊位置，解鉤手柄與機械車鉤頭中的旋轉鉤板相連，手柄帶有一個彈簧自復位機構，無論此時連掛機構和軸處于何種位置，都會讓手柄回到其原始位置。一旦車體被分開，彈簧和機械車鉤中的彈簧就會使軸和連掛機構回到中間位置，準備再次連掛。在解鉤手柄上的目測指示器用來顯示車鉤機構的位置狀態。指示器可以用來目測判斷手動操作時機械車鉤是否處于完全結合的連掛狀態（進行手動解鉤時不能讓車鉤處于拉伸狀態）。解鉤手柄結構見圖11。

1.4 卡環組成

卡環用來車鉤中壓潰管與緩沖器的連接及緩沖器和樞軸座的連接。卡環組件由上下卡環、螺栓、鎖緊墊圈、擋板和螺母組成。上下卡環都有一個導向銷，用于安裝時準確定位并放置使用時旋轉。每個卡環都可以鉆螺紋孔，用于安裝不同附件。重新安裝卡箍時，所有螺栓、擋板和螺母必須更換新的，確保安全。用高強度螺栓連接上下卡環。螺栓必須用擋板包角處理，進行機械防松，防止轉動。卡環結構見圖12。

1.5 電氣車鉤推送裝置

車鉤緩沖裝置的電氣車鉤伸出與縮回由司機室單獨控制。機械車鉤連掛后需要電氣車鉤伸出時（重聯時）可操作電氣車鉤伸出；當電氣車鉤不需要伸出時（機車救援或其他動車組進行相互救援時）電氣車鉤保持縮回，不需要機械師或司機像CRH1、CRH3、CRH5型動車組下車在車鉤上進行氣閥的關閉。

推送機構安裝在機械車鉤頂部，提供電氣車鉤的伸出/縮回動作。電氣車鉤推送機構由推送氣缸、支架、氣缸安裝架、導向桿和護板組成。電氣車鉤安裝在推送氣缸和護板之間。在進行電氣車鉤伸出與縮回動作時，安裝在護板上的電氣車鉤在導向桿上向前/向后滑動，實現電氣車鉤的伸出與縮回。連掛時，先進行機械車鉤連掛，后進行電氣車鉤連掛，解鉤時相反，電氣車鉤必須先于機械車鉤分離。電氣車鉤推送裝置結構見圖13。

1.6 壓潰管

當車輛超過規定的連掛速度（5 km/h＜v≤10 km/h）與另一列動車組連掛或動車組發生碰撞時，車鉤緩沖裝置無法完全吸收動車組的沖擊能量，此時設置在前端車鉤緩沖裝置中部的壓潰管可以吸收剩余能量，達到保護車體主結構的目的。壓潰管作用原理：壓潰管的外管被脹套撐開壓入，壓潰管發生塑性變形，吸收沖擊能量，保護車體結構不受損壞，提升動車組被動防護性能。壓潰管結構簡單，成本較低，但是發生塑性變形后必須更換。圖14為擴張式吸能裝置結構和發生作用后的結構簡圖[5]。壓潰管是不可恢復的能量吸收裝置并能以緊湊的設計提供高的能量吸收能力。

圖11 解鉤手柄結構

圖12 卡環結構

圖13 電氣車鉤推送裝置結構

圖14 壓潰管結構

1.7 樞軸座

樞軸座位于車鉤緩沖裝置尾部，通過螺栓將樞軸座安裝在車體結構上，并傳遞車鉤緩沖裝置的縱向拉伸和壓縮載荷，并能吸收少量能量。樞軸座主要包括連接頭、球形橡膠軸承、轉動銷和樞軸座等部件。樞軸座結構見圖15。

車鉤緩沖裝置在受到壓縮和拉伸載荷時，縱向力從緩沖器殼體經連接頭、球形橡膠軸承、轉動銷和固定在車體上的軸承支架傳遞到車體上。 球形橡膠軸承從壓縮和拉伸載荷上吸收能量，以降低車體間載荷的峰值。橡膠軸承延長了車鉤緩沖裝置的使用壽命，降低了噪聲，并提升了車輛舒適度。

1.8 對中裝置

對中裝置的主要作用是對車鉤緩沖裝置起到支撐和對中作用。當車鉤緩沖裝置在高度方向和水平方向超出規定范圍時可以通過調節對中裝置把車鉤調整到正常范圍內。當車鉤在外力作用下遠離車輛縱向中心線方向時，車鉤在對中裝置作用下會恢復到中間位置，起到對中作用，為下一次連掛做好準備。對中裝置結構見圖16。

對中裝置由一個安裝在轉動座上的后支架和一個安裝在緩沖器上的前支架組成，前后支架間安裝著彈性支撐，2個彈性支撐在彈簧力作用下保持平衡，使全自動車鉤在豎直和水平平面內對中。垂直支撐功能由彈簧支撐提供，彈簧支撐由一組盤簧提供主要的彈性。

車鉤緩沖裝置的位置可以通過改變彈性支撐的長度來調節。調節方法：（1）松開緩沖器上的螺母；（2）水平調整：正對車鉤鉤頭，逆時針（順時針）旋轉左側彈性支撐上的螺栓，再順時針（逆時針）旋轉另一個緩沖器的螺栓同樣圈數；（3）垂直調整：旋轉緩沖器2個彈性支撐上的螺栓同樣圈數，順時針抬升，逆時針下降；（4）調整完成后緊固螺母；（5）在調節過程中，距離A（見圖17）不能超過20 mm。

圖15 樞軸座結構

圖16 對中裝置結構

2 中間車鉤緩沖裝置

中間車鉤緩沖裝置用于動車組車輛間的連接，采用柴田式半自動車鉤和W動作型復式橡膠緩沖器。半自動車鉤可以實現機械和空氣管路的自動連接和人工分解，主要包括鉤體、鉤舌和緩沖器等零部件。中間車鉤緩沖裝置基本參數見表2，基本結構見圖18。

圖17 車鉤方向調整方法

表2 中間車鉤緩沖裝置基本參數

2.1 柴田式半自動車鉤

柴田式半自動車鉤主要由鉤體、鉤舌、解鉤桿、彈簧和鉤鎖等組成，車鉤連掛原理見圖19。車鉤連掛完成后，2個半圓形鉤舌形成一個完整圓柱體和鉤體中的鉤舌腔相互嵌套，受到拉伸載荷時，鉤頭凸錐結構將力通過鉤體、緩沖器等部件傳遞到車體上；受到壓縮載荷時，通過鉤體、緩沖器等部件將力傳遞到車體結構上。

2.2 緩沖器組成

復式橡膠緩沖器主要由2組橡膠緩沖器、緩沖器框體、從板及附件組成，其最大特點是可以實現拉伸和壓縮方向的沖擊載荷分別由不同橡膠元件組進行吸收，2組橡膠緩沖器定位于鉤尾框中央立壁兩側，在初壓力作用下兩側緩沖器相互平衡，整個緩沖器在吸收外載荷沖擊時初壓力為零，因此這種緩沖器又稱為零初壓緩沖器，巧妙解決了降低緩沖器初壓力和緩沖器元件定位間的矛盾，提升了動車組車輛的運行舒適性。每組緩沖器由獨立的、呈片狀的橡膠片組合而成，橡膠片由鋼板和橡膠硫化在一起形成，也有的緩沖器是多片鋼板與橡膠硫化在一起的整體結構（見圖20）。

緩沖裝置中的2組緩沖器分別在拉伸和壓縮時起作用，根據所設計車輛技術規范中關于車鉤緩沖裝置拉伸和壓縮時的行程、阻抗力、吸收能量及車輛運用情況進行組合。靠一定的初壓力（通常為20～60 kN）組裝在緩沖器框體里（見圖21）。

運行過程中，靠緩沖器框體立板對2個緩沖器施加作用力，車鉤牽引時壓縮左邊緩沖器，右邊緩沖器隨著漲開（因有初壓縮量），并隨時占滿因壓縮左邊緩沖器出現的空間。車鉤壓縮時原理相同（工作過程見圖22）。

因此，無論是牽引還是壓縮，緩沖裝置中的從板均不離開從板座，并因緩沖器框體不受力時其中央立板處于2組緩沖器的壓縮平衡狀態中，可視兩緩沖器回彈力合力為零，只要存在牽引力或壓縮力，立板開始對其中一個緩沖器壓縮，故既避免了從板與從板座間因出現間隙而發生沖擊，又消除了緩沖盲區，大大提高了車輛乘坐舒適性。

圖18 中間車鉤緩沖裝置基本結構

圖19 柴田式車鉤連掛原理

圖20 復式橡膠緩沖器結構

圖21 復式橡膠緩沖器工作原理

圖22 復式橡膠緩沖器工作過程

3 過渡車鉤

過渡車鉤用于動車組與機（客）車相互連掛時使用。當動車組在線路上發生故障無法運行或動車組采用回送車短途回送時，就需要采用過渡車鉤將動車組和機（客）車的車鉤連接起來，達到救援回送的目的。 過渡車鉤由10型過渡車鉤模塊和15號過渡車鉤模塊兩部分組成，10型過渡車鉤可以和動車組前端車鉤連掛，15號過渡車鉤模塊則可以和機（客）車的13號（或15號）車鉤連掛。2個模塊間通過卡槽的方式連接。過渡車鉤參數見表3，過渡車鉤主體結構見圖23。

3.1 10型過渡車鉤模塊

10型過渡車鉤模塊可以和動車組上的前端車鉤連掛。鉤頭前端面有一個凸錐和一個凹錐，用于過渡車鉤的連掛導向，保證過渡車鉤和前端車鉤連掛時的自動矯正和對中。10型過渡車鉤模塊還包含制動管和總風管，用以向機（客）車傳遞空氣壓力信號。10型過渡車鉤模塊結構見圖24。

3.2 15號過渡車鉤模塊

15號過渡車鉤模塊可以和機（客）車的13號（或15號）車鉤連掛，只是15號過渡車鉤模塊的鉤舌是固定的，連掛時需要將機（客）車車鉤處于待掛位置方可連掛。為了防止過渡車鉤在運行時上下擺動導致脫鉤，在15號過渡車鉤模塊上安裝了高度調節裝置，使得過渡車鉤在運行時不會由于上下錯動較大導致車鉤脫鉤。15號過渡車鉤結構見圖25。

3.3 過渡車鉤的使用

（1）將前端車鉤緩沖裝置制動管路和總風管路的氣閥處于關閉位，準備好車鉤連掛。

（2）將10型過渡車鉤通過鉤抓安裝到動車組前端車鉤上；拆卸開口銷，拉出止動銷。

（3）將15號過渡車鉤安裝到10型過渡車鉤上，并安裝止動銷和開口銷，防止車鉤模塊錯動。

（4）向上提升過渡車鉤，用力向下撞擊，確保過渡車鉤和前端車鉤連掛。如果向下撞擊后連掛機構不能彼此連掛，在與機（客）車的實際連掛中，連掛機構可以實現連掛。

（5）拉出下鎖緊銷，拆卸支撐腳；拉出上鎖緊銷，從存儲狀態拆卸高度調節裝置。

表3 過渡車鉤參數

圖23 過渡車鉤主體結構

圖24 10型過渡車鉤模塊結構

圖25 15號過渡車鉤模塊結構

（6）機（客）車以不高于2 km/h的速度緩慢駛向連掛著過渡車鉤的動車組，實現自動連掛。

（7）連接兩列車的空氣管路檢測連掛機構是否連掛可靠，將高度調節裝置調整到安裝位置，安裝上鎖緊銷到調整孔上，允許過渡車鉤在高度方向上可滑動；安裝支撐腳；到10型過渡車鉤下部，安裝下鎖緊銷。

（8）進行推拉試驗，保證列車正常連掛完好，過渡車鉤連掛完成。連掛示意見圖26。

圖26 過渡車鉤連掛示意

4 結束語

廣深港動車組目前已經完成了救援連掛、重聯、線路考核等試驗，車鉤緩沖裝置在各類試驗過程中完全滿足動車組的使用要求。廣深港動車組用車鉤緩沖裝置系統的設計延續了CRH380A/AL型動車組縱向沖動小、舒適性高、可靠性高、維護方便等優點，通過在前端車鉤緩沖裝置上使用大容量的氣液緩沖器、安裝壓潰管、采用10型車鉤，實現了動車組以不高于10 km/h連掛時車體結構不受損壞的要求，提升了CRH380A系列動車組的被動防護能力，滿足了動車組互聯互通的要求。

[1] 田國明．密接式車鉤解鉤風缸的研制[J]．機車車輛工藝，2009(5)：24-25．

[2] 楊調動，陳凱．引進200 km/h動車組鉤緩裝置比較分析[J]．鐵道車輛，2006，44(9)：6-10．

[3] 吳剛，鄭偉，王起梁．CRH2型動車組用過渡車鉤的研制[J]．機車車輛工藝，2012(3)：26-27．

[4] 王成濤，陳凱．200 km/h客車用車鉤緩沖裝置選型分析[J]．鐵道車輛，2011，49(4)：19-22．

[5] 王學亮，姜曉東．車鉤緩沖裝置用過載保護吸能裝置綜述[J]．機車車輛工藝，2011(3)：14-16．

鄭 偉：南車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心，?工程師，山東?青島，266111

陳書翔：南車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心，?高級工程師，山東?青島，266111

孫現亮：南車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心，?高級工程師，山東?青島，266111

郭志成：南車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心，?高級工程師，山東?青島，266111

林慶琳：南車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心，?工程師，山東?青島，266111

責任編輯 高紅義

U266.2

B

1672-061X（2014）04-0019-08