動(dòng)車(chē)組自動(dòng)車(chē)鉤的主要故障和檢修工藝設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1前言 2一、 自動(dòng)車(chē)鉤結(jié)構(gòu)及工作原理 4\o"CurrentDocument"概述 4機(jī)械連接裝置 4電氣連接裝置 6壓縮空氣連接裝置 7車(chē)鉤三態(tài)作用原理 7本章小結(jié) 9二、 自動(dòng)車(chē)鉤損傷理論分析 9自動(dòng)車(chē)鉤受力分析 9車(chē)鉤有限元強(qiáng)度校核 10模態(tài)分析 13本章小結(jié) 15三、 損傷和故障及其解決方案 161-機(jī)械失效分析 16機(jī)械失效常見(jiàn)形式和分析 16機(jī)械故障 19空氣連接部件故障 20電氣頭操作和電氣頭故障 20參考文獻(xiàn) 22致謝 23摘要CRH1A型動(dòng)車(chē)組自動(dòng)車(chē)鉤通常用于連列短編動(dòng)車(chē)組，列車(chē)的縱向作用力，其性能關(guān)系到CRH1A型動(dòng)車(chē)組運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性。CRH1A型動(dòng)車(chē)組的檢修人員需要對(duì)其自動(dòng)車(chē)鉤的構(gòu)造、工作原理有深入的認(rèn)識(shí)，并能分析其故障，尋求解決故障的方法。本文分析了CRH1A型動(dòng)車(chē)組自動(dòng)車(chē)鉤機(jī)械連接、電氣連接和空氣管路連接主要部件的結(jié)構(gòu)及其作用，待掛、連接和解鉤三態(tài)作用的工作原理，繪制了CRH1A型動(dòng)車(chē)組自動(dòng)車(chē)鉤的三維造型。對(duì)自動(dòng)車(chē)鉤進(jìn)行受力分析，采用有限元分析軟件建立主要受力件的分析模型，計(jì)算在規(guī)定的兩種工況時(shí)的靜強(qiáng)度，通過(guò)計(jì)算得出應(yīng)力較大的部件及其位置，這也是自動(dòng)車(chē)鉤可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的部位，然后對(duì)自動(dòng)車(chē)鉤進(jìn)行機(jī)械損傷分析。對(duì)殼體和鉤頭內(nèi)部關(guān)鍵零件進(jìn)行了模態(tài)分析，判定車(chē)鉤不會(huì)產(chǎn)生共振。根據(jù)其關(guān)鍵位置容易出現(xiàn)的不同問(wèn)題，將故障分為脆斷、機(jī)械故障、解鉤故障以及電氣故障進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的解決措施。提出了日常維護(hù)時(shí)的注意事項(xiàng)。根據(jù)理論的分析，CRH1A型動(dòng)車(chē)組自動(dòng)車(chē)鉤不存在設(shè)計(jì)缺陷，只要確保日常檢修的符合規(guī)范，就能保證自動(dòng)車(chē)鉤的安全實(shí)用，從而降低事故的發(fā)生率。關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；自動(dòng)車(chē)鉤；車(chē)鉤三態(tài)；車(chē)鉤故障第1頁(yè)共23頁(yè)刖舌2007年4月18日，中國(guó)鐵路第六次大提速正式實(shí)施，在京哈、京滬、京廣等干線(xiàn)大量開(kāi)行具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)速200km至250km“和諧號(hào)”高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)。這標(biāo)志著中國(guó)鐵路一舉進(jìn)入高速時(shí)代。目前，我國(guó)高速鐵路的營(yíng)業(yè)里程已達(dá)7531km,成為世界上高鐵運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)的國(guó)家。在此過(guò)程中我國(guó)系統(tǒng)的掌握了動(dòng)車(chē)組的九大關(guān)鍵技術(shù)。在自主研制350公里動(dòng)車(chē)組時(shí)，我國(guó)展開(kāi)了系統(tǒng)的創(chuàng)新，在輪軌動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)力學(xué)控制、車(chē)體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向架、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、環(huán)境控制、系統(tǒng)集成等制約速度提升的關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了重大突破。在大量科學(xué)研究試驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，再開(kāi)展一系列技術(shù)創(chuàng)新，成功研制時(shí)速380公里新一代高速列車(chē)，用于京滬高鐵。在這一臺(tái)階，我們?cè)诹骶€(xiàn)型頭型、氣密強(qiáng)度與氣密性、振動(dòng)模態(tài)、轉(zhuǎn)向架、減振降噪、牽引系統(tǒng)、弓網(wǎng)受流、制動(dòng)系統(tǒng)、旅客界面、智能化等十大關(guān)鍵技術(shù)上取得了重要突破。CRH1A型動(dòng)車(chē)組是第一批引進(jìn)消化吸收的動(dòng)車(chē)組。目前，成都鐵路局的20組動(dòng)車(chē)組（CRH1A021?CRH1A040）承載著兩條時(shí)速200km/h的高速線(xiàn)路，4.2萬(wàn)人的日均發(fā)送量。未來(lái)10年將新增營(yíng)業(yè)里程1200公里，新建成成綿樂(lè)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、成都至都江堰鐵路彭州支線(xiàn)高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)。目前，世界上的機(jī)車(chē)貨車(chē)車(chē)鉤主要是以美國(guó)研制的E型和F型車(chē)鉤為主，主要生產(chǎn)廠家有ASFKeystone公司、McConway&Torley鑄鋼公司以及哥倫布鑄鋼公司等。這些公司開(kāi)發(fā)能力都很強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)程度高、生產(chǎn)規(guī)模大；他們大都采用計(jì)算機(jī)控制的大型電爐熔煉、潮模砂沖擊造型生產(chǎn)線(xiàn)等現(xiàn)代化鑄造設(shè)備，鑄件采用Pro/E三維CAD設(shè)計(jì)，Pro.MechanicaFEA有限元應(yīng)力分析和鑄造工藝凝固模擬等先進(jìn)技術(shù)。這些公司平均日產(chǎn)車(chē)鉤數(shù)百套?？蛙?chē)用車(chē)鉤主要以德國(guó)的Schaku（已被福伊特公司收購(gòu)）方錐形密接車(chē)鉤最具代表性，瑞典Dellner公司生產(chǎn)的車(chē)鉤與Schaku公司生產(chǎn)的車(chē)鉤基本相同，其中Schaku密接式車(chē)鉤裝置占據(jù)了歐洲高速列車(chē)的大部分市場(chǎng)，德國(guó)ICE系列與法國(guó)TGV系列高速列車(chē)全部裝用Schaku密接式車(chē)鉤。我國(guó)能批量生產(chǎn)客車(chē)密接式車(chē)鉤緩沖器的還只有四方車(chē)輛研究所，直接參與的有300-400人，目前通過(guò)消化改進(jìn)技術(shù)國(guó)外技術(shù)已經(jīng)生產(chǎn)出國(guó)產(chǎn)化的密接車(chē)鉤用于試驗(yàn)。相對(duì)于歐系的旅客列車(chē)而言，在日系車(chē)輛中主要采用的是柴田式自動(dòng)車(chē)鉤。本論文主要是利用CATIA建立的CRH1A的三維模型，再用ABAQUS6.11-1對(duì)三維模型進(jìn)行靜強(qiáng)度分析和模態(tài)分析，得出應(yīng)力較大部位和固有頻率。利用這些結(jié)果提出對(duì)時(shí)間維護(hù)過(guò)程當(dāng)中有效的故障解決方案。（1）利用已有資料對(duì)自動(dòng)車(chē)鉤的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行介紹，分析了車(chē)鉤三態(tài)作用原理；第2頁(yè)共23頁(yè)（2） 用CATIA軟件對(duì)自動(dòng)車(chē)鉤的鉤頭做三維造型；（3） 用ABAQUS6.11-1對(duì)模型靜強(qiáng)度校核和模態(tài)分析；（4） 對(duì)自動(dòng)車(chē)鉤常發(fā)生的故障進(jìn)行分析，提出解決方法。自動(dòng)車(chē)鉤結(jié)構(gòu)及工作原理：自動(dòng)車(chē)鉤是一列多編組車(chē)組各編組之間的機(jī)械連接部分，車(chē)鉤中還包括壓縮空氣連接裝置，是連接制動(dòng)風(fēng)管和主風(fēng)缸空氣管路。另外還有傳輸數(shù)據(jù)通信的電氣連接部分。電氣連接鉤頭是活動(dòng)的，在多重連掛和結(jié)構(gòu)式可以前后推動(dòng)。第3頁(yè)共23頁(yè)一、自動(dòng)車(chē)鉤結(jié)構(gòu)及工作原理概述沙庫(kù)自動(dòng)車(chē)鉤是實(shí)現(xiàn)鐵道車(chē)輛自動(dòng)連掛的裝置。如果兩車(chē)存在一定的橫向和垂向偏移角度，也能實(shí)現(xiàn)兩車(chē)自動(dòng)連掛。在通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)，允許車(chē)輛之間存在一定的橫向和垂向的角度，這樣就可以就能使兩車(chē)有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而順利的通過(guò)曲線(xiàn)。自動(dòng)車(chē)鉤不僅能使兩車(chē)自動(dòng)連掛，而且能使車(chē)輛之間需要的電氣、通信和空氣管路自動(dòng)連接。車(chē)鉤鉤身上有一個(gè)氣壓控制的縮回裝置使車(chē)鉤在解鉤狀態(tài)下縮回350mm?？諝夤苈返倪B接是和機(jī)械連掛同時(shí)發(fā)生的。司機(jī)可以通過(guò)遠(yuǎn)距離控制車(chē)鉤解鉤，也可以通過(guò)車(chē)鉤本身自帶的提桿解鉤。車(chē)鉤頭連接面處和電動(dòng)車(chē)鉤上都有加熱器，可以防止列車(chē)在高寒地區(qū)運(yùn)行時(shí)，由于冰雪帶來(lái)故障。機(jī)械連接裝置機(jī)械部分是自動(dòng)車(chē)鉤的基礎(chǔ)部分，一切功能都要在機(jī)械部分良好作用的狀態(tài)下。主要包括鉤頭、鉤身和緩沖器等部分。鉤頭自動(dòng)車(chē)鉤是CRH1A動(dòng)車(chē)組重聯(lián)時(shí)，保證兩組車(chē)能夠順利連接，并保持連接狀態(tài)良好的關(guān)鍵部件，而其中鉤頭是自動(dòng)車(chē)鉤中，起這些作用的關(guān)鍵部分。最小連掛速度要求為0.6km/h。連掛時(shí)，鉤鎖鐵可以提供牢固，無(wú)間隙機(jī)械，氣動(dòng)和電動(dòng)連接。只有鉤頭部分的良好連接方能保證電氣連接端頭、制動(dòng)風(fēng)管、主風(fēng)管、解鉤風(fēng)管和解鉤風(fēng)缸的安裝狀態(tài)正常。機(jī)械鉤頭的材料需要采用較高強(qiáng)度的鋼，需要有非常高的屈服極限要求，并且還要有較高的能量吸收率。因此，在級(jí)鋼，材料的強(qiáng)度極限也不低于830MPao車(chē)鉤連接面是車(chē)鉤受壓時(shí)，很重要的部位。當(dāng)兩車(chē)鉤相互擠壓時(shí)，都是通過(guò)車(chē)鉤連前端接面?zhèn)鬟f受力。端面上配有凸錐和凹錐，可以在車(chē)鉤連掛時(shí)保證車(chē)鉤的接合和對(duì)中。最小連掛速度要求為0.6kph。連掛時(shí)，鉤鎖鐵可以提供牢固，無(wú)間隙機(jī)械，氣動(dòng)和電動(dòng)連接。鉤身自動(dòng)車(chē)鉤鉤身是承受自動(dòng)車(chē)鉤鉤頭到車(chē)體的拉伸和壓縮的力的部件，具有很好的承受抗沖擊的性能，同時(shí)具有一定的抗切和抗扭的能力。車(chē)鉤鉤身配有一個(gè)連接卡環(huán)，車(chē)鉤解鉤時(shí)，連接卡環(huán)將車(chē)鉤縮回到前蓋板的后面，并且在前蓋板打開(kāi)之后會(huì)將車(chē)鉤伸開(kāi)到待連掛位置。位于車(chē)鉤鉤身后部的氣缸將車(chē)鉤伸開(kāi)直到全部打開(kāi)。車(chē)鉤鉤身由一個(gè)氣動(dòng)鎖閉裝置鎖閉在打開(kāi)位置上。如果要縮第4頁(yè)共23頁(yè)回車(chē)鉤鉤身，則必須松開(kāi)這個(gè)氣動(dòng)鎖閉裝置。當(dāng)車(chē)鉤鉤身位于縮回位置上時(shí)，則車(chē)鉤鉤身由一個(gè)內(nèi)置鎖閉螺栓鎖閉，其主要的組成部分有自動(dòng)伸縮裝置，閉鎖裝置，壓饋管，中空橡膠墊。車(chē)鉤鉤身用來(lái)連接車(chē)鉤頭和車(chē)體底架。車(chē)鉤鉤身包括中空橡膠彈簧。鉤身上有一個(gè)氣動(dòng)伸縮裝置，可控制車(chē)鉤前后伸縮350mm。一個(gè)鎖閉機(jī)構(gòu)將鉤身保持在各自位置。1） 連接車(chē)鉤鉤身的前端配有一個(gè)鉤環(huán)可以通過(guò)易分離式套筒連接將車(chē)鉤鉤身連接到車(chē)鉤頭上。車(chē)鉤鉤身的后部通過(guò)4個(gè)螺拴栓固定在車(chē)體底架上。緩沖裝置和伸縮裝置通過(guò)法蘭連接。2） 能量吸收沖擊和牽引不一致產(chǎn)生的載荷由中空橡膠彈簧吸收，每個(gè)中空橡膠彈簧最大位移量45mm。過(guò)量載荷通過(guò)車(chē)鉤傳遞到車(chē)底底架。直至底架上剪切部件作用，車(chē)鉤被推到底架中空橡膠彈簧把車(chē)鉤保持在直線(xiàn)位置上，除此之外，車(chē)鉤還配有支撐彈簧（位于車(chē)鉤鉤身和車(chē)體底架之間）。車(chē)鉤位于軌道面之上的高度可以通過(guò)兩個(gè)螺栓進(jìn)行調(diào)整。此外，支撐彈簧和中空橡膠彈簧將解鉤車(chē)鉤保持在中線(xiàn)上防止車(chē)鉤橫向擺動(dòng)。3） 對(duì)中調(diào)整中空橡膠彈簧將車(chē)鉤保持在中線(xiàn)位置上并且使車(chē)鉤鉤身在列車(chē)通過(guò)曲線(xiàn)軌道之后重新回到軸對(duì)稱(chēng)位置。4） 伸縮機(jī)構(gòu)鉤身具有一個(gè)伸縮機(jī)構(gòu)，當(dāng)不連掛時(shí)，車(chē)鉤將收縮，位于前導(dǎo)流罩后面，當(dāng)需要連掛時(shí)，前導(dǎo)流罩打開(kāi)，伸出車(chē)鉤，位于車(chē)鉤鉤身后面的氣缸將鉤身前部連同鉤頭推倒完全伸出位置，一個(gè)氣控閉鎖機(jī)構(gòu)將鉤身鎖定在伸出位置，如果需要收回車(chē)鉤，這個(gè)閉鎖機(jī)構(gòu)需要重新解鎖，在車(chē)鉤回收位置，鉤身將被其閉鎖裝置自動(dòng)車(chē)鉤閉鎖裝置是自動(dòng)車(chē)鉤的自動(dòng)伸縮裝置的重要組成部分，兩個(gè)閉鎖栓承受了自動(dòng)車(chē)鉤的壓縮和拉伸載荷，安裝在其上的氣缸作為自動(dòng)車(chē)鉤的開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)。自動(dòng)車(chē)鉤的閉鎖裝置在不聯(lián)掛的時(shí)候是處于縮回的狀態(tài)，此時(shí)的自動(dòng)車(chē)鉤鉤頭沒(méi)有伸出，處于待聯(lián)掛位置；當(dāng)需要進(jìn)行聯(lián)掛時(shí)，在司機(jī)室的司機(jī)或者在軌道旁的手動(dòng)操作員按照操作就可以將自動(dòng)伸縮裝置伸出，準(zhǔn)備進(jìn)行聯(lián)掛。這個(gè)裝置是半自動(dòng)車(chē)鉤和過(guò)渡車(chē)鉤沒(méi)有的裝置，是自動(dòng)車(chē)鉤所特有的設(shè)備之一。解鉤氣缸是作為自動(dòng)車(chē)鉤在解鉤過(guò)程中一個(gè)控制部件。它位于自動(dòng)車(chē)鉤鉤頭緩沖裝置自動(dòng)車(chē)鉤上的緩沖裝置有中空橡膠彈簧阻尼器和套筒橡膠墊緩沖器組成，屬于屈曲管軸對(duì)稱(chēng)屈曲變形型的緩沖器。位于車(chē)鉤鉤身與車(chē)底架緩沖兩相連接處。緩沖裝置的工作原理是將車(chē)輛連掛（因?yàn)榇藭r(shí)車(chē)輛有一定的連掛速度）或第5頁(yè)共23頁(yè)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的縱向沖擊和振動(dòng)力，通過(guò)壓縮緩沖裝置中的橡膠墊阻尼器和緩沖器等部件來(lái)吸收沖擊能量，從而減緩沖擊和振動(dòng)，保護(hù)車(chē)輛不受損壞，提高列車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)性。緩沖裝置的性能主要表現(xiàn)在阻尼器和緩沖器的形成、最大作用力、容量和能量吸收率，等等。行程是指阻尼器和緩沖器售后產(chǎn)生的最大變形量；足底啊作用力是阻尼器和緩沖器在變形量最大時(shí)所受的外力；容量是阻尼器和緩沖器在被壓縮的過(guò)程中，外力所做的功；能量吸收率是阻尼器和緩沖區(qū)吸收沖擊能量的能力，要求不低于70%。阻尼器和緩沖器能有效地發(fā)揮減振的功能。通過(guò)易拆卸卡環(huán)連接方式將車(chē)鉤鉤身與機(jī)械鉤頭連接到一起?？ōh(huán)連接包括兩個(gè)套筒。兩個(gè)套筒由4個(gè)六角頭螺栓和螺帽連結(jié)，螺帽下面有鎖閉墊圈緊固。電氣連接裝置電氣鉤頭采用不同的端子將兩列車(chē)組間電器連接溝通。車(chē)鉤電氣鉤頭及其接觸方式以下特點(diǎn)：電纜和接線(xiàn)柱連接電氣鉤頭罩電纜是防水防變形電纜。電纜引線(xiàn)通過(guò)接線(xiàn)柱連接到公針和母針上。插針可從前端更換。通風(fēng)和排水電氣鉤頭封罩配有排水塞，可以排放冷凝水。此塞口也用于封罩的通風(fēng)。觸點(diǎn)保護(hù)電動(dòng)車(chē)鉤配有一個(gè)保護(hù)蓋，保護(hù)蓋在電氣鉤頭前后移動(dòng)的時(shí)候自動(dòng)開(kāi)關(guān)。當(dāng)車(chē)鉤處于連掛狀態(tài)時(shí)，電氣鉤頭緊密壓縮，以確保恒定的接觸壓力。當(dāng)處于連掛狀態(tài)時(shí)，一個(gè)附著在絕緣塊四周的橡膠框使電氣鉤頭連掛時(shí)處于密封狀態(tài)，可以防止水或者灰塵進(jìn)入，保護(hù)接觸頭不受外部環(huán)境的影響。對(duì)中電氣鉤頭封罩配有對(duì)中元件，連掛時(shí)可以幫助電氣鉤頭對(duì)中。電氣鉤頭控制機(jī)構(gòu)位于車(chē)鉤頭的后部包括一個(gè)杠桿系統(tǒng)和一個(gè)氣缸。這個(gè)操作機(jī)構(gòu)可以把電氣鉤頭前后移動(dòng)。電氣鉤頭控制機(jī)構(gòu)傳動(dòng)電氣鉤頭控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作由氣缸(壓縮氣源來(lái)自主風(fēng)缸管)活塞控制。氣源由定向閥控制，電氣鉤頭的連接總是在機(jī)械連掛程序之后完成，反之亦然，這樣就可以避免對(duì)電動(dòng)接觸的損壞。電氣鉤頭手動(dòng)隔離電氣鉤頭可以進(jìn)行獨(dú)立手動(dòng)隔離，無(wú)需松開(kāi)機(jī)械和氣動(dòng)連接。電氣鉤頭移動(dòng)時(shí)，位于機(jī)械鉤頭凹錐一側(cè)的球形塞門(mén)必須關(guān)閉。這樣就可以把電氣鉤頭手動(dòng)推回到收起位置。接地電纜接地電纜接到車(chē)鉤上，接受電流并旁通非導(dǎo)電部件。接地電纜的位置有兩個(gè)，意識(shí)在車(chē)鉤頭和車(chē)鉤身之間，二是在車(chē)鉤鉤身和車(chē)體之間。第6頁(yè)共23頁(yè)接地線(xiàn)束包括直徑500mm2的電纜。（7）電動(dòng)端頭電氣端頭是兩輛重聯(lián)動(dòng)車(chē)組的電氣和通信連接的頭，電氣端頭只有在使用過(guò)渡車(chē)鉤回送動(dòng)車(chē)組時(shí)可以不用，其他時(shí)候都會(huì)投入使用的。線(xiàn)纜的電壓有110V的車(chē)輛基本應(yīng)急的電壓和控制所用的通信電壓?？刂茩C(jī)構(gòu)電氣端頭控制機(jī)構(gòu)位于車(chē)鉤頭的后部包括一個(gè)杠桿系統(tǒng)和一個(gè)氣缸。這個(gè)操作機(jī)構(gòu)可以把電氣端頭前后移動(dòng)。電氣端頭控制機(jī)構(gòu)傳動(dòng)：電氣端頭控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作由氣缸（壓縮氣源來(lái)自MR管）活塞控制。氣源由定向閥控制，電氣端頭的連接總是在機(jī)械連掛程序之后完成，反之亦然，這樣就可以避免對(duì)電動(dòng)接觸的損壞。電氣端頭手動(dòng)隔離：電氣端頭可以進(jìn)行獨(dú)立手動(dòng)隔離，無(wú)需松開(kāi)機(jī)械和氣動(dòng)連接。電氣端頭移動(dòng)時(shí)，位于機(jī)械鉤頭凹錐一側(cè)的球形塞門(mén)必須關(guān)閉。這樣就可以把電氣端頭手動(dòng)推回到收起位置。壓縮空氣連接裝置制動(dòng)管（制動(dòng)管路）的空氣管路連接設(shè)置在車(chē)鉤連接面上并安裝裝在罩殼內(nèi)。接頭的接口件（包括插口和墊片）突出車(chē)鉤連接面約8mm,在連掛時(shí)被壓到配合車(chē)鉤的接口件上，保證了氣密性。一個(gè)止擋彈簧防止接口件掉落?？諝夤苈方宇^配有一個(gè)由鉤鎖鐵控制的閥門(mén)。閥門(mén)保證制動(dòng)管在連掛和解鉤時(shí)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。在車(chē)鉤斷開(kāi)的情況下，制動(dòng)管路保持打開(kāi)狀態(tài)，啟動(dòng)自動(dòng)停車(chē)動(dòng)作。車(chē)鉤三態(tài)作用原理機(jī)械鉤頭和鉤鎖鐵確保兩節(jié)車(chē)廂的機(jī)械連掛。其表面帶有一個(gè)凸錐和一個(gè)凸錐可以允許車(chē)鉤在一個(gè)比較大的橫向和垂向范圍在這個(gè)操作位置上，兩岸縮回到靠近凸錐邊緣的位置，有一個(gè)棘爪固定。吊板被彈簧拉緊。棘爪突出車(chē)鉤頭一側(cè)并且卡在導(dǎo)桿上。連掛狀態(tài)：當(dāng)車(chē)鉤面向配合車(chē)鉤時(shí)，凸錐把導(dǎo)桿向后壓與只當(dāng)上松開(kāi)的棘爪密貼。這個(gè)動(dòng)作，使得鉤鎖鐵通過(guò)拉伸彈簧轉(zhuǎn)向連掛位置知道連桿咬合到吊板上（吊板壓在車(chē)鉤頭的一個(gè)止擋上）。連掛之后，鉤鎖鐵形成一個(gè)平行四邊形以確保力的平衡。鉤鎖鐵只收到均勻作用在連桿上的拉伸載荷。解鉤狀態(tài)：解鉤可以通過(guò)司機(jī)室遠(yuǎn)程控制完成或軌道側(cè)手動(dòng)完成。遙控解鉤，按下按鈕。自動(dòng)接合連掛可以在陰影所示范圍自動(dòng)車(chē)鉤技術(shù)規(guī)范根據(jù)由中外合資企業(yè)青島四方-龐巴迪-鮑爾鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司（BSP）生產(chǎn)的CRH1A型動(dòng)車(chē)組時(shí)，所采用的產(chǎn)品規(guī)范，列出關(guān)于自動(dòng)車(chē)鉤的技術(shù)規(guī)范。第7頁(yè)共23頁(yè)本章小結(jié)本章把自動(dòng)車(chē)鉤按照機(jī)械裝置、電氣連接部分和壓縮空氣連接部分，做了較詳細(xì)的各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)，以及工作原理。在機(jī)械裝置部分，詳細(xì)的闡述了各部件之間配合以及相互作用的原理。機(jī)械部分是保證其他兩部分起作用的重要前提，因此其穩(wěn)定性也是整體車(chē)鉤的關(guān)鍵。只有連接緊密才來(lái)保證電氣裝置和空氣管路的正常連接。第8頁(yè)共23頁(yè)二、自動(dòng)車(chē)鉤損傷理論分析自動(dòng)車(chē)鉤受力分析車(chē)鉤在動(dòng)車(chē)組運(yùn)行中，若是受拉力，則是拉桿先受力，最終傳遞到緩沖器±;若是受壓力，則是車(chē)鉤斷面先受力，最終傳到緩沖器上。因此以下在做受力分析時(shí)，是先分析鉤頭各部件的受力，再對(duì)緩沖器受力過(guò)載的情況做分析。自動(dòng)車(chē)鉤鉤頭各部件受力自動(dòng)車(chē)鉤的鉤體內(nèi)外承受的力是有所區(qū)別。當(dāng)重聯(lián)動(dòng)車(chē)組起動(dòng)和加速時(shí)，由車(chē)鉤頭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來(lái)承受拉力，傳遞到鉤頭體上的也是拉力。車(chē)鉤受力部件有：車(chē)鉤頭體、中心軸銷(xiāo)、吊板、連桿銷(xiāo)、連桿。重聯(lián)動(dòng)車(chē)組起動(dòng)時(shí)，車(chē)鉤鉤頭部分與鉤身是緊密連接，車(chē)身與緩沖裝置是緊密連接，只有在車(chē)鉤頭部分才是有縫隙，所以在，兩車(chē)產(chǎn)生縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，是鉤頭先受到拉力。鉤頭部分力的傳遞依次則是：連桿T連桿銷(xiāo)T吊板T中心軸銷(xiāo)T車(chē)鉤頭體T連接卡環(huán)。自動(dòng)車(chē)鉤能夠承受的最大拉力為lOOOkNc此時(shí)橡膠墊緩沖裝置在承受最大的拉伸時(shí)形成為45mm。車(chē)鉤的縱向力也就是動(dòng)車(chē)組牽引、阻力和制動(dòng)力。車(chē)輪與鋼軌黏著力是給動(dòng)車(chē)組提供縱向的，因此當(dāng)牽引力大于黏著力，或者是制動(dòng)力大于黏著力時(shí)都會(huì)使車(chē)輪在鋼軌上打滑，產(chǎn)生脫軌的危險(xiǎn)。一般不會(huì)使動(dòng)車(chē)組在處于臨界黏著力的情況下起動(dòng)，只有緊急制動(dòng)時(shí)，才會(huì)在接近黏著力的情況下制動(dòng)。動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)都會(huì)有阻力。動(dòng)車(chē)組只有在重聯(lián)或者是救援時(shí)才會(huì)使用自動(dòng)車(chē)鉤。而救援是使用的過(guò)渡車(chē)鉤的最大受拉強(qiáng)度為450kN,小于自動(dòng)車(chē)鉤的lOOOkN受拉強(qiáng)度，因此在考慮自動(dòng)車(chē)鉤受力是不需要考慮在救援時(shí)自動(dòng)車(chē)鉤的受拉強(qiáng)度不滿(mǎn)足要求的情況。以下是在動(dòng)車(chē)組重聯(lián)時(shí)，在最大的牽引力情況下對(duì)自動(dòng)車(chē)鉤的強(qiáng)度進(jìn)行校核。車(chē)輛黏著牽引力能提供的最大加速度為1.01m/s2,而車(chē)鉤能接受2.1m/s2重聯(lián)動(dòng)車(chē)組的加速度，所以在正常運(yùn)行中，只要保證車(chē)輪不打滑，就能保證車(chē)鉤不斷裂。在下文的靜強(qiáng)度校核中,仍采用最大的lOOOkN拉力對(duì)車(chē)鉤強(qiáng)度校核，這樣可以滿(mǎn)足在運(yùn)行中的牽引力最大的要求。根據(jù)受力的傳遞情況，設(shè)置車(chē)鉤鉤頭體和圖追面板之間的裝配關(guān)系，這樣來(lái)保證殼體的受力情況滿(mǎn)足實(shí)際要求。而每只拉桿承受的拉力則是整個(gè)拉力的一半，也就是500kNo由于吊板與拉桿組成平行四邊形，兩端受力是同一方向，在計(jì)算時(shí)，兩端受力均采用500kNo當(dāng)重聯(lián)動(dòng)車(chē)組承受的是壓力時(shí)，拉桿承受的是壓力。鉤頭體上不僅有中心軸銷(xiāo)沿各自車(chē)體方向的壓力，還有車(chē)鉤接觸面的壓力。這樣就使車(chē)鉤在鉤面和中心軸銷(xiāo)孔之間承受一定的拉力，而在中心軸銷(xiāo)孔到鉤頭的尾部之間承受的是第9頁(yè)共23頁(yè)壓力。根據(jù)研究的要求，車(chē)鉤頭體的最小拉壓強(qiáng)度為830MPa,整個(gè)車(chē)鉤的縱向耐壓強(qiáng)度為1500kN。因此，緩沖裝置受力過(guò)載分析車(chē)鉤的緩沖裝置是車(chē)輛中非常重要的一門(mén)技術(shù)。車(chē)輛連掛時(shí)一般都有一定的較小速度要求，連掛的速度是依照緩沖裝置的容量而設(shè)定。所以車(chē)輛遁形時(shí)速度控制難度就較大，如果超過(guò)了設(shè)定的連掛速度，緩沖器就有可能被全部壓死。車(chē)溝里直接傳遞給車(chē)體低價(jià)，造成剛性沖擊，會(huì)對(duì)車(chē)體上設(shè)備及人員安全造成一定的傷害。因此，歐洲的車(chē)輛制造商在研制車(chē)輛時(shí)均要求安裝過(guò)載保護(hù)吸能裝置。目前，國(guó)內(nèi)的地鐵輕軌市場(chǎng)大多采用歐洲的帶有過(guò)載保護(hù)裝置吸能裝置的車(chē)鉤緩沖系統(tǒng)。目前，國(guó)外使用的過(guò)載保護(hù)吸能裝置一般有兩大類(lèi)：1） 屈曲管主要有方管、矩形管、錐形管和正弦形式薄壁梁，這類(lèi)原件主要用于車(chē)輛端部的吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，如車(chē)輛端部的防爬器。2） 套筒式按其工作原理分，主要有擴(kuò)張式、收縮式、折疊式等。其中，擴(kuò)張式和收縮式多與鉤緩裝置集成在一起使用；折疊式多單獨(dú)使用與車(chē)輛端部。在安裝空間上，折疊式占有的空間較大，其余兩種占用的空間基本相同。在結(jié)構(gòu)上，折疊式有圓形、方形或方錐形等結(jié)構(gòu)；擴(kuò)張和收縮式多為圓筒形結(jié)構(gòu)。目前屈曲管應(yīng)用較多的是圓管和方管。常見(jiàn)的變形方式主要有軸對(duì)稱(chēng)區(qū)區(qū)和翻轉(zhuǎn)變形兩。國(guó)Pm6Ret2D式中：Pm—材料的屈服強(qiáng)度/Pa；t一屈曲管壁厚/mD一屈曲管中性面直徑/m基本參數(shù)及計(jì)算過(guò)載保護(hù)吸能裝置容量計(jì)算可按照動(dòng)力學(xué)的方法計(jì)算，也可按照經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。GLu（英）通過(guò)對(duì)Alstom公司列車(chē)的計(jì)算分析認(rèn)為，可用首車(chē)的動(dòng)能直接作用于被沖擊車(chē)輛，而忽略沖擊車(chē)輛數(shù)量。根據(jù)公式計(jì)算出來(lái)的材料屈服強(qiáng)度和吸能要求，可以選擇過(guò)載保護(hù)裝置的橡膠材料。車(chē)鉤有限元強(qiáng)度校核根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，自動(dòng)車(chē)鉤的強(qiáng)度研究主要集中在對(duì)鉤體及其在此三維軟件中簡(jiǎn)單裝配，從而進(jìn)一步確定三維實(shí)體的形狀和尺寸。由于軟件之間存在一定的格式接口，強(qiáng)度校核采用的是ABAQUS6.11-1,可以將三維的造型實(shí)體直接導(dǎo)入其中，這樣就能實(shí)現(xiàn)三維造型與強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)之間的無(wú)縫連接。并且ABAQUS6.11-1也能進(jìn)行模態(tài)分析，減少學(xué)習(xí)軟件所需的時(shí)間。（1）實(shí)體造型方法：三維實(shí)體造型是一個(gè)既要考慮零件本身的形狀尺寸要求，又要兼顧強(qiáng)度校核的要求的艱巨任務(wù)。在造型時(shí)，先根據(jù)原理圖，以及相關(guān)的數(shù)據(jù)要求將每個(gè)零件的形狀確定，第10頁(yè)共23頁(yè)然后再進(jìn)行裝配。由于車(chē)鉤有待掛——連掛——解鉤三態(tài)，根據(jù)這樣要的運(yùn)用要求，就能將各個(gè)部件的位置和形狀確定。由于有限元強(qiáng)度校核，基本的原理就在與將實(shí)體網(wǎng)格細(xì)化。在造型上合理的一些結(jié)構(gòu)，到了網(wǎng)格劃分是就會(huì)出現(xiàn)許多的損壞單元，這樣就會(huì)使強(qiáng)度校核時(shí)不準(zhǔn)確，或者是根本就不能分析。有一些邊的小半徑倒圓角部分，會(huì)出現(xiàn)這個(gè)邊上的應(yīng)力單元全部是損壞的。為了滿(mǎn)足校核的要求，由于倒圓角肯定是減少應(yīng)力集中的，也就是將實(shí)體的結(jié)構(gòu)受力情況變好，所以不用考慮倒圓角對(duì)強(qiáng)度校核的結(jié)構(gòu)影響。（2） 強(qiáng)度校核要求對(duì)于依次斷裂來(lái)說(shuō)，應(yīng)力不得超過(guò)材料的強(qiáng)度極限；對(duì)疲勞破壞來(lái)講，應(yīng)力不得超過(guò)零件的疲勞極限。零件實(shí)體造型零件造型是強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)，因此在造型時(shí)，需要兼顧原理及強(qiáng)度校核的要求。1） 車(chē)鉤體與凸錐面板鉤頭的殼體部分是整體鑄造的，但是為了內(nèi)部部件的安裝，需要將殼體分為兩部分，將凸錐面板先與鉤頭體做成一個(gè)部分。完成此步驟之后，再將保存文件復(fù)制一份，并命名為凸錐面板，在用截?cái)嗝?，沿面板的后端面截?cái)鄬?shí)體，保留面板部分。而車(chē)鉤頭體則是保留另外一部分，這樣就可以減少由于數(shù)據(jù)之間銜接需要的工作量。上述步驟完成之后，再對(duì)一些部位進(jìn)行形狀修改。2） 鉤頭ABAQUS/CAE將各種的功能集成在各模塊中，能夠通過(guò)操作簡(jiǎn)便的界面進(jìn)行建模、分析、任務(wù)管理和結(jié)果評(píng)價(jià)。其優(yōu)點(diǎn)在于，每個(gè)數(shù)據(jù)輸入步驟都是一個(gè)模塊，有數(shù)據(jù)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖。也有操作性強(qiáng)的模塊化命令。使強(qiáng)度校核的數(shù)據(jù)輸入很有條理性。（3） 強(qiáng)度校核的數(shù)據(jù)輸入有以下模塊化步驟：1） 部件模塊部件模塊是ABAQUS實(shí)體建立的步驟?？梢跃驮贏BAQUS中建模實(shí)體模型，不過(guò)比較復(fù)雜，實(shí)用性較低。2） 屬性模塊在此模塊中可以進(jìn)行材料和截面特性的設(shè)置以及彈簧、阻尼器和實(shí)體表面殼的定義等。3） 裝配模塊部件模塊中創(chuàng)建或?qū)氲牟考?，都是在局部坐?biāo)系下進(jìn)行的。對(duì)于多個(gè)部件構(gòu)成的物體，必須將其在同一的整體坐標(biāo)系中進(jìn)行裝配，時(shí)期成為一個(gè)整體，這部分工作在裝配模塊中進(jìn)行。4） 分析步模塊此模塊主要用于分析步和輸出的定義，也可以進(jìn)行求解控制盒自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的設(shè)置。在相互作用模塊定義接觸和在載荷模塊中施加載第11頁(yè)共23頁(yè)荷和邊界條件前，需要?jiǎng)?chuàng)建分析步，選擇在初始步還是分析步中設(shè)置接觸邊界條件，載荷則只能在分析步中。5） 相互作用模塊此模塊主要用于定義裝配件各部分之間的相互作用、約束和連接器，故在進(jìn)入該模塊之前，用戶(hù)需要在裝配功能模塊中創(chuàng)建裝配件并完成各部件實(shí)體的定位。相互作用包括接觸、彈性基礎(chǔ)等。6） 載荷模塊此模塊主要用于定義模型裝配件的載荷、邊界條件、預(yù)定義場(chǎng)和載荷狀況。在定義這些數(shù)據(jù)時(shí)，都需要選擇事先創(chuàng)建好的分析步。7） 劃分網(wǎng)格模塊此模塊主要用于CAD模型網(wǎng)格劃分，是對(duì)于整個(gè)分析結(jié)果相當(dāng)重要的一個(gè)步驟。網(wǎng)格劃分與其他幾個(gè)步驟沒(méi)有先后的順序，不需要選擇其他的步驟結(jié)果。所以是一個(gè)獨(dú)立的操作步驟。只要在數(shù)據(jù)提交之前就能保證此步驟的正確。8） 分析和后處理設(shè)置完各種數(shù)據(jù)之后，先要在分析作業(yè)模塊中創(chuàng)建作業(yè)，提交分析得出結(jié)果之后才能對(duì)結(jié)果進(jìn)行后處理。各部件校核數(shù)據(jù)及結(jié)果如上文提及，分析過(guò)程中，將其分為以下若干部分進(jìn)行分析：車(chē)鉤頭體和凸錐面板、吊板和中心軸銷(xiāo)、連桿和連桿銷(xiāo)。（1）車(chē)鉤頭體和凸錐面板強(qiáng)度校核由于車(chē)鉤頭體與凸錐面板是整個(gè)車(chē)鉤的關(guān)鍵受力部件，并且需要裝配在一起進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。1） 材料選取、網(wǎng)格劃分和裝配關(guān)系車(chē)鉤頭體和凸錐面板使用ZG35CrMo,并經(jīng)過(guò)熱處理，表面噴丸，強(qiáng)度極限大于830MPa,分析時(shí)取830MPa。根據(jù)材料性能可至材料的彈性模量E=210GPa,泊松比為0.28。網(wǎng)格劃分采用正四面體為單元自由劃分。車(chē)鉤頭體的正四面體單元邊長(zhǎng)為14mm,網(wǎng)格數(shù)為32714個(gè)。凸錐面板的正四面單元邊上為15mm,網(wǎng)格數(shù)為17275個(gè)。2） 相互作用、載荷和邊界條件根據(jù)車(chē)鉤連掛之后的對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，需要在凸錐面板和鉤頭體之間固定約束，即綁定在一起。而兩凸錐面板之間就有一定的滑動(dòng)，即小位移，因此在切向定義摩擦因素為0.12的小位移摩擦，法向定義為硬接觸。分析連掛時(shí)受力情況，即拉壓的情況。工況一定義為壓縮，將一車(chē)鉤鉤尾端面進(jìn)行完全約束，另一端加1500kN的壓縮力；工況二定義為拉伸，將兩中心軸銷(xiāo)孔完全約束，在兩車(chē)鉤的鉤尾端面施加1000kN的拉伸力。3） 分析步和分析根據(jù)上述的工況要求需要兩個(gè)分析步，因此創(chuàng)建兩個(gè)分析步，設(shè)置最大增量步數(shù)大小為1000,初始增量步大小為0.1,其余默認(rèn)設(shè)置。然后創(chuàng)建任務(wù)，提交任務(wù)分析。工況一的最大應(yīng)力出現(xiàn)在尾部圓柱與殼體結(jié)合處，值為764MPa；工況二的最大應(yīng)力出現(xiàn)在尾部圓柱與殼體結(jié)合處，值為467.3MPa。第12頁(yè)共23頁(yè)材料的許用應(yīng)力為830MPa,安全系數(shù)為1.08和1.77,大于1,滿(mǎn)足靜強(qiáng)度要求。（2） 吊板強(qiáng)度校核在受到拉力時(shí)，通過(guò)拉桿的傳力的作用實(shí)現(xiàn)其功能，是保證兩車(chē)鉤連掛的關(guān)鍵零件。1） 材料選擇及網(wǎng)格劃分吊板通過(guò)中心軸銷(xiāo)和鉤頭體連接，在鉤根據(jù)車(chē)頭的受力情況，可以得出，吊板受是在整個(gè)車(chē)鉤受拉力時(shí)。而當(dāng)整個(gè)車(chē)鉤受拉力時(shí)，中間的承力部件就是兩根連桿，兩根連桿總受力為1000kN拉力。工況一：吊板中心軸處采用完全固定，兩側(cè)有連桿的連接，因此兩側(cè)的力合力為lOOOkN,方向一致，都是在連桿一側(cè)。工況二：把連桿和吊板的配合處完全固定，在吊板的中心軸處加力500kN。2） 作業(yè)分析和后處理分析時(shí)的兩種工況設(shè)計(jì)兩個(gè)分析步，兩個(gè)分析步設(shè)置初始增量步大小為0.1,最大增量步數(shù)為1000其他值為默認(rèn)。工況一：在吊板和連桿銷(xiāo)配合的凹陷處應(yīng)力最大，為128.2MPa；工況二：在連桿和吊板配合的凹陷處受應(yīng)力最大，為172.7MPa。材料許用應(yīng)力為830MPa,安全系數(shù)為6.47和4.8,遠(yuǎn)大于1,滿(mǎn)足靜強(qiáng)度要求。（3） 連桿強(qiáng)度分析當(dāng)車(chē)鉤處于連掛狀態(tài)時(shí)，有拉桿來(lái)承受主要的拉力作用。1） 材料選擇及網(wǎng)格劃分連桿通過(guò)中心軸銷(xiāo)和鉤頭體連接，在鉤內(nèi)部與兩車(chē)鉤相連。連桿的材料選擇E級(jí)鋼，強(qiáng)度極限為830MPa,楊氏模量E=200GPa,泊松比0.4。劃分網(wǎng)格式采用正四面體自由劃分。正四面體的邊長(zhǎng)為8mm-2） 裝配和載荷連桿是與吊板配合受力的，當(dāng)車(chē)鉤受拉力時(shí)首先受力是連桿，兩連桿共同受力為lOOOkN,因此，加在一根兩岸上的力為500kN。分析時(shí)分為兩種工況，一種是將連桿與連桿銷(xiāo)接觸位置完全固定，在連桿與另一吊板配合處施加沿連桿向外的力500kN,另一種則是將固定位置和加力位置交換。3） 作業(yè)分析和后處理兩種工況涉及的兩個(gè)分析步設(shè)置為初始增量步大小為0.1,最大增量步數(shù)為1000o工況一的最大受力位置連桿和另一吊板配合的圓柱外側(cè)，應(yīng)力為120.9MPa。工況二的最大受力在連桿與連桿銷(xiāo)配合處，最大的應(yīng)力為258.2MPa。材料的最大許用應(yīng)力為830MPa,安全系數(shù)分別為6.86和3.21,滿(mǎn)足靜強(qiáng)度要求。模態(tài)分析車(chē)鉤頭和凸錐面板是整個(gè)車(chē)鉤重要受力部件，當(dāng)兩列車(chē)之間產(chǎn)生縱向沖動(dòng)時(shí)都是通過(guò)車(chē)鉤作用來(lái)傳遞力。為了保證車(chē)鉤殼體在正常工作情況下，不會(huì)由于與車(chē)體或者是其他裝置產(chǎn)生的共振使其破壞，需要對(duì)殼體做模態(tài)分析，掌握車(chē)鉤頭體與凸錐面板的固有頻率和自由振動(dòng)的振型。振動(dòng)現(xiàn)象是機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)器部件經(jīng)常遇見(jiàn)的問(wèn)題之一，由于振動(dòng)會(huì)造成機(jī)第13頁(yè)共23頁(yè)械結(jié)構(gòu)和機(jī)器部件的共振或疲勞，從而破會(huì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)器部件，由此了解機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)器部件本身具有的振動(dòng)特性，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型這些承受動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，將會(huì)避免在使用中因共振因素造成的不必要的損失。模態(tài)分析是確定結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的一種技術(shù)，如：確定結(jié)構(gòu)的自然頻率、振型的參與系數(shù)，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中，模態(tài)分析是進(jìn)行進(jìn)一步更詳細(xì)動(dòng)力學(xué)分析，如譜響應(yīng)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、頻譜分析等的基礎(chǔ)。工程實(shí)踐中模態(tài)分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)；診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障；控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲；識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷等。CRH1A型動(dòng)車(chē)組主要用于城市間的運(yùn)行，由于成都與重慶間的客流量較大，動(dòng)車(chē)組重聯(lián)和制動(dòng)相對(duì)一般的動(dòng)車(chē)組較為頻繁，車(chē)鉤上的沖擊載荷也頻繁變化，所以車(chē)鉤強(qiáng)度的計(jì)算方法也就不同于普通客運(yùn)列車(chē)，必須用一種新的方法來(lái)進(jìn)行研究。分析條件設(shè)定建立模型及確定分析步從軟件與CATIA接口處導(dǎo)入模型后，需要對(duì)模型的材料進(jìn)行定義，其中材料的密度是必須定義的。定義材料的密度為7870kg/m3,楊氏模量E=213GPa,泊松比為0.286。選擇分析步類(lèi)型并設(shè)置響應(yīng)選項(xiàng)在定義分析步時(shí)，考慮到定義的材料必須要是線(xiàn)性材料，因此，在創(chuàng)建線(xiàn)性攝動(dòng)(LinearPerturbation)中的平率提取分析步(FrequencyExtraction)時(shí)，選擇非線(xiàn)性為關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)置請(qǐng)求特征值個(gè)數(shù)的數(shù)值為30(提取的模型的30階振型)，其他保持為默認(rèn)值。設(shè)置模態(tài)提取選項(xiàng)為每個(gè)單元的位移、速度和加速度變化輸出。裝配以及施加邊界條件在裝配模型中，將兩個(gè)鉤頭體按照以下圖進(jìn)行裝配。在模態(tài)分析中，只有邊界條件對(duì)模態(tài)分析起作用，及時(shí)是其他設(shè)置了載荷，在分析中也不會(huì)起作用。與強(qiáng)度校核不同的地方在于強(qiáng)度校核是根據(jù)施加的在和來(lái)確定各個(gè)網(wǎng)格單元的受力的位移情況。而模態(tài)分析是在確定模型的結(jié)構(gòu)和邊界條件之后，系統(tǒng)根據(jù)其形狀和重力來(lái)確定模型的固有頻率。所以約束時(shí)，需要保證一定的自由度。將一個(gè)鉤頭的尾部進(jìn)行約束，只保留其沿軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)。而另一車(chē)鉤的尾部對(duì)其軸向位移以及橫向和垂向的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行約束。其中也必須對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，車(chē)鉤鉤頭體的網(wǎng)格是邊長(zhǎng)為14mm四面體單元，凸錐面板的網(wǎng)格是邊上為15mm的四面體單yLo以上步驟完成之后，進(jìn)入作業(yè)模塊，創(chuàng)建任務(wù)，提交任務(wù)。對(duì)于一般的結(jié)第14頁(yè)共23頁(yè)構(gòu)振動(dòng)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)可以表達(dá)為各階固有頻率的線(xiàn)性組合，其中較低階振型對(duì)結(jié)構(gòu)的影響程度大于高階振型。因此低階振型主要決定結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。連掛時(shí)，殼體的一階模態(tài)固有頻率為99.6Hz,而整列動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行過(guò)程中的軌道激振頻率一般在10Hz左右，因此一階振動(dòng)型的固有頻率都遠(yuǎn)大于車(chē)輛的激振頻率，二階振動(dòng)的頻率以及以后的階次振動(dòng)頻率都不可能發(fā)生共振現(xiàn)象，從而設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足要求。機(jī)械運(yùn)行中存在很多的周期性的激振源，根據(jù)振動(dòng)穩(wěn)定的原則，如果一零件與其中的某一零件的振動(dòng)頻率成倍數(shù)關(guān)系，也就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。這樣也會(huì)使機(jī)械裝受破壞，使裝置失效。而動(dòng)車(chē)組車(chē)鉤它本身的各階頻率的0.85倍固有頻率大于激振源的頻率或者是1.15倍固有頻率小于固有頻率，因此，自動(dòng)車(chē)鉤設(shè)計(jì)在振動(dòng)穩(wěn)定性上式合乎要求的。并且在車(chē)鉤與車(chē)體之間還有緩沖和減振的裝置，有效的減小振動(dòng)。所以自動(dòng)車(chē)鉤受到的振動(dòng)不會(huì)造成車(chē)鉤的作用失效甚至零件損傷。本章小結(jié)本章總體上講，是從自動(dòng)車(chē)鉤的理論受力分析其合理性，并得出其受力的關(guān)鍵位置。驗(yàn)證了重聯(lián)CRH1A型動(dòng)車(chē)組最大牽引力是不會(huì)造成車(chē)鉤的破壞。介紹了緩沖穩(wěn)定性，并給出一定的計(jì)算公式。另外還對(duì)殼體和鉤頭內(nèi)部部件進(jìn)行了靜強(qiáng)度校核，對(duì)殼體的振動(dòng)固有頻率進(jìn)行測(cè)算，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，并得出受力較大的位置，作為后文的理論依據(jù)。第15頁(yè)共23頁(yè)三、損傷和故障及其解決方案機(jī)械失效分析正常使用的機(jī)械裝置喪失初始功能的情況屬于機(jī)械失效。機(jī)械裝置發(fā)生故障的原因主要是由于構(gòu)成機(jī)械的零件失效造成的。失效大致可以分為三類(lèi)：完全喪失其規(guī)定的功能；部分喪失其規(guī)定的功能，雖仍能工作，但已不能圓滿(mǎn)完成設(shè)計(jì)規(guī)定的任務(wù)；嚴(yán)重破損，完全不能在保證安全的情況下繼續(xù)工作，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換或是修復(fù)。機(jī)械失效常見(jiàn)形式和分析變形失效變形失效有兩種情況：一是過(guò)量彈性變形失效，雖然應(yīng)力或溫度在工作狀態(tài)下，曾引起變形導(dǎo)致失效，但測(cè)量零件尺寸時(shí)，變形已消失，相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸面有擦傷痕跡；二是屈服失效，主要由于工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中所造成。只要將失效件進(jìn)行測(cè)量或與正常件進(jìn)行比較即可確定失效件有明顯塑形變形。斷裂失效斷裂失效有以下4種情況：脆性斷裂斷裂前沒(méi)有明顯塑形變形的失效，斷裂常發(fā)生與低溫條件，或受沖擊載荷作用時(shí)，起裂部位常在變截面處也就是應(yīng)力集中部分，或者存在表面缺陷或零件所受應(yīng)力產(chǎn)生塑性變形時(shí)，并且進(jìn)一步增加時(shí)，該零件與其他零件的匹配關(guān)系又允許，塑形變形將可能發(fā)生斷裂。環(huán)境介質(zhì)引起的斷裂金屬材料在特定介質(zhì)條件下，受拉應(yīng)力作用經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后發(fā)生的裂紋及斷裂現(xiàn)象。疲勞斷裂循環(huán)載荷作用下，經(jīng)一定循環(huán)周次后發(fā)生的斷裂。蠕變持久斷裂金屬零件在應(yīng)力和高溫作用下，產(chǎn)生永久變形的失效現(xiàn)象，塑形端口韌窩非常清晰，微孔聚合的部位比較尖銳。表面損傷失效表面損傷分為磨損失效和腐蝕失效。磨損失效包括氧化磨損、咬合磨損、熱磨損、磨粒磨損、接觸疲勞、微動(dòng)磨損等，主要觀察磨損表面形貌及磨削，表面磨損痕跡記錄了磨削的過(guò)程。磨損失效在手機(jī)與觀察磨損實(shí)物基礎(chǔ)上，判斷是小豬要屬于哪一類(lèi)磨損形式。腐蝕失效是指金屬材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用引起的損壞。按金屬與介質(zhì)的作用性質(zhì)，可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，一般由表及里，，生成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕痕跡及危害重要表現(xiàn)在：機(jī)件表面粗變色、起皮、鼓包、皺裂、分層，引起材料的損耗，機(jī)件有些功能喪失。機(jī)械失效的原因第16頁(yè)共23頁(yè)1） 材料因素引起的失效零件的失效表現(xiàn)為過(guò)量的變形和斷裂，問(wèn)題暴露在材料上，但造成失效的本質(zhì)原因卻各種各樣，材料的冶金質(zhì)量是機(jī)械能否長(zhǎng)期工作的重要因素。材料成分：材料成分是其具有特定的性能及性能隨工藝而改變而有特定變化規(guī)律的設(shè)計(jì)不合理和設(shè)計(jì)考慮不周是零件失效的重要原因之一，對(duì)零件的工作條件估計(jì)錯(cuò)誤；選材不當(dāng)?shù)纫蚨鴮?dǎo)致了失效。應(yīng)力集中：由設(shè)計(jì)引起的尖角和半徑太小的元角等應(yīng)力集中引起的疲勞斷裂占有很高比例；處理的各向異性：鋼錠經(jīng)軋制后，產(chǎn)生纖維結(jié)構(gòu)，使鋼材帶上方向性，沿纖維方向的機(jī)械性能，比垂直纖維方向機(jī)械要高；設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的失效。2） 制造工藝因素引起的零件失效機(jī)械制造工藝缺陷，無(wú)論哪種加工工藝，鑄造、鍛造、焊接、表面強(qiáng)化、機(jī)械加工、熱處理、裝配等，如果操作不當(dāng)，都會(huì)造成工藝缺陷，產(chǎn)生工藝裂紋、造成過(guò)高的殘余失效分析的意義和設(shè)備使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。（5） 機(jī)械故障的特性分析1） 漸發(fā)性由于磨損、腐蝕、疲勞、老化等過(guò)程的發(fā)生與時(shí)間關(guān)系密切，因此機(jī)械故障的發(fā)生多半與時(shí)間有關(guān)。在使用中，機(jī)械的損傷是逐步產(chǎn)生的，零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)也是緩慢變化的,機(jī)械的功能參數(shù)也是逐漸惡化的，絕大多數(shù)故障可能事先通過(guò)儀器進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)控。2） 潛在性機(jī)械在使用中會(huì)出現(xiàn)各種損傷，損傷引起零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，當(dāng)損傷發(fā)展到使零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)超出允許值時(shí)，機(jī)械即出現(xiàn)潛在故障。因?yàn)橥ㄟ^(guò)潤(rùn)滑、清潔、緊固、調(diào)整等手段,可以消除或減緩損傷的發(fā)展，使?jié)撛诠收系玫揭欢ǔ潭鹊目刂啤?） 耗損性機(jī)械磨損、腐蝕、疲勞、老化等過(guò)程伴隨著能量與質(zhì)量的變化，其過(guò)程是不可逆轉(zhuǎn)的。表現(xiàn)為機(jī)械老化程度逐步加劇，故障越來(lái)越多。隨著使用時(shí)間的增加，局部故障的排除雖然能恢復(fù)機(jī)械的性能，但機(jī)械的故障率仍不斷上升，新的故障將不斷出現(xiàn)。（6） 設(shè)備使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題機(jī)械使用過(guò)程中應(yīng)注意和避免不利因素的發(fā)生，以及通過(guò)維護(hù)保養(yǎng)來(lái)延長(zhǎng)了機(jī)械的使用壽命。1） 保持干凈、清潔的環(huán)境，避免粉塵等，保持良好的潤(rùn)滑；2） 使用時(shí)盡量保持在常溫狀況，避免低溫、高熱和溫度急劇變化；3） 保持良好的通風(fēng)，避免潮濕以及酸、堿性氣、液體環(huán)境；4） 嚴(yán)格按規(guī)程操作，避免超載、沖擊、震蕩，盡量使塑性變形不要發(fā)展為斷裂，可采用變形限位裝置或增加變形保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)；5） 避免陽(yáng)光暴曬造成設(shè)施變形老化。自動(dòng)車(chē)鉤機(jī)械損傷分析第17頁(yè)共23頁(yè)本文章主要是從動(dòng)車(chē)組的應(yīng)用維護(hù)來(lái)研究自動(dòng)車(chē)鉤的機(jī)械損傷。設(shè)計(jì)中合理的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際的工程當(dāng)中也會(huì)發(fā)生很多的故障。低應(yīng)力脆斷在設(shè)計(jì)當(dāng)中我們分析了結(jié)構(gòu)在運(yùn)用要求的工況下的應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。但是實(shí)際的運(yùn)動(dòng)當(dāng)中依然存在在低應(yīng)力的情況發(fā)生突然斷裂這種在低應(yīng)力狀況下發(fā)生的斷裂稱(chēng)之為脆性斷裂。大部分的低應(yīng)力脆斷都是發(fā)生在采用高強(qiáng)度鋼材的結(jié)構(gòu)和大型的焊接件當(dāng)中。在發(fā)生脆性斷裂的零件端口處，往往可以找到原來(lái)的宏觀裂紋的痕跡。根據(jù)低應(yīng)力脆斷的斷裂的規(guī)律，高強(qiáng)度的材料的大量使用、結(jié)構(gòu)的大型化、焊接工藝使用的普遍化、結(jié)構(gòu)工作條件的復(fù)雜化和載荷形式的多樣化，是低應(yīng)力脆斷發(fā)生的大量客觀原因。然而在零件結(jié)構(gòu)整體斷裂。根據(jù)上一章中的車(chē)鉤強(qiáng)度校核計(jì)算，找到了自動(dòng)車(chē)鉤在正常工況下的受應(yīng)力較大的位置。車(chē)鉤外部受應(yīng)力較大的位置在鉤頭的尾部和中心孔處。而內(nèi)部部件主要是有連桿的兩端、吊板的與連桿配合處。整體上講，以上的幾處都是容易發(fā)生斷裂失效的位置，在自動(dòng)車(chē)鉤使用中，無(wú)法從生產(chǎn)的角度來(lái)改變自動(dòng)車(chē)鉤的機(jī)械損傷問(wèn)題，只有從自動(dòng)車(chē)鉤的運(yùn)用角度案例分析自動(dòng)車(chē)鉤整體斷裂損傷問(wèn)題。由上章自動(dòng)車(chē)鉤的縱向力的分析當(dāng)中，自動(dòng)車(chē)鉤受力主要是受拉神載荷和壓縮載荷。為了保證載荷是符合要求的，在檢修過(guò)程中，還需要及時(shí)檢查緩沖裝置的的安全可靠性，以免車(chē)鉤整體受正常力的時(shí)候，緩沖作用消失，造成對(duì)車(chē)鉤的沖擊遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。除此之外，根據(jù)上述的理論危險(xiǎn)位置，還需要及時(shí)檢查車(chē)鉤的這些位置的宏觀變形或者是裂紋情況。按照相關(guān)的規(guī)范要求，用特殊的測(cè)量工具測(cè)量形狀的數(shù)據(jù)，和安全的的要求相對(duì)比，這樣就有效的減少由于肉眼無(wú)法觀察所帶來(lái)的弊端。從而這樣就可以做到一些預(yù)防措施。自動(dòng)車(chē)鉤零件表面的破壞由于長(zhǎng)期的使用，并且是在各種不同的環(huán)境在運(yùn)用，就算是再?gòu)?qiáng)的鋼材也會(huì)由于電化學(xué)的腐蝕、化學(xué)腐蝕和表面的磨損，對(duì)零件的表面造成破壞。這樣也會(huì)使零件的機(jī)械性能漸漸的不能達(dá)到規(guī)定的要求。這就需要日常的養(yǎng)護(hù)，以及及時(shí)的更換。電化學(xué)的侵蝕主要是由于自動(dòng)車(chē)鉤的接地線(xiàn)的影響，一般情況下電化學(xué)的侵蝕不會(huì)很?chē)?yán)重的，因?yàn)樽詣?dòng)車(chē)鉤上面本身就帶有兩個(gè)接地線(xiàn)纜。而對(duì)于化學(xué)腐蝕，影響是同表面的磨損一樣的危害。鉤頭的前端面是要求比較高的，應(yīng)為自動(dòng)車(chē)鉤是安裝有電氣連接裝置和空氣管路連接裝置，只有在來(lái)那個(gè)車(chē)鉤按照規(guī)定的要求緊密的連接在一起才會(huì)滿(mǎn)第18頁(yè)共23頁(yè)足這些裝置的正常連接。同樣對(duì)表面要求較高的還有連桿的兩端，和吊板的各個(gè)配合位置。由于長(zhǎng)期的使用，這些在使用中不斷經(jīng)受拉壓的的部件表面，除上述提及的原因之外，還會(huì)由于接觸的疲勞產(chǎn)生表面的破壞。這樣同樣會(huì)影響車(chē)鉤連接的緊密程度，如果不能達(dá)到要求，也會(huì)影響車(chē)鉤其他連接裝置的可靠性和連桿的穩(wěn)定性。自動(dòng)車(chē)鉤在運(yùn)用過(guò)程中的表面破壞問(wèn)題，主要是在日常的維護(hù)和檢修中來(lái)解決。要求對(duì)機(jī)械鉤頭的部件進(jìn)行清潔和檢查，包括：連桿、連桿銷(xiāo)、吊板、中心軸銷(xiāo)、導(dǎo)桿、棘爪和拉伸彈簧。及時(shí)更換拉伸彈簧。對(duì)吊板、連桿和中心軸銷(xiāo)進(jìn)行磁粉探傷和其他無(wú)損探傷。重新油漆各個(gè)零件的表面。在車(chē)鉤的重要位置和關(guān)鍵部件涂抹TOP—2000o這樣就能有效的減少由于污物粘附在車(chē)鉤上所產(chǎn)生的腐蝕。機(jī)械故障自動(dòng)車(chē)鉤是一個(gè)活動(dòng)的裝置，在重聯(lián)動(dòng)車(chē)組使用時(shí)，需要保證其機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)范性，當(dāng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，則不能完成規(guī)定的活動(dòng)要求。以下對(duì)車(chē)鉤的連掛、解鉤以及空氣連接的故障進(jìn)行分析。連掛故障重聯(lián)動(dòng)車(chē)組連掛時(shí)的自動(dòng)車(chē)鉤的連掛故障一般會(huì)有以下情況：①連掛要求的最低速度未達(dá)標(biāo)；②車(chē)鉤前端面有污垢或者其他的障礙物；③凸錐上的障礙物；④導(dǎo)桿出卡死；⑤接地開(kāi)關(guān)故障；⑥棘爪損壞。如果是出現(xiàn)連掛的速度要求不達(dá)標(biāo)的故障，則需要亮列車(chē)駛離Im的位置，然后將列車(chē)的速度調(diào)整到0.6km/h,重新進(jìn)行連掛。如果無(wú)法還是無(wú)法連掛，貝U可以確認(rèn)是其他部件的損壞或者是失效。車(chē)鉤前端面板的障礙物，一般是由于二級(jí)修時(shí)沒(méi)有清理干凈，但也不排除是由于在運(yùn)行過(guò)程中才附著上的障礙物。這種故障的處理是將兩列車(chē)駛離開(kāi)后清理掉障礙物后重新按照要求進(jìn)行連掛。凸錐上的障礙物與面板上的障礙物有相似處，可能不同的是凸錐處容易是一些堅(jiān)硬的障礙物卡在上面，如果沒(méi)有影響到凸錐的形狀要求，就能及時(shí)的就地處理，并重新連掛即可。如果是損壞了凸錐的形狀，并且導(dǎo)致不能推開(kāi)導(dǎo)桿不能正常連掛，就需要返回動(dòng)車(chē)運(yùn)用所進(jìn)行處理。如果是鉤鎖過(guò)緊，就在棘爪和導(dǎo)桿時(shí)間加潤(rùn)滑物，滿(mǎn)足要求即可。在這些故障當(dāng)中，除了導(dǎo)桿和棘爪的故障之外，都是較容易解決和預(yù)防的，所以可以就地解決。但如果出現(xiàn)導(dǎo)桿和棘爪的故障，就需要返回動(dòng)車(chē)運(yùn)用所進(jìn)行及時(shí)的更換或者其他排除故障的處理。第19頁(yè)共23頁(yè)車(chē)鉤的連掛故障不是什么大的故障，不會(huì)帶來(lái)安全事故，給旅客的人生安全帶來(lái)威脅。但是會(huì)影響東動(dòng)車(chē)組正常的使用和調(diào)度，耽誤時(shí)間，增加調(diào)度的任務(wù)。因此在日出廠的維護(hù)是，要做到細(xì)致，保證障礙物清理干凈