广深港动车组用车钩缓冲装置概述

郑伟 陈书翔 孙现亮 郭志成 林庆琳

广深港动车组用车钩缓冲装置概述

郑伟 陈书翔 孙现亮 郭志成 林庆琳

针对广深港动车组用车钩缓冲装置的结构特点，介绍满足互联互通及在10 km/h速度下连挂车体主结构不发生损坏的车钩缓冲装置系统。分别对前端车钩缓冲装置、中间车钩缓冲装置和过渡车钩的主要参数、结构形式、作用原理等进行详细说明。

广深港；动车组；10型车钩；柴田式车钩；过渡车钩；气液缓冲器；压溃管

CRH380A/AL型动车组目前已经生产了140余列，分别在京沪、郑西、京广等高铁线路上担当运输任务。在使用过程中，CRH380A/AL型动车组由于纵向冲动小、舒适性高、可靠性高、维护方便等优点，已经成为干线铁路上的主力车型。但CRH380A型动车组只满足5 km/h的重联要求，若超过5 km/h的连挂速度进行重联，缓冲器的阻抗力可能超过车体结构强度，对车体结构造成安全隐患；由于CRH380A型动车组的前端车钩缓冲装置为柴田式车钩，也不能和线路上运营的CRH3、CRH5型动车组实施救援连挂，不能实现互联互通的要求。广深港动车组车钩缓冲装置系统克服了上述缺点，将前端车钩缓冲装置改为10型车钩缓冲装置，采用气液缓冲器，并设置压溃吸能装置，在保留原有优点的基础上既提升了动车组的被动防护能力，又满足了列车的互联互通要求[1-4]。

1 前端车钩缓冲装置总体结构

前端车钩缓冲装置安装在列车两端，主要用于列车间的连挂，如动车组重联、动车组救援、机车救援、客车回送等。前端车钩缓冲装置采用10型全自动车钩缓冲装置，安装高度为1 000 mm，可以实现和CRH2A统型、CRH380A统型、CRH3、CRH5A及CRH380BL/CL型动车组的机械连挂。特点在于可以满足10 km/h的连挂，采用了独立的电气车钩推送控制机构，满足电气车钩伸出与缩回。前端车钩缓冲装置主要包括车钩、缓冲装置、压溃管和安装座等部件，主要技术参数见表1，具体结构见图1。

1.1 10型车钩

10型车钩安装在车钩前端，用于实现车钩的连挂和分解。主要包括拉伸弹簧、钩舌、钩板、主销、锁紧杆、触发器、钩体、总风管阀、制动管阀和解钩阀等部件。车钩前端面设有凸锥和凹锥，具有连挂导向作用，可以实现较大范围的连挂。10型车钩结构见图2。

表1 主要技术参数

图1 前端车钩缓冲装置结构

图2 10型车钩结构

1.1.1 连挂原理

连挂原理：连挂之前10型车钩应处于准备连挂状态。连挂时，车钩相互接近，车钩凸锥相互进入对面车钩的凹锥内，随着连挂的进行，凸锥推动触发器，当触发器发生移动时，钩舌板在弹簧拉力下带动钩舌杆发生逆时针旋转，车钩完成连挂，此时钩舌和钩板便形成一个平行四边形结构，并通过主销传递拉伸力至整个钩体。在这个位置，2个车钩头形成了坚固、无缝隙和安全的连接。连挂原理见图3。

解钩过程：10型车钩能通过自动解钩和手动解钩2种方式实现。解钩时，钩舌杆和钩舌板在外力作用下顺时针旋转，同时钩锁向钩体外伸出，当伸出一定距离时，钩锁被锁住，使钩舌和钩板相互分离，完成解钩。如果车钩间存在较大拉伸力，则不能执行自动或手动解钩，需要车钩处于压缩状态才能解钩。

1.1.2 解钩气缸

解钩气缸安装在机械车钩右侧，主要在车钩进行自动解钩时使用。进行解钩操作时，电磁阀得电，解钩气缸充气，气缸活塞在空气压力作用下向前伸出，同时推动钩舌做顺时针旋转，进行解钩。10型车钩解钩原理见图4。

1.1.3 总风管阀

总风管阀用于连接车辆间主风管的压缩空气，总风管阀位于机械钩头下部。车钩连挂完成后，总风管阀自动打开，车辆间气路自动联通；当车辆解钩后，总风管阀自动关断。密封圈提供车钩间的气路密封。总风管阀结构见图5。

1.1.4 制动管阀

图3 10型车钩连挂原理

图4 10型车钩解钩原理

图5 总风管阀结构

制动管阀用于传递列车间制动管路的压缩空气。制动管阀位于车钩顶端。当机械车钩连挂完成后，制动管阀打开，阀凸轮直接连到主销，当主销转到连挂位置，阀凸轮移开阀杆和弹簧，气路贯通；当车钩解钩时，阀凸轮推动阀杆朝密封方向，阀关闭。若列车不是通过正常解钩而分离，制动管阀不会关闭，制动管路空气压力降低导致列车制动停车，保证列车的被动安全性。制动管阀结构见图6。

1.1.5 解钩管阀

解钩管阀是用于传递车钩解钩时的压缩空气。当车辆连挂后解钩管阀打开，通过解钩管阀将压缩空气传递到相互连挂车钩的解钩风缸中，2个车钩上的解钩气缸会同时动作进行解钩。解钩管阀安装在主风管阀下面，密封圈提供车钩间的空气密封，车辆解钩时，弹簧向后推动密封支撑和螺栓，阀门被关闭。解钩管阀结构见图7。

1.1.6 导向杆

车钩前端设置有导向杆，用以增大车钩的连挂范围。正常情况下，车钩导向杆存放在备品备件库内，如果2列动车组要进行重联，需要将导向杆安装在机械钩头上，可以增大车钩的连挂范围。安装导向杆的10型车钩连挂范围见图8。

1.2 气液缓冲器

气液缓冲器是可恢复性能量吸收装置，具有高冲击能量吸收的能力。当动车组以规定的速度（≤5 km/h）进行连挂时，气液缓冲器可以吸收大部分能量，保护车辆不受损坏。气液缓冲器主要包括气液缓冲器芯子、摩擦弹簧、缓冲管和导向轨。导向轨用来防止气液缓冲器在缓冲管中转动，从而防止机械车钩头的转动。气液缓冲器结构见图9。

工作原理：缓冲器的能量吸收部分包括拉伸和压缩两部分。其中气液缓冲器芯子主要缓冲压缩方向冲击力并进行能量吸收，最大行程约100 mm；摩擦弹簧主要缓冲车钩拉伸方向的冲击并进行能量吸收，最大行程为30 mm。气液缓冲器工作原理见图10。

图6 制动管阀结构

图7 解钩管阀结构

图8 车钩的连挂范围

图9 气液缓冲器结构

图10 气液缓冲器工作原理

1.3 手动解钩装置

当车辆发生故障无法进行自动解钩时需要进行手动解钩，根据需要设置了手动解钩装置。手动解钩装置安装在机械车钩头左边位置，解钩手柄与机械车钩头中的旋转钩板相连，手柄带有一个弹簧自复位机构，无论此时连挂机构和轴处于何种位置，都会让手柄回到其原始位置。一旦车体被分开，弹簧和机械车钩中的弹簧就会使轴和连挂机构回到中间位置，准备再次连挂。在解钩手柄上的目测指示器用来显示车钩机构的位置状态。指示器可以用来目测判断手动操作时机械车钩是否处于完全结合的连挂状态（进行手动解钩时不能让车钩处于拉伸状态）。解钩手柄结构见图11。

1.4 卡环组成

卡环用来车钩中压溃管与缓冲器的连接及缓冲器和枢轴座的连接。卡环组件由上下卡环、螺栓、锁紧垫圈、挡板和螺母组成。上下卡环都有一个导向销，用于安装时准确定位并放置使用时旋转。每个卡环都可以钻螺纹孔，用于安装不同附件。重新安装卡箍时，所有螺栓、挡板和螺母必须更换新的，确保安全。用高强度螺栓连接上下卡环。螺栓必须用挡板包角处理，进行机械防松，防止转动。卡环结构见图12。

1.5 电气车钩推送装置

车钩缓冲装置的电气车钩伸出与缩回由司机室单独控制。机械车钩连挂后需要电气车钩伸出时（重联时）可操作电气车钩伸出；当电气车钩不需要伸出时（机车救援或其他动车组进行相互救援时）电气车钩保持缩回，不需要机械师或司机像CRH1、CRH3、CRH5型动车组下车在车钩上进行气阀的关闭。

推送机构安装在机械车钩顶部，提供电气车钩的伸出/缩回动作。电气车钩推送机构由推送气缸、支架、气缸安装架、导向杆和护板组成。电气车钩安装在推送气缸和护板之间。在进行电气车钩伸出与缩回动作时，安装在护板上的电气车钩在导向杆上向前/向后滑动，实现电气车钩的伸出与缩回。连挂时，先进行机械车钩连挂，后进行电气车钩连挂，解钩时相反，电气车钩必须先于机械车钩分离。电气车钩推送装置结构见图13。

1.6 压溃管

当车辆超过规定的连挂速度（5 km/h＜v≤10 km/h）与另一列动车组连挂或动车组发生碰撞时，车钩缓冲装置无法完全吸收动车组的冲击能量，此时设置在前端车钩缓冲装置中部的压溃管可以吸收剩余能量，达到保护车体主结构的目的。压溃管作用原理：压溃管的外管被胀套撑开压入，压溃管发生塑性变形，吸收冲击能量，保护车体结构不受损坏，提升动车组被动防护性能。压溃管结构简单，成本较低，但是发生塑性变形后必须更换。图14为扩张式吸能装置结构和发生作用后的结构简图[5]。压溃管是不可恢复的能量吸收装置并能以紧凑的设计提供高的能量吸收能力。

图11 解钩手柄结构

图12 卡环结构

图13 电气车钩推送装置结构

图14 压溃管结构

1.7 枢轴座

枢轴座位于车钩缓冲装置尾部，通过螺栓将枢轴座安装在车体结构上，并传递车钩缓冲装置的纵向拉伸和压缩载荷，并能吸收少量能量。枢轴座主要包括连接头、球形橡胶轴承、转动销和枢轴座等部件。枢轴座结构见图15。

车钩缓冲装置在受到压缩和拉伸载荷时，纵向力从缓冲器壳体经连接头、球形橡胶轴承、转动销和固定在车体上的轴承支架传递到车体上。 球形橡胶轴承从压缩和拉伸载荷上吸收能量，以降低车体间载荷的峰值。橡胶轴承延长了车钩缓冲装置的使用寿命，降低了噪声，并提升了车辆舒适度。

1.8 对中装置

对中装置的主要作用是对车钩缓冲装置起到支撑和对中作用。当车钩缓冲装置在高度方向和水平方向超出规定范围时可以通过调节对中装置把车钩调整到正常范围内。当车钩在外力作用下远离车辆纵向中心线方向时，车钩在对中装置作用下会恢复到中间位置，起到对中作用，为下一次连挂做好准备。对中装置结构见图16。

对中装置由一个安装在转动座上的后支架和一个安装在缓冲器上的前支架组成，前后支架间安装着弹性支撑，2个弹性支撑在弹簧力作用下保持平衡，使全自动车钩在竖直和水平平面内对中。垂直支撑功能由弹簧支撑提供，弹簧支撑由一组盘簧提供主要的弹性。

车钩缓冲装置的位置可以通过改变弹性支撑的长度来调节。调节方法：（1）松开缓冲器上的螺母；（2）水平调整：正对车钩钩头，逆时针（顺时针）旋转左侧弹性支撑上的螺栓，再顺时针（逆时针）旋转另一个缓冲器的螺栓同样圈数；（3）垂直调整：旋转缓冲器2个弹性支撑上的螺栓同样圈数，顺时针抬升，逆时针下降；（4）调整完成后紧固螺母；（5）在调节过程中，距离A（见图17）不能超过20 mm。

图15 枢轴座结构

图16 对中装置结构

2 中间车钩缓冲装置

中间车钩缓冲装置用于动车组车辆间的连接，采用柴田式半自动车钩和W动作型复式橡胶缓冲器。半自动车钩可以实现机械和空气管路的自动连接和人工分解，主要包括钩体、钩舌和缓冲器等零部件。中间车钩缓冲装置基本参数见表2，基本结构见图18。

图17 车钩方向调整方法

表2 中间车钩缓冲装置基本参数

2.1 柴田式半自动车钩

柴田式半自动车钩主要由钩体、钩舌、解钩杆、弹簧和钩锁等组成，车钩连挂原理见图19。车钩连挂完成后，2个半圆形钩舌形成一个完整圆柱体和钩体中的钩舌腔相互嵌套，受到拉伸载荷时，钩头凸锥结构将力通过钩体、缓冲器等部件传递到车体上；受到压缩载荷时，通过钩体、缓冲器等部件将力传递到车体结构上。

2.2 缓冲器组成

复式橡胶缓冲器主要由2组橡胶缓冲器、缓冲器框体、从板及附件组成，其最大特点是可以实现拉伸和压缩方向的冲击载荷分别由不同橡胶元件组进行吸收，2组橡胶缓冲器定位于钩尾框中央立壁两侧，在初压力作用下两侧缓冲器相互平衡，整个缓冲器在吸收外载荷冲击时初压力为零，因此这种缓冲器又称为零初压缓冲器，巧妙解决了降低缓冲器初压力和缓冲器元件定位间的矛盾，提升了动车组车辆的运行舒适性。每组缓冲器由独立的、呈片状的橡胶片组合而成，橡胶片由钢板和橡胶硫化在一起形成，也有的缓冲器是多片钢板与橡胶硫化在一起的整体结构（见图20）。

缓冲装置中的2组缓冲器分别在拉伸和压缩时起作用，根据所设计车辆技术规范中关于车钩缓冲装置拉伸和压缩时的行程、阻抗力、吸收能量及车辆运用情况进行组合。靠一定的初压力（通常为20～60 kN）组装在缓冲器框体里（见图21）。

运行过程中，靠缓冲器框体立板对2个缓冲器施加作用力，车钩牵引时压缩左边缓冲器，右边缓冲器随着涨开（因有初压缩量），并随时占满因压缩左边缓冲器出现的空间。车钩压缩时原理相同（工作过程见图22）。

因此，无论是牵引还是压缩，缓冲装置中的从板均不离开从板座，并因缓冲器框体不受力时其中央立板处于2组缓冲器的压缩平衡状态中，可视两缓冲器回弹力合力为零，只要存在牵引力或压缩力，立板开始对其中一个缓冲器压缩，故既避免了从板与从板座间因出现间隙而发生冲击，又消除了缓冲盲区，大大提高了车辆乘坐舒适性。

图18 中间车钩缓冲装置基本结构

图19 柴田式车钩连挂原理

图20 复式橡胶缓冲器结构

图21 复式橡胶缓冲器工作原理

图22 复式橡胶缓冲器工作过程

3 过渡车钩

过渡车钩用于动车组与机（客）车相互连挂时使用。当动车组在线路上发生故障无法运行或动车组采用回送车短途回送时，就需要采用过渡车钩将动车组和机（客）车的车钩连接起来，达到救援回送的目的。 过渡车钩由10型过渡车钩模块和15号过渡车钩模块两部分组成，10型过渡车钩可以和动车组前端车钩连挂，15号过渡车钩模块则可以和机（客）车的13号（或15号）车钩连挂。2个模块间通过卡槽的方式连接。过渡车钩参数见表3，过渡车钩主体结构见图23。

3.1 10型过渡车钩模块

10型过渡车钩模块可以和动车组上的前端车钩连挂。钩头前端面有一个凸锥和一个凹锥，用于过渡车钩的连挂导向，保证过渡车钩和前端车钩连挂时的自动矫正和对中。10型过渡车钩模块还包含制动管和总风管，用以向机（客）车传递空气压力信号。10型过渡车钩模块结构见图24。

3.2 15号过渡车钩模块

15号过渡车钩模块可以和机（客）车的13号（或15号）车钩连挂，只是15号过渡车钩模块的钩舌是固定的，连挂时需要将机（客）车车钩处于待挂位置方可连挂。为了防止过渡车钩在运行时上下摆动导致脱钩，在15号过渡车钩模块上安装了高度调节装置，使得过渡车钩在运行时不会由于上下错动较大导致车钩脱钩。15号过渡车钩结构见图25。

3.3 过渡车钩的使用

（1）将前端车钩缓冲装置制动管路和总风管路的气阀处于关闭位，准备好车钩连挂。

（2）将10型过渡车钩通过钩抓安装到动车组前端车钩上；拆卸开口销，拉出止动销。

（3）将15号过渡车钩安装到10型过渡车钩上，并安装止动销和开口销，防止车钩模块错动。

（4）向上提升过渡车钩，用力向下撞击，确保过渡车钩和前端车钩连挂。如果向下撞击后连挂机构不能彼此连挂，在与机（客）车的实际连挂中，连挂机构可以实现连挂。

（5）拉出下锁紧销，拆卸支撑脚；拉出上锁紧销，从存储状态拆卸高度调节装置。

表3 过渡车钩参数

图23 过渡车钩主体结构

图24 10型过渡车钩模块结构

图25 15号过渡车钩模块结构

（6）机（客）车以不高于2 km/h的速度缓慢驶向连挂着过渡车钩的动车组，实现自动连挂。

（7）连接两列车的空气管路检测连挂机构是否连挂可靠，将高度调节装置调整到安装位置，安装上锁紧销到调整孔上，允许过渡车钩在高度方向上可滑动；安装支撑脚；到10型过渡车钩下部，安装下锁紧销。

（8）进行推拉试验，保证列车正常连挂完好，过渡车钩连挂完成。连挂示意见图26。

图26 过渡车钩连挂示意

4 结束语

广深港动车组目前已经完成了救援连挂、重联、线路考核等试验，车钩缓冲装置在各类试验过程中完全满足动车组的使用要求。广深港动车组用车钩缓冲装置系统的设计延续了CRH380A/AL型动车组纵向冲动小、舒适性高、可靠性高、维护方便等优点，通过在前端车钩缓冲装置上使用大容量的气液缓冲器、安装压溃管、采用10型车钩，实现了动车组以不高于10 km/h连挂时车体结构不受损坏的要求，提升了CRH380A系列动车组的被动防护能力，满足了动车组互联互通的要求。

[1] 田国明．密接式车钩解钩风缸的研制[J]．机车车辆工艺，2009(5)：24-25．

[2] 杨调动，陈凯．引进200 km/h动车组钩缓装置比较分析[J]．铁道车辆，2006，44(9)：6-10．

[3] 吴刚，郑伟，王起梁．CRH2型动车组用过渡车钩的研制[J]．机车车辆工艺，2012(3)：26-27．

[4] 王成涛，陈凯．200 km/h客车用车钩缓冲装置选型分析[J]．铁道车辆，2011，49(4)：19-22．

[5] 王学亮，姜晓东．车钩缓冲装置用过载保护吸能装置综述[J]．机车车辆工艺，2011(3)：14-16．

郑 伟：南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心， 工程师，山东 青岛，266111

陈书翔：南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心， 高级工程师，山东 青岛，266111

孙现亮：南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心， 高级工程师，山东 青岛，266111

郭志成：南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心， 高级工程师，山东 青岛，266111

林庆琳：南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心， 工程师，山东 青岛，266111

责任编辑 高红义

U266.2

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1672-061X（2014）04-0019-08