《鐵路貨車設(shè)計與制造》教案 第五章 車鉤緩沖裝置設(shè)計

鐵路貨車設(shè)計與制造教案課程信息課程名稱鐵路貨車設(shè)計與制造授課專業(yè)鐵路機車車輛課程類型必修課公共課（）；專業(yè)基礎(chǔ)課（）；專業(yè)課（√）；選修課限選課（）；任選課（）；專業(yè)拓展課（）授課方式講授（√）；實踐課（√）；其它（）考核方式考試（）；考查（√）課程教學總學時數(shù)32學時學分數(shù)2學分學時分配理論課20時；實踐課12學時；教材名稱鐵路貨車設(shè)計與制造［M］作者馮成堯；馬貴平出版社西安電子科技大學出版社書號978-7-5606-6561-0出版時間2022.08班級課程名稱鐵路貨車設(shè)計與制造授課教師授課課時4學習課題車鉤緩沖裝置設(shè)計教學基本要求1、車鉤緩沖裝置設(shè)計；2、了解車鉤與緩沖器的結(jié)構(gòu)與原理；3、安裝與主要部件。教學重點、難點車鉤緩沖裝置設(shè)計教學方法、手段案例導入法、講授法、小組討論法教學過程設(shè)計導入——專題講解——問題分析討論——練習——歸納總結(jié)參考案例來自教材、相關(guān)參考書教具、教材教學課件PPT、教學錄像片

教師學期授課教案授課提綱及重難點分析教學方法設(shè)計時間分配及旁注5.1概述車鉤緩沖裝置是鐵路機車車輛的重要組成部分。通過它使鐵路貨車車輛之間，以及與機車實現(xiàn)連接、編組成列車，并傳遞和緩和列車車輛間在運行或調(diào)車編組作業(yè)時所產(chǎn)生的牽引和沖擊力。簡言之，車鉤緩沖裝置系統(tǒng)具有連掛、載荷傳遞和緩沖三大功能。最初的車鉤緩沖裝置只是一副簡單的掛鉤,并無緩沖裝置可言，至今仍能從歐洲鐵路的鏈子鉤上發(fā)現(xiàn)它的影子。為了減輕車輛沖擊，開始采用帶緩沖裝置的車端連接裝置。在車鉤緩沖裝置中，如果牽引連掛和緩和沖擊的作用是由同一裝置來承擔的，那么該裝置稱之為牽引緩沖裝置；如果它們的作用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。牽引連掛裝置用來實現(xiàn)車輛之間的彼此連接、傳遞和緩和牽引(拉伸)力的作用；緩沖裝置(緩沖盤)用來傳遞和緩和沖擊(壓縮)力的作用，并且使車輛彼此之間保持一定的距離。5.1.1當代鐵路貨車對連接裝置的要求隨著我國鐵路貨車重載提速的發(fā)展，列車牽引重量、編組數(shù)量、車輛載重、運行速度不斷增加，車輛振動及列車縱向沖動不斷增大，對鉤緩系統(tǒng)的連接可靠性、強度及緩沖器的緩沖性能都提出了更高的要求。1.連接可靠性鉤緩裝置中車鉤的連接可靠性直接關(guān)系到鐵路列車的運行安全及運輸效率。隨著我國鐵路貨車重載提速發(fā)展，我國鐵路60t級通用貨車用傳統(tǒng)的13號車鉤在運用過程中因車鉤意外打開而造成的車鉤分離現(xiàn)象呈逐漸增加趨勢，影響了鐵路貨物運輸?shù)挠行蜻M行，并在一定程度上制約了重載提速的進一步發(fā)展。因此，提高重載貨車的車鉤連接可靠性顯得尤為重要。2.強度要求由于車鉤緩沖裝置的特殊作用，其強度的大小直接關(guān)系到列車的運行安全可靠性和鐵路運輸?shù)男?。隨著列車牽引重量（列車中車輛的數(shù)量）、車輛載重和運行速度的提高，車鉤緩沖裝置傳遞和承受的載荷也在不斷地增加和提高，因此對車鉤的強度及可靠性提出了更高要求。3.緩沖器性能緩沖器的緩沖性能直接影響著列車牽引重量、運行速度、車輛總重、列車編組作業(yè)效率、貨物完好率等涉及鐵路運輸效率的經(jīng)濟指標和技術(shù)水平。無論在列車運行還是車輛編組調(diào)車作業(yè)過程中，隨著列車牽引重量、車輛載重和運行速度的提高，車輛間縱向沖動將呈非線性的增長，能否更好的和最大限度地吸收機車與車輛、車輛與車輛間的縱向沖動能量，緩和車輛間的沖擊，降低車鉤縱向力，減輕車輛及所運貨物的損壞，改善列車縱向動力學性能，延長車輛的使用壽命，緩沖器的緩沖性能將起到至關(guān)重要的作用，因此，重載提速對緩沖器的緩沖性能提出了更高的要求。4.牽引桿連接的應用為了解決重載及長大貨物列車因制動緩解不均勻性和列車間隙效應引起的列車沖動問題，國外早在20世紀70年代就開始研究設(shè)計新的車輛連掛裝置以減少和消除列車的“間隙”作用，如ASF-Keystone公司、CardwellWestinghouse公司、McConway&Torley公司和ABC-NACO公司均設(shè)計開發(fā)了不同類型的牽引桿裝置來代替車鉤緩沖裝置。牽引桿裝置作為新型的鐵路車輛連接方式已經(jīng)在國外重載運輸?shù)膯卧熊囍械玫匠晒?，我國根?jù)鐵路運輸實際情況和國外運用經(jīng)驗，采用技術(shù)成熟可靠的普通牽引桿裝置開發(fā)了RFC型旋轉(zhuǎn)牽引桿。該牽引桿裝置與現(xiàn)有16、17型車鉤緩沖裝置的具有良好的互換性，能與翻車機配套實現(xiàn)不摘鉤連續(xù)翻卸作業(yè)。5.1.2連接裝置的組成和功能世界鐵路貨車的車鉤緩沖裝置按照在車輛上的安裝方式主要分為兩類：一類是車鉤與緩沖器組成一體位于車輛端部中央的車鉤緩沖裝置；另一類是車鉤位于車輛端部中央，緩沖器位于車輛端部兩側(cè)的車鉤緩沖裝置。我國鐵路貨車采用的是第一類車鉤緩沖裝置，主要由車鉤、緩沖器、鉤尾框、從板、鉤尾銷等零部件組成，在鉤尾框內(nèi)依次裝有前從板、緩沖器和后從板（有時不需后從板），借助鉤尾銷把車鉤和鉤尾框連成一個整體，從而使車鉤緩沖裝置具有連掛、牽引和緩沖三種功能。其組成如圖5-1所示。圖5-1車鉤緩沖裝置組成1車鉤按照牽引連掛裝置的連接方式，可分為自動車鉤和非自動車鉤。自動車鉤不需要人工參與就能實現(xiàn)連接，非自動車鉤則要由人工完成車輛之間的連接。由于自動車鉤具有明顯的優(yōu)越性，世界各國鐵路機車車輛絕大多數(shù)采用自動車鉤及其連接技術(shù)。自動車鉤又可分為非剛性車鉤和剛性車鉤兩種基本類型。非剛性車鉤允許兩個相連接的車鉤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，連接著的兩鉤呈階梯形狀，并且各自保持水平位置，如圖5-2(a)所示。我國的13號、13A型、13B型車鉤，美國的E、E/F型車鉤，俄羅斯的CA-3型車鉤屬于非剛性車鉤。剛性車鉤不允許兩相連接車鉤在垂直方向彼此存在位移，但是在水平方向可產(chǎn)生少許轉(zhuǎn)角，如果在車輛連接之前兩車鉤的縱向軸線高度存在偏差，那么在連掛后，兩車鉤的軸線處在同一直線上并呈傾斜狀態(tài)，如圖5-2(b)所示。兩車鉤的尾端采用銷接，從而保證了兩連掛車輛之間的位移和偏角。我國提速重載貨車使用的16、17型車鉤以及美國的F型、FR型車鉤屬于剛性車鉤。(a)非剛性車鉤(b)剛性車鉤圖5-2非剛性車鉤與剛性車鉤剛性車鉤減小了兩個連接車鉤之間的間隙，從而大大降低了列車運行中的縱向沖動，提高了列車運行的平穩(wěn)性，同時也降低了車鉤零件的磨耗和噪聲。另外，剛性車鉤有可能同時實現(xiàn)車輛間的氣路和電路的自動連接。非剛性車鉤結(jié)構(gòu)較簡單，強度高，重量輕，與車體的連接較為簡單。我國鐵路貨車一般均采用非剛性的自動車鉤。2.鉤尾框鉤尾框是車鉤緩沖裝置的主要受力部件之一，在機車車輛上發(fā)揮著重要而關(guān)鍵的作用。其主要作用：一是為緩沖器提供安裝使用空間，以利緩沖器充分發(fā)揮作用；二是與車鉤連接并提供安裝使用空間，傳遞縱向牽引力并保證在牽引工況下使緩沖器發(fā)揮作用。鉤尾框的結(jié)構(gòu)強度大小、疲勞可靠性高低直接影響著鐵路運輸?shù)陌踩斑\輸效率。不同車輛使用不同作用原理和型式的車鉤，不同的車鉤必須配套使用專用的鉤尾框，目前我國貨車常用的鉤尾框主要有13號、13A型、13B型、16型和17型鉤尾框。3．緩沖器緩沖器是車鉤緩沖裝置的三大主要部件之一，其主要作用：一是吸收列車運行及編組調(diào)車作業(yè)時機車與車輛、車輛與車輛間的縱向沖動能量，緩和車輛間的沖擊，降低車鉤縱向力，減輕車輛及所運貨物的損壞，改善列車縱向動力學性能；二是降低由縱向沖擊力引起的車鉤橫向分力和車輛脫軌系數(shù)，從而提高列車運行的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，確保鐵路運輸安全。緩沖器的工作原理是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金屬摩擦和液壓阻尼吸收沖擊能量。根據(jù)緩沖器的結(jié)構(gòu)特征和工作原理，一般可將緩沖器分為以下幾種類型：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；粘彈性膠泥緩沖器；液壓緩沖器及空氣緩沖器等。目前應用最廣泛的為摩擦式緩沖器和摩擦橡膠式緩沖器。這兩種緩沖器具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低的優(yōu)點。目前我國鐵路貨車常用的緩沖器主要有ST型、MT-3型、MT-2型緩沖器，近幾年我國研制開發(fā)了幾種重載貨車用大容量緩沖器，如HM-1型、HM-2型和HN-1型緩沖器。5.1.3國外貨車連接裝置發(fā)展概述1貨車車鉤世界鐵路貨車車鉤連接裝置主要有三大類型，一是AAR標準體系的E型或F型自動車鉤緩沖裝置，被大多數(shù)國家普遍采用；二是UIC標準體系的鏈子車鉤和側(cè)緩沖器裝置，主要被歐洲國家采用；三是CA-3型自動車鉤和ГОСТ標準體系鉤緩裝置，獨聯(lián)體國家、東歐和中東部分國家采用。三類車鉤均不能直接連掛和相互互換。美國現(xiàn)有鐵路貨車用車鉤主要有E型、F型和E/F型3種系列，其中F型車鉤因具有結(jié)構(gòu)強度高，連掛間隙小、防脫、聯(lián)鎖及自動對中功能、三態(tài)作用及防跳性能可靠、曲線通過性好等特點，在重載運輸貨車中得到廣泛應用，包括F型固定車鉤和FR型轉(zhuǎn)動車鉤。如圖5-3所示。為了改善列車運營品質(zhì)，從1990年起，重載列車普遍采用了牽引桿技術(shù)。圖5-3單元重載列車用F型固定車鉤及FR型轉(zhuǎn)動車鉤俄羅斯鐵路在1935年～1957年，機車車輛上逐漸采用CA-3自動車鉤取代了螺桿鏈鉤。從那時起，列車用于車輛間連掛的裝置實際上一直采用CA-3自動車鉤。該裝置的外形尺寸及其元件在機車車輛上的安裝要求，在俄羅斯國家標準ГОСТ3475-81中作了規(guī)定；其連結(jié)輪廓（保證車鉤相互連結(jié)的表面幾何形狀）執(zhí)行俄羅斯國家標準ГОСТ21447-75。為了進一步提高鐵路運輸?shù)陌踩?，防止車鉤相互脫離造成的列車分離事故，20世紀80年代俄羅斯對CA-3型車鉤進行了改進，在車鉤鉤頭的上、下分別增設(shè)了防脫裝置，研制開發(fā)了CA-3型防脫車鉤，并在罐車等運輸危險貨物及對列車運行安全性有特殊要求的貨車上推廣應用。目前俄羅斯正在CA-3型車鉤基礎(chǔ)上研制新型CA-4強力型自動車鉤和標號為PT-120的T-1型緩沖器。2.牽引桿牽引桿裝置作為新型的鐵路車輛連接方式已經(jīng)在國外重載運輸?shù)膯卧熊囍械玫匠晒?，如美國、澳大利亞、南非、加拿大和巴西等國均不同程度地在長大重載貨車上采用了牽引桿裝置，按其組成可分為普通牽引桿裝置和無間隙牽引桿裝置，主要區(qū)別為前者帶有緩沖器，后者無緩沖器；其中核心部件牽引桿按其使用性能可分為旋轉(zhuǎn)牽引桿和不旋轉(zhuǎn)牽引桿，一些轉(zhuǎn)動牽引桿裝置也用于適合上翻車機的車輛。無間隙牽引桿由牽引桿和兩端的間隙消除組件構(gòu)成。無間隙牽引桿間隙消除組件主要采用三種結(jié)構(gòu)形式：彈性瓦結(jié)構(gòu)、高強度塑料墊板結(jié)構(gòu)和MINI緩沖器結(jié)構(gòu)，MINI緩沖器主要緩沖元件為2塊厚40mm的橡膠塊，其在5.6MN時行程為25.4mm，初壓力為220kN，該緩沖器除提供少量緩沖作用外，也有控制間隙消除組件中的殘余壓力的作用，如圖5-4所示。圖5-4(a)典型的無間隙牽引桿裝置簡圖圖5-4(b)MINI緩沖器無銷結(jié)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)）有銷結(jié)構(gòu)無銷結(jié)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)）有銷結(jié)構(gòu)可固定或（旋轉(zhuǎn)）圖5-4(c)兩種連接形式的無間隙牽引桿無間隙牽引桿裝置由于斜楔的自鎖、粘滯作用容易造成機構(gòu)卡死現(xiàn)象而影響車輛的曲線通過能力，也不便于車輛檢修，且無間隙牽引桿裝置與現(xiàn)有車輛的牽引緩沖裝置不能互換，因此沒有得到大范圍的推廣。3.關(guān)節(jié)連接器20世紀70年代以前，美國鐵路貨車之間的連接采用普通車鉤裝置。20世紀70年代以后，開始研究采用關(guān)節(jié)式連接器，美國Wabtec公司和ASF公司生產(chǎn)的關(guān)節(jié)式連接器如圖5-5所示。關(guān)節(jié)式連接器是一種半永久性的連接，它所連接的相鄰車輛的車體共同支承在1臺轉(zhuǎn)向架上。由于采用關(guān)節(jié)式連接器，每輛中間車所需用的轉(zhuǎn)向架由2臺減少到1臺。因此，關(guān)節(jié)式連接器通常被運用在多種聯(lián)運車輛上。由于在聯(lián)運中使用關(guān)節(jié)式車輛的列車除了能夠有效地利用車軸的承載能力外，也減小了車體之間的間隙，列車運營品質(zhì)得到明顯改善，列車間隙效應造成貨物損壞的狀況也得到了明顯改善。圖5-5（a）美國Wabtec公司SAC-1型球狀關(guān)節(jié)連接器圖5-5（b）美國ASF公司自消除間隙型關(guān)節(jié)連接器4.緩沖器美國是世界鐵路重載運輸最為發(fā)達國家之一，也是重載單元列車的發(fā)源地，美國重載運輸技術(shù)的發(fā)展對世界的鐵路重載運輸技術(shù)有著方向性的指導作用，其鐵路貨車緩沖器技術(shù)在國際上一直處于領(lǐng)先地位。符合AAR標準的緩沖器在美國、加拿大、澳大利亞、南非、巴西等重載運輸發(fā)達國家被廣泛采用，中國、俄羅斯等國家也開發(fā)應用了類似的緩沖器。經(jīng)過多年的發(fā)展，美國鐵路貨車緩沖器形成了鋼彈簧緩沖器、橡膠緩沖器、彈性體緩沖器、液壓緩沖器、鋼彈簧分別與橡膠、彈性體、液壓組合式緩沖器等多種類型的緩沖器系列產(chǎn)品。緩沖器的彈簧也由圓鋼彈簧、橡膠彈簧向新的合成材料彈性體方向發(fā)展。目前在美國的貨車緩沖器市場中，摩擦式緩沖器占80％以上，液壓緩沖器和其他形式緩沖器約占20％。美國貨車緩沖器的代表產(chǎn)品有：Mark50型、Mark325型、Mark558型及CrownSE型、SG型和SI型摩擦式鋼彈簧緩沖器，SL-76型摩擦式橡膠緩沖器、TF-880型摩擦式彈性體緩沖器、LPD型液壓式系列緩沖器、MarkH60、MarkH60-HC、MarkR500及CrownTG組合式摩擦緩沖器，及Twin-Pack型彈性膠泥和液體介質(zhì)的雙盒緩沖器等。以美國Wabtec公司開發(fā)的Mark50型為基型的摩擦式鋼彈簧緩沖器應用最為廣泛，并于1963年通過美國AAR無條件認證，其容量50kJ左右，行程82mm左右，適用于總重80.5t～100t的貨車，允許車輛安全連掛速度7～8km/h。Mark50型因其性能可靠。適應范圍廣，目前仍有較高的市場占有率。Mark325型和CrownSE型緩沖器符合AARM901-E標準，Mark558型、CrownSG型緩沖器符合AARM901-G標準。摩擦式橡膠緩沖器的代表產(chǎn)品是SL-76型緩沖器。由于橡膠具有吸收能量及非線形剛度的特點，更利于吸收高頻振動，其緩沖能力比一般摩擦式鋼彈簧緩沖器高20%～35%，同時具有重量輕的特點，吸收率高達80%以上，能適應各種不同的沖擊能量，在澳大利亞、南非等國家的30t及以上軸重的重載貨車上得到廣泛應用。但由于橡膠緩沖器的變形隨著沖擊力的增大而漸趨緩慢，阻抗力將顯著增大。故SL-76型緩沖器因作用原理的限制，在安裝及價格尺寸，行程不變的條件下，再進一步提高緩沖器容量的難度較大。20世紀80年代，美國為提高緩沖器的容量和壽命，研制了比橡膠性能更穩(wěn)定的TecsPack彈性體新材料作為彈性元件，并應用在TF－880型緩沖器上。彈性體緩沖器容量通常比鋼彈簧緩沖器容量約高32%，TF－880型緩沖器自20世紀80年代初無條件通過AAR認證后，共生產(chǎn)了67.7萬套，在美國、加拿大、南非、澳大利亞等重載運輸發(fā)達的國家應用，狀態(tài)良好。液壓緩沖器是緩沖性能最好的一種大容量緩沖器，其代表產(chǎn)品是ASF-Keystone公司開發(fā)的LPD型液壓式系列緩沖器。由于裝有液壓緩沖器的貨車車鉤緩沖裝置與普通貨車鉤緩裝置在結(jié)構(gòu)形式、作用原理及安裝方式上均存在很大差異，不能實現(xiàn)互換；同時，因其液壓阻尼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、密封可靠性要求高，制造及檢修工藝要求嚴，導致其價格昂貴，是鋼彈簧緩沖器的2～4倍。為進一步提高緩沖器容量，1975年，在Mark50型緩沖器基礎(chǔ)上，研制了符合AARM-901G的MarkH60及MarkH60－HC型組合式摩擦緩沖器，充分利用了全鋼彈簧摩擦式緩沖器的位移以及阻尼型緩沖器的速度，是一種比較理想的重載貨車應用的緩沖器，其結(jié)構(gòu)如圖5-6（a）所示，性能對比如圖5-6（b）所示。圖5-6(a)MarkH60MarkH60型緩沖器在行程82.5mm(3.25″)時最大容量可達108.4kJ（80000ft-lbs）。當阻抗力為2500kN時，沖擊速度達10.4km/h（6.5mph），同樣MarkH60－HC型緩沖器在行程82.5mm(3.25″)時最大容量可達135.5kJ（100000ft-lbs），而相同條件的Mark50型緩沖器的最大容量僅為52.8kJ（39000ft-lbs）。組合式緩沖器是大容量緩沖器的發(fā)展方向，如MarkH60型緩沖器為鋼彈簧與液壓組合式，MarkR500型緩沖器為鋼彈簧與橡膠組合式，CrownTG型緩沖器為鋼彈簧與彈性體組合式。前蘇聯(lián)1979年開始在對原有的運輸條件及技術(shù)裝備綜合改進提高，如車輛軸重由21t提高到22.5t和23.5t，調(diào)車連掛速度提高到9km/h，緩沖器的額定容量由55kJ提高到110kJ等。前蘇聯(lián)Щ-1-TM型緩沖器為組合式摩擦緩沖器，其容量在磨合表面狀況良好時，當全壓縮力為2.5MN-2.8MN時，其容量可達55kJ-65kJ，當全壓縮力為2MN時，其容量可達40kJ。該緩沖器存在性能穩(wěn)定性差，行程小阻抗力大的不足。后研制開發(fā)并投入使用了能滿足列車牽引噸位增加及處理載重提高需要的Щ-2-T型（容量為100kJ，行程為110mm，最大阻抗力為2.5MN）和ПMК-120型（容量達120kJ）、TA-100型等楔塊干摩擦式、液壓式、液氣式緩沖器。5.1.4我國鐵路貨車車鉤緩沖裝置發(fā)展簡況1.車鉤自上世紀60年代以來，我國載重60t及以下的貨車使用的車鉤主要是13號、13A型、13B型車鉤。13號車鉤是我國在二十世紀60年代初參照美國E型車鉤及俄羅斯CA-3型車鉤研制的，70年代初開始在我國鐵路貨車上推廣使用。13號車鉤鉤頭結(jié)構(gòu)及三態(tài)作用性能、防跳原理與美國E型車鉤基本相同，鉤尾部結(jié)構(gòu)及聯(lián)接方式而是采用了類似俄羅斯CA－3型車鉤垂直豎扁銷聯(lián)接方式及結(jié)構(gòu)，鉤尾端面采用美國E型車鉤的平面結(jié)構(gòu)；沒有直接采用美國E型車鉤水平橫扁銷聯(lián)接方式及和俄羅斯CA－3型車鉤鉤尾端部的圓柱面結(jié)構(gòu)。與13號車鉤配套使用的13號鉤尾框的結(jié)構(gòu)基本同CA-3型車鉤用的鉤尾框。采用符合當時強度要求的ZG230-450鑄鋼13號車鉤，后來逐步推廣使用高強度低合金C級鋼材質(zhì)的13號車鉤，13號車鉤曾經(jīng)長期大量裝車使用。隨著我國鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，現(xiàn)有13號車鉤及鉤尾框安全可靠性不高，主要反映在：一是運用中車鉤自動開鎖、造成列車分離事故較多；二是13號鉤舌、鉤體、鉤尾框的疲勞裂紋、斷裂事故增多，鉤舌磨耗速度加快。為了保證鐵路運輸安全，滿足改革開發(fā)以來經(jīng)濟高速發(fā)展對提高鐵路運輸能力不斷增長的需求，在13號車鉤和鉤尾框基礎(chǔ)上改進研制開發(fā)的13A型車鉤及鉤尾框。13A型車鉤主要是縮小了車鉤連掛間隙，降低列車的縱向沖動，改善列車車輛的縱向動力學性能。13A型車鉤的連掛間隙為11.5mm，比普通的13號車鉤連掛間隙19.5mm減小了41%，鉤體、鉤舌的材質(zhì)為C級鋼，鎖鐵為E級鋼，其它鉤腔內(nèi)零件均采用B級鋼材質(zhì)制造，車鉤靜拉破壞強度提高到2950KN以上。13A型車鉤從2002年開始在新造貨車及廠段修貨車上推廣使用。13A型鉤尾框在結(jié)構(gòu)強度和疲勞使用壽命上明顯優(yōu)于13號鉤尾框，靜拉破壞載荷提高到3340KN以上。13A型鉤尾框從2002年開始在新造貨車及廠段修貨車上推廣使用。同時停止生產(chǎn)13號車鉤及鉤尾框，并開始在貨車修理中逐步淘汰13號車鉤及鉤尾框。隨著鐵路貨車重載提速的發(fā)展，在運用過程中13A型車鉤鉤尾牽引面與鉤尾銷長期作用產(chǎn)生凹槽，出現(xiàn)鉤尾銷偏磨引起的鉤尾銷安全螺栓折斷造成的列車分離事故。2007年在13A型車鉤及鉤尾框基礎(chǔ)上改進研制了13B型車鉤及鉤尾框。該車鉤對鉤舌進行了加強，改進了鉤尾結(jié)構(gòu)，提高了使用的可靠性。13B型車鉤及鉤尾框于2008年開始推廣應用，取代13A型車鉤及鉤尾框。為了滿足大秦運煤專用線開行重載列車且不摘鉤上翻車機連續(xù)翻轉(zhuǎn)卸貨的需要，根據(jù)國家“八五”期間的重點科技攻關(guān)計劃和鐵道部科研項目要求，1988年我國開始研制16型聯(lián)鎖式旋轉(zhuǎn)車鉤和17型聯(lián)鎖式固定車鉤，1990年開始批量生產(chǎn)投入使用。目前，我國大秦鐵路運煤專用線上的運煤專用敞車均裝用了16型旋轉(zhuǎn)車鉤和17型固定車鉤。多年的運用實踐證明，其在作用性能、安全可靠性、疲勞壽命及耐磨性能方面均明顯優(yōu)于13號車鉤，具有連掛間隙小（9.5mm）、聯(lián)鎖防脫及防跳性能可靠、曲線通過性能好等特點，對改善長大重載列車縱向動力學性能及列車連掛安全可靠性等方面的效果非常顯著，滿足了大秦鐵路開行重載單元列車的需要。鑒于17型車鉤具有連掛間隙小、結(jié)構(gòu)強度高、防跳性能好及特殊聯(lián)鎖和防脫功能等特點，2006年起17型車鉤在載重70t級通用貨車上得到了全面推廣。2.牽引桿我國的RFC型牽引桿是根據(jù)大秦線重載運輸?shù)男枰?，針對大秦線重載貨車運用的特點和進一步發(fā)展的要求，遵照具有一定強度儲備原則和與現(xiàn)有16、17型車鉤互換的原則研制的可旋轉(zhuǎn)牽引桿，其結(jié)構(gòu)如圖5.8所示。牽引桿整體為桿狀鑄件，牽引桿桿身為箱體結(jié)構(gòu)；牽引桿的一端為固定端，另一端為轉(zhuǎn)動端，在中間設(shè)有與撥車機匹配的擋肩；牽引桿與從板配合的兩端面為球面。其采用與安裝車鉤時相同的緩沖器及鉤尾框，牽引桿的長度與車鉤的連接長度一致，實現(xiàn)與車鉤緩沖裝置的互換。該牽引桿具有結(jié)構(gòu)強度高、耐磨性能好、互換性好和轉(zhuǎn)動功能等特點；使用該牽引桿裝置的列車可縮小列車的縱向間隙，減輕長大列車由于間隙效應對縱向動力學性能的影響；由于取消了車鉤，簡化了車輛結(jié)構(gòu)，不僅降低了車輛自重，而且降低了制造及檢修成本。3.緩沖器上世紀60年代至80年代初，我國列車的牽引重量和運行速度發(fā)展比較緩慢，運用的車輛基本上是軸重18t、載重50t左右的貨車，調(diào)車編組作業(yè)速度為3km/h，貨車裝用的緩沖器主要為2號、3號和MX-1型橡膠緩沖器。80年代初我國鐵路為提高運輸能力，確定了重載、提速的多拉快跑的技術(shù)發(fā)展目標。貨物列車牽引重量由3500t提高到4000t，固定編組的煤炭、礦石等專列提高到5000t；積極推廣應用軸重21噸載重60噸貨車，為適應提高列車牽引重量的要求，我國對前述幾種緩沖器進行了改進，研制開發(fā)了G2型、MX-2型、G3型貨車緩沖器。1992年結(jié)合我國鐵路貨車制造及檢修方面條件，根據(jù)通用貨車重載提速及運用的實際需求，在引進原蘇聯(lián)及波蘭的Ш-1-TM、SZ-1-TM型緩沖器的基礎(chǔ)上開始研制ST型緩沖器，1997年ST型緩沖器開始大批量裝車使用，為推動我國鐵路重載運輸?shù)陌l(fā)展發(fā)揮了重要作用。ST型緩沖器屬于干摩擦全鋼彈簧緩沖器，其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、零件少、重量輕、價格便宜、對使用環(huán)境要求不高；不足之處是箱體是摩擦系統(tǒng)的重要組成部分，導致其性能穩(wěn)定性較差，制造及檢修工藝性不好，運用中箱體摩擦面、推力錐、楔塊磨耗嚴重，螺栓裂紋、斷裂事故多、破損率高，卡死現(xiàn)象多，檢修成本高等。為適應我國鐵路貨車重載提速的發(fā)展以及滿足大秦線重載列車的運輸要求，20世紀90年代初我國在MARK-50型緩沖器基礎(chǔ)上研制開發(fā)MT-2型和MT-3型緩沖器，容量分別不低于50KJ和45KJ，性能上優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。MT型緩沖器是利用楔塊、動板之間的干摩擦減振，設(shè)計上最大限度地防止箱體的磨耗和提高結(jié)構(gòu)強度，保證了緩沖器具有較好的性能及相對穩(wěn)定性。MT型緩沖器的主要特點是性能相對穩(wěn)定可靠，價格適中，使用壽命長，對使用環(huán)境要求不高、適應范圍較廣，便于檢修維護。目前MT-2型緩沖器主要用于載重80t重載單元運煤專用敞車及載重70t通用貨車，MT-3型緩沖器主要用于載重60t通用貨車。隨著列車牽引重量、車輛載重及調(diào)車速度的提高，MT-2、MT-3型緩沖器容量顯得偏低，不能適應我國鐵路貨車重載提速的進一步發(fā)展需要，提高緩沖器的綜合性能以適應和滿足鐵路貨車的發(fā)展需要已成必然要求。為此，2003年我國開始研制開發(fā)了新型大容量緩沖器，如HM-1型摩擦膠泥組合式緩沖器、HM-2型摩擦彈性體組合式緩沖器、HN-1型緩彈性膠泥緩沖器等新型緩沖器，以適應不同貨車性能要求。我國重載大容量緩沖器的緩沖能力強，可滿足運行速度120km/h、軸重21～25t的各型鐵路貨車的使用要求，滿足一般干線開行5000t重載列車和10000t重載組合列車、大秦線開行10000t重載單元列車和20000t重載組合列車的使用要求。目前這三種新型大容量緩沖器均已小批量裝車使用，運用狀態(tài)良好。約70min5.2我國貨車連接裝置的主要尺寸和性能參數(shù)5.2.1車鉤貨車車鉤的主要性能包括車鉤靜拉破壞載荷、車鉤的三態(tài)作用性能和車鉤的防跳性能，我國的13A型、13B型、16型和17型車鉤均具有三態(tài)作用和防跳性能。表5-2所示為我國主型貨車車鉤的參數(shù)性能。表5-2我國主型貨車車鉤的主要尺寸和參數(shù)性能車鉤名稱13號車鉤13A/B型車鉤16型車鉤17型車鉤尺寸mm鉤舌高300300280280鉤頸（寬×高）203×166203×166φ179163.5鉤尾與鉤舌連接線距離842.5838.5876.5876.5鉤尾至鉤頭臺肩距離540540571572鉤耳孔形狀長圓孔φ42～φ44長圓孔φ42～φ44長圓孔φ44～φ45.5長圓孔φ44～φ45.5鉤舌銷直徑φ41φ41φ41φ41鉤尾（寬×高）平面135×166平面135×166球形212×155.5圓弧面190×171.5尾銷孔長圓孔110×44長圓孔110×44長圓孔110×100長圓孔110×94鉤尾銷長圓100×40長圓100×40φ95.5φ89材料ZG230-450ZG25MnCrNiMoC級E級E級E級靜拉破壞強度kN22502820C級2950E級343034303430車鉤最大橫向擺角［6.7°］［6.7°］13°13°車鉤最大垂向擺角［2°］［2°］向上5.5°向下7°向上5.5°向下7°連掛后水平面內(nèi)最大相對轉(zhuǎn)角10°40′6°3°45′3°45′連掛后垂直面內(nèi)最大相對轉(zhuǎn)角△h=0,4°23′△h=75,4°41′2°11′2°2°連掛后縱向間隙mm19.511.59.59.5連接線處最大橫向位移mm87.9887.98167167兩車鉤連掛時允許的鉤高差mm75757575質(zhì)量kg203203/204239.5240開啟方式上、下作用上、下作用下作用下作用適用列車總重t3000～40004000～50006000～100006000～10000研制年代19652001/200719901990注：1、當13號車鉤與17型車鉤連掛時水平相對轉(zhuǎn)角為5°30′；13號車鉤和13A/B型車鉤橫向及垂向擺角數(shù)值（［］內(nèi)數(shù)值）僅供參考。5.2.2緩沖器1.術(shù)語和定義緩沖器的性能直接影響著列車的牽引總重、運行速度、車輛的總重、編組作業(yè)效率、貨物的完好率等涉及鐵路運輸效能的主要技術(shù)經(jīng)濟指標。決定緩沖器特性的主要參數(shù)是：緩沖器的行程、最大作用力、容量及能量吸收率等。1）行程：緩沖器受力后產(chǎn)生的變形量稱為行程。此時彈性元件處于被壓縮狀態(tài)，根據(jù)力與行程的關(guān)系，分為額定行程和最大行程。緩沖器處于最大行程時，如再加大外力，變形量也不再增加。額定行程：按照規(guī)定程序進行的落錘試驗中，在同一落程下連續(xù)兩次錘擊均達到或接近額定阻抗力（兩次平均值）或距緩沖器壓死差0.25mm時的行程，兩者以先達到者為準。沖擊試驗時，為緩沖器達到額定阻抗力時的行程。最大行程：按照規(guī)定程序進行的落錘試驗中，在同一落程下連續(xù)兩次錘擊均達到或接近最大阻抗力（兩次平均值）或距緩沖器壓死差0.25mm時的行程，兩者以先達到者為準。沖擊試驗時，為緩沖器達到最大阻抗力時的行程。緩沖器的行程受到鉤肩間隙(從車鉤鉤肩到?jīng)_擊座的距離)的限制。緩沖器裝車的一個重要原則是：車輛的鉤肩間隙必須大于緩沖器的行程。這樣，才能保證車輛的縱向沖擊力從車鉤經(jīng)由緩沖器傳到底架牽引梁，從而避免沖擊力直接從車鉤到?jīng)_擊座傳到底架端梁。我國新造車車鉤鉤肩間隙原定為76mm。如果裝用MT-2型或MT-3型緩沖器，則鉤肩間隙應擴大至91mm。2）最大作用力：緩沖器產(chǎn)生最大變形量時所對應的作用外力。緩沖器的最大作用力，也稱最大阻抗力，其值應與貨車結(jié)構(gòu)所能承受最大允許縱向力相適應。我國《車輛強度設(shè)計規(guī)范》規(guī)定貨車結(jié)構(gòu)允許的最大縱向力為2.25MN，緩沖器的最大作用力應不大于該值，這樣緩沖器才能起到保護車輛和所載貨物的作用。3）容量：緩沖器在全壓縮過程中，作用力在其行程上所作的功的總和稱為容量。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車輛剛性沖擊。以落錘試驗評定的緩沖器容量計算為：落錘重量乘以總落程的乘積（其中總落程為垂體提升高度與緩沖器產(chǎn)生的行程之和）。以沖擊試驗評定的緩沖器容量計算為：根據(jù)經(jīng)驗公式換算可參考得到E=0.75mv2/8式中：E——緩沖器容量，單位為千焦（kJ）m——車輛滿載時的質(zhì)量，單位為噸（t）ν——額定沖擊速度，單位為米/秒（m/s）緩沖器所需的容量取決于列車的運行工況和調(diào)車工況。列車運行工況對緩沖器容量的要求，與列車的總重、列車編組方式、制動機的性能、車鉤的縱向間隙以及列車的操縱方法等諸多因素有關(guān)，可以根據(jù)列車動力學試驗或仿真模擬計算予以確定。對于貨車緩沖器容量很大程度上決定于調(diào)車沖擊工況，根據(jù)貨車允許連掛速度和車輛總重，可按動量守恒和能量守恒定律計算出各種載重貨車在不同組合和不同沖擊速度下所需緩沖器容量值。設(shè)有總重分別為W1和W2的車輛，各以ν1和ν2和的速度運動(設(shè)ν1＞ν2)，沖擊后兩車以共同的速度ν0一起運動，據(jù)動量守恒定律：則據(jù)能量守恒定律，在兩車組成的系統(tǒng)中，沖擊前后動能的損失應等于沖擊力壓縮緩沖器所作的功A1、沖擊力壓縮車體所作的功A2、以及沖擊力使貨物移動所作的功A3的總和，即：由于車體的變形相對于緩沖器的變形量要小得多，可略去不計。貨物相對車體移動所作的功也可略去，A2和A3略去后，再將ν0代入上式，簡化后得：如果兩個相互沖擊的車輛裝設(shè)同型緩沖器，其容量為E，則A1=2E，再令沖擊速度ν=ν1-ν2，代入上式，可得每個緩沖器容量E的計算公式為：由此可見，緩沖器的容量決定于沖擊車和被沖擊車的重量和沖擊時兩車的相對運動速度。車輛重量愈大，沖擊速度愈高，則要求緩沖器的容量也愈大。所以，在選擇緩沖器的容量時，應考慮我國現(xiàn)時車輛的總重和規(guī)定的貨車調(diào)車允許安全連掛速度。4）沖擊速度：包括額定沖擊速度和最大沖擊速度。額定沖擊速度：沖擊試驗時，緩沖器達到額定阻抗力時的沖擊速度。最大沖擊速度：沖擊試驗時，緩沖器達到最大阻抗力時的沖擊速度。5）回彈量：落錘試驗時，錘頭沖擊緩沖器后第一次回彈至超出正式容量試驗中“額定行程”點的高度，乘以錘體重量所求得的能量值。沖擊試驗時，為根據(jù)沖擊后速度所換算出的能量。6）初壓力：緩沖器的靜預壓力。初壓力大小將影響列車縱向舒適度。7）能量吸收率：緩沖器容量減去回彈量為緩沖器吸收的能量。緩沖器在全壓縮過程中，有一部分能量被阻尼所消耗，其所吸收的能量與緩沖器容量之比稱為能量吸收率。吸收率愈大，則表明緩沖器吸收沖擊能量的能力愈大，反沖作用就愈小，否則，緩沖器必須往復工作幾次方能將沖擊能量消耗盡，這將導致車鉤、車底架過早疲勞損傷，并且加劇列車縱向沖動。根據(jù)使用要求，緩沖器的吸收率也不能設(shè)計為100%，一般要求能量吸收率不低于70％。2．我國貨車緩沖器的性能參數(shù)我國貨車緩沖器連同配合后的從板在內(nèi)，應能適應625mm(長)×330mm（寬）×234mm(高)，緩沖器的長度尺寸應以保證其裝車狀態(tài)下有2mm以上的預壓量為原則，此預壓量為裝車預壓量，與緩沖器自身所帶的預壓無關(guān)。有預縮短功能的緩沖器，裝車前應預先壓縮，預壓縮后長度不大于561mm(一塊從板)或504mm（兩塊從板）。我國采用的幾種主型緩沖器的性能參數(shù)見表5-3。表5-3我國貨車主型緩沖器的性能參數(shù)緩沖器型號ST型MT-2型MT-3型HM-1型HM-2型HN-1型類型摩擦式摩擦式摩擦式摩擦膠泥組合式摩擦膠泥組合式彈性膠泥體外形尺寸mm（長×寬×高）568×318×230561×320×227561×320×227561×320×227561×320×227572×318×230阻抗力kN200022702000245024502450行程mm688383838383容量kJ32≥50≥45≥80≥80≥80吸收率%≥80≥80≥80≥80≥80≥80沖擊速度km/h788≥10≥10≥10適用溫度℃±50±50±50±50±50質(zhì)量kg134178178180160210檢修周期（年）699888備注改造新造新造試裝車試裝車試裝車5.2.3鉤緩組裝位置要求及計算1.鉤緩組裝總體要求1）車輛落成后，車鉤中心線高880mm±10mm，同一輛車的1、2位車鉤高度差不應超過10mm；從板與從板座的垂向搭接量應不小于190mm；車鉤緩沖裝置組裝完成后，鉤身上平面與沖擊座的相應部位間的間隙應不小于10mm；尾框上部的防跳板與車鉤尾框上平面的間隙為10mm～20mm；車鉤提桿手把距底架側(cè)梁外側(cè)面的距離應不大于350mm。2）上作用車鉤的車鉤提桿左右橫向移動量應不大于40mm。3）下作用車鉤提桿的扁平部應能自由落入車鉤提桿座的扁孔內(nèi)，兩者間的間隙應不大于2mm。4）車鉤中心線高可采用下列方法調(diào)整：①在車鉤尾框托板與牽引梁下翼緣間兩側(cè)各加一塊相同厚度的鋼墊板，其厚度不大于10mm；②翻轉(zhuǎn)車鉤托梁；③在車鉤托梁與沖擊座接觸面間兩側(cè)各加一塊60mm×60mm、其厚度不大于10mm、中心孔為φ24mm的鋼墊板，兩塊墊板厚度應相同；④16號、17號車鉤可通過調(diào)換車鉤支承座與鉤體間磨耗板調(diào)整，磨耗板厚度為8mm～14mm。2.車鉤、鉤尾框、緩沖器中心垂向相對位置（見圖5-7）(a)13A(B)型車鉤(b)17型車鉤圖5-7車鉤、鉤尾框、緩沖器中心垂向相對位置3.車鉤緩沖裝置組裝尺寸我國13號、13A(B)型貨車車鉤緩沖裝置的基本尺寸見圖5-8和表5-4。圖5-813號、13A型、13B型車鉤緩沖裝置表5-4我國13A（B)型貨車車鉤緩沖裝置基本尺寸車鉤型別基本尺寸ABCDEFGHJKLM13號769046937462545075016080186156698.513號917546937462545075016080186156698.513A(B)型769046937462545075016080186156698.513A(B)型917546937462545075016080186156698.5我國16型貨車車鉤緩沖裝置的基本尺寸見圖5-9和表5-5。圖5-916型車鉤緩沖裝置表5-5我國16型貨車車鉤緩沖裝置基本尺寸車鉤型別基本尺寸ABCDEFGHJKLMNPRQC80用16型9510850834962545494816481.5179179740340232392151我國17型貨車車鉤緩沖裝