城市轨道交通车辆车钩缓冲装置设计

前言 随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨座式单轨交通制式因其线路占地少、可实现大坡度、小曲率线径运行，且线路构造简单、噪声小、乘坐舒适、安全性好等优点而逐渐受到关注。而车钩缓冲装置作为城轨车辆的重要组成部分，用来连接列车中各车辆，使之彼此保持一定的距离，并且传递和缓和列车在运行中或在调车时所产生的纵向力或冲击力。因此，加强城轨车辆车钩缓冲装置的研究对我过发展，运用跨座式单轨交通系统以及解决车辆在运行、维护中遇到的问题等发面有着深远的意义。车钩缓冲装置是用于使车辆与车辆，机车或动车相互连挂，传递牵引力，制动力并缓和纵向冲击力的车辆部件。它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成一个整体，安装于车底架构端的牵引梁内。为了保证车辆连挂安全可靠和车钩缓冲装置安装的互换性，我国铁路机车车辆有关规程规定：车钩缓冲器装车后，其车钩钩舌的水平中心线距钢轨面在空车状态下的高度，客车为880mm（允许+10mm，-5mm误差），货车为880mm（10mm）。两相邻车辆的车钩水平中心线最大高度差不得大于75mm。 车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。车钩按开启方式分为上作用式及下作用式两种。通过车钩钩头上部的提升机构开启的叫上作用式（一般货车大都采用此式）；借助钩头下部推顶杠杆的动作实现开启的叫下作用式（客车采用）。车钩按其结构类型分为螺旋车钩、密接式自动车钩、自动车钩及旋转车钩等。螺旋车钩使用最早，但因缺点较多已被淘汰，密接式自动车钩多为高速铁路车辆所用。中国除在大秦铁路重载单元列车上使用旋转车钩外，现一律采用自动车钩。所谓自动车钩，就是先将一个车钩的提杆提起后，再用机车拉开车辆或与另一车辆车钩碰撞时，能自动完成摘构或挂钩的动作的车钩。中国铁道部门1956年确定1、2号车钩为标准型车钩。但随着列车速度的提高和牵引吨位的增加，又于1957、1965年先后设计制造了15号车钩和13号车钩。客车使用15号车钩，货车则逐步用13号车钩代替2号车钩。目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1城市轨道交通车辆概述和发展11.2城市轨道车辆的基本组成和主要参数9第二章 城轨车辆车体结构122.1 车体的概述122.2 车体的基本特征与结构132.2.1车体的基本特征132.2.2车体的结构形式132.2.3车体的基本结构14第三章 城轨车辆车钩缓冲装置153.1车钩缓冲装置的简介153.2车钩的结构和功能153.3缓冲器的原理和分类16第四章 车钩的结构组成及选择184.1车钩的构造184.2车钩的主要技术要求（设计参数）184.3 上作用式十三号车钩组成194.3.1钩体194.4车钩三态204.5 车钩的基本尺寸和性能参数214.5.1基本尺寸214.5.2主要性能214.5.3车钩在静载下的强度214.5.4车钩制造尺寸及性能224.5.5车钩的质量22第五章 缓冲装置（器）的结构和性能255.1缓冲器的构造255.2缓冲器的作用255.3缓冲器的性能参数26第六章 结论与展望32致谢34参考文献35 摘要我国轨道铁路重载运输自1984年以来,大概经历了四个阶段,自从我国第一条双线重载电气化运煤专线大秦铁路修建成功以来,我国重载运输迅速发展。随着列车质量增大,长度的增加,车辆轴重的增大,列车运行过程中的牵引力与制动力加大,制动波传递时间加长,而且列车所占的线路纵横断面比较复杂,因此,重载列车的受力情况远较一般列车复杂,列车的冲动、断钩、脱钩、脱轨,以及货物及车辆设备损坏增多、线路变形及养护维修工作量增大、轮轨磨耗加剧等,已成为重载铁路运输中的突出问题。车钩缓冲装置作为传递和缓和列车运行过程中或在调车时所产生的纵向力和冲击力的装置,在列车的运行过程中发挥着极其重要的作用,是重载列车关键技术之一。国内外车钩缓冲装置型号与种类繁多,应用范围也各不相同,因此,对车钩缓冲装置的特性进行研究至关重要。本设计是通过分析了城市轨道交通车辆的发展现状和前景后，在市场需求下，对车钩缓冲装置进行的设计和选择。关键词：城市轨道车辆,车钩缓冲装置,设计ABSTRACTThe heavy haul transportation in China railway has probably experienced four stages since 1984, and developed rapidly after Datong-Qingdao railway the first double-lane and electrified heavy haul rail of China was built successful. However,with the increasing of train marshalling and hauling weight, and also a longer in length, more heavy of axle load and higher speed, the traction and braking force is increased and much more propagation time of brake wave. But also the vertical and horizontal cross-section are much more complicated occupied by the train set, so the force and response situation is more complex than the usual train. Causing impulse force, broken hook, decoupling hook, derail and other problems such as freight and car facilities damaged, the geometric structure of rail changed, wheel and rail abrasion aggravated, all the above lead to more maintenances is needed and have become the intractable issues.The raft gear device is used to transmit and alleviate longitudinal force and impact force during the running or marshalling of the train, plays a very important role in the running operation of the train, and has proved to be one of key technologies in heavy haul train.The paper design and choose the coupler buffer device by anlaysis the development trend of the urban rail transit.Key words: design,urban rail transit,coupler buffer deviceI 第一章 绪论1.1城市轨道交通车辆概述和发展 随着我国城市规模的不断扩大，城市经济的快速发展和现代化水平的提高，轨道交通已成为我国各城市公共交通体系的最佳选择，得到了很大发展。车辆是轨道交通中运送乘客的重要工具，车辆的数量、品种、质量和技术水平直接影响城市轨道交通发展规模和速度。 制定城市轨道交通车辆长期发展战略，将对指导车辆发展的方针和政策的制定至关主要，有利于车辆的制造业和车辆国产化，有利于车辆的系列化和标准化，有利于车辆技术水平的提高，并将极大促进城市轨道交通的发展。我国城市轨道交通发展的规划 进入21世纪，我国首次把“发展城市轨道交通”列入国民经济第十个五年计划发展纲要，并作为拉动国民经济、特别是大城市经济持续发展的重大战略。 目前，北京、上海、广州、天津、大连等城市轨道交通的运营里程达258km，拥有车辆1800多辆(表1)。现有北京、上海、广州、天津、深圳、南京、重庆、大连、武汉、长春等城市正在建设有16条线共330多公里，需车辆约2000辆左右。沈阳、哈尔滨、济南、青岛、西安、郑州、成都、杭州、福州、长沙、厦门、昆明、佛山等大中城市在积极筹划建设不同类型的轨道交通。据预测，未来10年新建各种类型的轨道交通将达到1000公里左右，需车辆50006000辆，我国城市轨道交通车辆将进入快速发展的历史时期。国外城市轨道交通车辆发展趋势国外城轨车辆概况：国外城轨车辆已投入运营的主要有三种类型：地铁车辆、轻轨车辆和高架独轨车辆。地铁车辆自1863年1月10日英国伦敦第一条地铁开通以来，截止2001年，经过近140年的发展，全世界己有44个国家115个城市建成地铁，总计运营里程6300多公里，拥有运营车辆58800多辆，均以直流传动车为主。主要集中在英国、法国、德国、瑞典、西班牙、俄罗斯、美国和日本等国的大城市，其运营里程占42，拥有车辆占520，见表2。轻轨车辆自1888年美国弗吉尼亚市第一条有轨电车投入商业运行以来，虽有较大发展，但由于有轨电车速度慢、噪音大、运量小、安全性差、正点率低等原因，20世纪50年代各国城市都纷纷拆除有轨电车线路，发展地铁交通。到8090年代，又由于地铁造价高、能耗大、环保噪音问题等原因，在建设地铁同时又发展了新型轻轨交通。据统计，已有50个国家建设了360条轻轨铁路(表1.2)。这些车辆大部分都是1OO或70的低地板车辆，截止2003年，由西门子公司、庞巴迪尔公司和阿尔斯通公司共生产了1300列合计4000多关节式车辆。快速轨道交通表1.1 世界主要城市(线路长100km以上)地铁概况高架独轨车辆 高架独轨交通具有线路占地少，构造简单，投资是地铁三分之一，能爬大坡(6)和过小半径曲线(50m)，噪声低(胶轮)，乘客舒适视野宽广，受到各国中小城市交通的欢迎。 自1980年法国建立了世界上第一条蒸汽牵引的跨座式独轨交通以来，特别是50年代以后，在日本、美国、瑞典、法国、德国、意大利都先后建立了独轨铁路，一般线长10km左右。日本自1955年将独轨铁路列为城市轨道交通的重要工具以来，已发展了20多条高架独轨铁路，生产了独轨车辆。高架独轨车辆的主要特点是用橡胶轮胎支持和导向、电力驱动、空气弹簧支持车体等。表1.2世界轻轨铁路国家名称线路数量国家名称线路数量国家名称线路数量俄罗斯71葡萄牙3阿根廷1德国62拉托维亚3日本18乌克兰25斯洛伐克3哈萨克斯士日5罗马尼亚15克罗地亚2中国3波兰14挪威2吐耳其3瑞士9芬兰1啊塞拜疆2法国8爱沙尼亚1中国香港2捷克7波斯尼亚1亚美尼亚1奥地利7塞尔维亚1乌兹别克斯坦1英国6保加利亚1印度1荷兰6格鲁吉亚1朝鲜1意大利6美国25菲律宾1比利时6加拿大4马来西亚1匈牙利4巴西4澳大利亚4瑞典4墨西哥3埃及2白俄罗斯4巴拉圭1南非1西班牙3突尼斯1提高车辆最高运行速度 巴黎地铁车辆初期最高运行速度为80kmh，旅行速度为237kmh，近年来已将通过地面地铁车辆的最高速度提高到100kmh，旅行速度达到50kmh莫斯科地铁车辆最高运行速度由90kmh提高到100kmh，平均旅行速度达到41kmh。纽约地铁车辆最高运行速度由70kmh逐步提高到通过地面时的130 kmh。1974年R一44型地铁车辆的最高速度达到133kmh。日本地铁车辆在地下最高速度为7080kmh，到地面行驶的最高速度已达到120kmh，如东京地铁车辆3000系、5O00系车辆最高速度都是120kmh。发展交流传动车辆 早期地铁车辆是蒸汽牵引，1890年改为电力牵引后一直采用直流电动机牵引，由凸轮变阻调速控制，后来发展到斩波器调速控制。20世纪90年代由于电力电子技术和微机控制技术的迅猛发展，大功率自关断元器件(GTO、IGBT、IPM)走向产品化和实用化，变频变压调速控制(VVVF)技术迅速发展，交流传动车辆广泛应用用于城轨交通。日本东京、大阪、名古屋等城市地铁从1991年开始新造地铁车全部采用lGBT或IPM的VVVF交流传动装置。巴黎地铁和德国法兰克福地铁新造车也开始采用交流传动车辆。英国、俄国斯、美国、韩国、墨西哥、西班牙等国家城轨交通都在订购交流传动车辆。发展不锈钢车和铝合金车 美国最早由巴德公司生产了不锈钢车，纽约地铁大部分是不锈钢车。60年代初日本从美国引进不锈钢车体技术，从1 962年开始生产日本最早的南海电铁6000系，京王电铁3000系和东急电铁7000系地铁车辆，截止1998年日本不锈钢车辆约占60左右。加拿大，韩国等国家地铁也都使用了不锈钢车。 铝合金车于20世纪初开始，法国于1896年将铝合金用于铁路客车车窗上，1905年英国铁路电动车的外墙板采用了铝合金，美国在19231932年间有700辆电动车和客车的侧墙和车顶采用铝合金材料。60年代以来，德国科隆、波恩市郊电动车和慕尼黑地铁车体也采用了铝合金。日本从80年代先后在6000系、7000系、8000系等地铁车辆上采用了铝合金；意大利米兰地铁和奥地利维也纳地铁以及新加坡地铁都应用了铝合金车辆。发展空调车辆 纽约地铁自1976年第一列装有空调的R一38型地铁车投入使用以来，到1992年95的地铁列车都安装了空调。东京地铁车辆到1997年空调车占全部车辆总数的50左右。韩国、新加坡、中国香港和台北地铁车都装有空调。车辆的模块化设计和生产 世界生产地铁车辆和轻轨车辆的主要制造商是西门子公司、阿尔斯通公司、庞巴迪公司以及日本的东急等公司。它们从90年代开始进行车辆模块化设计和生产。庞巴迪公司为香港地铁生产了模块化车辆，阿尔斯通公司和西门子公司生产了模块化的低地板轻轨车辆。广泛采用微机控制与诊断和通信网络技术 自90年代以来，各国城轨车辆新造车，在牵引和制动控制中采用了微机控制和诊断技术，由单微机控制发展多微机控制。同时，积极发展和采用通信网络控制技术，实现了列车设备运行控制和故障诊断，旅客信息的传递和服务。发展模拟式电气控制制动系统 世界各国地铁和轻轨车辆都选用了模拟式电气控制制动系统。主要制造商是克诺尔公司，韦斯汀豪斯公司和日本NABCO公司。该系统能满足城轨车辆制动频繁、制动距离短和停车精度高的要求。发展低地板轻轨车辆新技术 新型低地板轻轨车辆关键技术是独立车轮的转向架、交流传动装置的一体化与轻量化以及联合制动系统。目前西门子公司、庞巴迪公司和阿尔斯通公司掌握了这些关键技术，并走向实用化，投入了批量生产，已在欧洲、俄罗斯、美国、澳大利亚和日本等许多城市广泛运用。我国城轨车辆发展的差距 目前我国城市轨道交通车辆发展的现状，与我国各城市轨道交通发展规划的要求以及与世界城市轨道交通车辆的发展水平尚有一定差距，主要表现在以下几个方面。城轨车辆品种还不能满足城市轨道交通快速发展的需要 目前我国百万人口以上大城市有36座，501 00万人口间城市有43座。现在很多大中城市为了改善城市交通拥堵状况，引导城市经济发展，减少环境污染，保护城市环境，都在积极发展城市轨道交通。由于各城市的需求和发展的差异，城市轨道交通的类型呈现多元化，城轨车辆的品种要求多样化。从北京、上海、广州、天津和大连等已建成的地铁和快轨交通来看，都是采用A型或B型地铁车辆。但是，广州4号线和5号线准备采用直线电机车辆，正在可行性论证中。重庆采用高架独轨交通，高架跨座独轨车辆正在制造中。天津滨海快速轨道交通采用城郊快速城轨车辆，即将投入试运行。大连、长春等城市正在探讨发展低地板轻轨车辆的可行性。因此，我国城轨车辆的品种必须满足城市轨道交通发展多元化的需求。交流传动车辆还不能满足城市轨道交通发展的需求 在2003年8月份经专家审定通过的地铁车辆通用技术条件(GBT7928)中规定，今后我国新造地铁车辆全部采用交流传动车辆。目前我国已订购和投入运营的交流传动城轨车辆有808辆，约占车辆总数的47。因此，必须大力发展交流传动城轨车辆，满足城市交通发展的需要。铝合金和不锈钢城轨车辆不能满足城市轨道交通发展的需要 目前北京地铁、天津地铁和大连快轨的运营公司拥有车辆的车体材料全部采用普通钢和耐候钢。上海地铁车辆和广州地铁车辆都是采用铝合金车体。正在建设的天津滨海快速轨道车辆采用了轻量化不锈钢车体。现在，我国拥有铝合金车辆有768辆，约占45;如果将天津滨海快速轨道车辆计算在内，不锈钢车辆有116辆，约占6。因此，必须加大发展不锈钢和铝合金车辆力度，满足城市轨道交通发展的需要。空调车辆还不能满足城市轨道交通发展的需求 目前，北京和天津地铁大部分车辆都没有安装空调装置，上海地铁、广州地铁和大连快速轨道车辆装有空调，国内城轨空调车辆有904辆，约占53。因此，为提高乘客的舒适度，新造车辆都应安装空调装置，同时要加快非空调车辆的改造。车辆的交流传动装置、制动装置、微机控制及诊断系统还没有完全实现国产化 交流传动装置、制动装置、微机控制及诊断系统是城轨车辆的核心技术和关键部件。目前，我国城轨车辆的交流传动装置，包括辅助电源供电设备以及微机控制与诊断系统，全部由国外西门子公司、阿尔斯通公司、庞巴迪公司和东芝公司等提供产品与软件。由株洲电力机车研究所自主开发的城轨车辆交流传动装置至今还没有装车投入运行，还没有自己品牌的交流传动系统。制动装置基本上由克诺尔公司和日本NABCO公司提供产品，由四方车辆研究所和铁科院机辆所负责开发的城轨车辆制动装置仍处于样品阶段，还没有装车投入运用考核。因此，加速上述关键部件的国产化是当务之急。城轨车辆制造质量和技术水平有待提高 目前我国已经生产城轨车辆的工厂主要是长春客车厂，近几年浦镇车辆厂、株洲电力机车厂、四方机车车辆厂和大连机车车辆厂也拿到生产城轨车辆的订单，开始生产城轨车辆。长客厂和浦镇厂通过合资或合作方式生产了铝合金车，但最初两列车全部在国外造好运到国内，验收合格后投入运用，后续车辆在国内组装，而铝合金型材、交流传动装置和制动系统也都是在国外采购后运到国内组装。长客厂为天津滨海快速轨道交通生产的不锈钢车、不锈钢型材全部从日本进口，太原钢厂生产的不锈钢型材还不能满足城轨车辆的要求。大连机车厂生产的快速轨道车辆的交流传动系统和制动装置由日本东芝公司提供产品。因此，这些工厂正在逐步掌握交流车、铝合金车和不锈钢车的制造工艺和质量。这些工厂还没有掌握车辆模块化生产技术，也没有掌握低地板轻轨车辆、高架独轨车辆和线性电机车辆的关键技术。为此，这些工厂应不断提高城轨车辆的技术水平和产品质量。我国城市轨道交通车辆发展战略 当为适应未来20年我国城市轨道交通大发展的要求，城市轨道车辆发展战略应是： 大城市应大力发展A型或B型地铁车辆，中等城市应兼顾发展B型地铁车辆和中运量的轻轨车辆，小城市应积极发展小运量的低地板轻轨车辆。 城市有特殊需求时，可适当发展高架独轨车辆或直线电机车辆。因为A型或B型地铁车辆单向高峰小时客运量可达3.O万人次以上，能够满足大城市大运量运送旅客的要求；中运量的轻轨车辆单向高峰小时客运量为0.63.0万人次，能够满足中等城市运能的要求：小运量的低地板轻轨车辆单向高峰小时客运量0.60.8万人次，能够满足小城市运能的要求。当城市要求线路占地少，车辆能在大坡度(6以上)和小半径曲线(50m)上运行，噪声低，视端广阔和乘座舒适时，可适当发展高架独轨车辆或直线电机车辆。发展交流传动车辆，逐步取低直流传动车辆 发展交流传动车辆是当今世界城市轨道车辆发展方向。据日本京城电铁统计，采用交流传动后与变阻控制车相比，交流传动车每万公里的用电量减少50左右，再生制动率达到30以上：每辆车闸瓦用量减少一半，车轮磨耗少，使用寿命提高50；电机维修量大大减少，三年内不用检修。北京地铁复八线交流传动车每百车公里的耗电量为175kWh，比直流车耗电量减少25.5：电机已运用2年不用维修。因此，必须大力发展交流传动车辆。大力发展不锈钢车辆，适当发展铝合金车辆 目前在我国不锈钢新车价格便宜，是铝合金的70左右。铝合金熔点低，发生火灾车体熔化速度比不锈钢车体快，安全性差，因此纽约地铁不采用铝合金车辆。铝合金车体长时间运用后表面发生点蚀，面蚀和变色现象，维修量和维修费比不锈钢车体高。由于采用铝合金和不锈钢材料而使车辆自重减轻所带来的节能经济效果不明显。从两种车寿命周期费用分析看，铝合金车辆的寿命周期费用是不锈钢车辆的1.25倍。因此，城轨交通应大力发展不锈钢车辆。发展空调车辆，取代机械通风车辆 车辆空调装置是提高乘客舒适度的重要手段，是城轨车辆的发展方向。我国城市大都处于热带或温湿带，春夏秋季气温都较高，特别近几年各地气温达到35以上，城轨车辆安装空调势在必行。因此，今后新造城轨车辆应是空调车，旧车应加快安装空调的改造步伐。 加快实现车辆交流传动系统、微机控制及诊断系统及制动系统的国产化步伐 交流传动系统、微机控制及诊断、制动系统是城轨车辆的三大关键技术，长期依靠进口不是长久之计，应有自主的知识产权。国家对城市轨道交通技术装备国产化很重视，成立国产化领导小组和专家小组，加强指导，制定了国产化政策。目前国内有关工厂和科研单位正在联合开发新一代地铁车辆，三大关键技术已掌握，生产了样机产品。应加快国产化步伐，尽快取代进口，创造国内品牌，形成新产业，成为国民经济新的增长点。 发展低地板轻轨车辆 用低地板轻轨车辆取代有轨电车低地板轻轨车辆已成为世界小城市轨道交通的发展方向，成为城市公共交通的一条亮丽的风景线。由于该型车辆噪音小、上下车方便、视野宽阔、乘坐舒适、造价低，深受政府和市民的欢迎。我国应加快发展低地板轻轨车辆。1.2城市轨道车辆的基本组成和主要参数城轨车辆的基本组成一般地铁车辆有动车和拖车、带司机室车和不带司机室车等多种形式。而轻轨车辆一般也有3种形式：4轴全动车、6轴单铰接式车和8轴双铰接式车。一般城轨车辆由以下8部分组成：(1) 车体 车体分有司机室车体和无司机室车体2种。 作用：安装基础+承载骨架。 车体是容纳乘客和司机驾驶（对于有司机室的车辆）的地方，又是安装与连接其他设备及部件的基础和骨架。通常车体由底架、端墙、侧墙和车顶等组成。 近代城轨车辆车体均采用整体承载的钢结构或轻金属结构，以实现在最轻的自重条件下满足强度和刚度要求。(2) 转向架 转向架有动力转向架和非动力转向架之分。 作用：承载+转向+平稳， 而动力转向架还有驱动（牵引）作用。 转向架位于车辆的最下部，车体与轨道之间。它牵引和引导车辆沿着轨道行驶，并承受和传递来自车体及线路的各种载荷，同时缓和其动力作用，它是保证车辆运行品质的关键部件。 转向架一般由构架、弹簧悬挂装置、轮对轴箱装置和基础制动装置等组成。而对于动力转向架还装设有牵引电动机和齿轮传动装置。(3) 牵引缓冲连接装置 主要是指车钩缓冲装置，包括各种铰接装置。 作用：连接车辆成列+缓和纵向冲击。 车辆编组成列必须借助于连接装置，即所谓车钩。为了改善列车纵向平稳性，一般在车钩的后部装设缓冲装置，以缓和列车冲动。另外，还必须借助于简便且可靠的连接头将车辆之间的电气和空气管路很好连通。牵引缓冲连接装置有以下几种形式：（1） 全自动车钩和缓冲器。（2） 半自动车钩和缓冲器。（3） 半永久牵引杆。（4） 各种形式的铰接装置。(4)制动装置 包括机械部分、空气管路部分和电气控制部分。 作用：产生一定的制动力，使列车减速或停车。 制动装置是保证列车安全运行必不可少的装置。不仅在动车上设制动装置，而且在拖车上也要设制动装置，这样才能使运行中的车辆按需要减速或在规定的距离内停车。(5)受流装置 作用：将电流（能）导入动车。 从接触导线（接触网）或导电轨（第三轨）将电流引入动车的装置成为受流装置或受流器。 受流装置按其受流方式可分为以下5种形式：（1） 杆形受流器：外形为2根平行杆，上部有2个受电轨（导线），一“正”一“负”，广泛应用于城市无轨电车。（2） 弓形受流器：形状如梯形，属上部受流，弓可升可降。上部与一根导线接触，与下面的导轨（钢轨）构成电流回路。一般用于城市有轨电车。（3） 侧面受流器：在车顶的侧面受流，又称“旁弓”，多用于矿山装货物的电力机车上。（4） 轨道式受流器：从底部导电轨受流，又称第三轨受流。这时列车周围空间可得到充分利用。通常用于速度较高且在隧道内运行的列车。北京地铁和欧美大部分城市地铁均采用这种受流方式。（5） 受电弓受流器：属上部受流，形状如“倒三角形”，弓可升降。适用于运行速度较高的干线电力机车，上海地铁和广州地铁均采用这种方式。 在受流制式上，目前世界上地铁发展较早的城市大都采用直流750V，个别有采用的600V的。北京地铁选择的是直流750V，而上海和广州地铁均采用直流1500V。(6) 车辆内部设备作用：保证乘客乘坐安全舒适+车辆运行平稳。 车辆内部设备包括服务于乘客的车体内的固定附属装置和服务于车辆运行的辅助设备(7) 车辆电气系统 作用：实现电能传递和转换+控制列车正常运行。 车辆电气包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统3部分。(8) 列车信息网络控制系统 作用：对整个列车的牵引、制动和车内所有设备进行控制、监测和诊断。 该系统主要由列车信息中央装置、列车信息终端装置、列车信息显示器（含IC卡架等）以及车内各种设备的监控、诊断和显示装置等组成。 第二章 城轨车辆车体结构2.1 车体的概述车体的作用与分类 车体是容纳乘客和司机驾驶(对于有司机室的车辆)的部分，又是安装和连接其他设备及组件的基础。 按照车体所使用的材料可分为碳素钢车体、铝合金车体和不锈钢车体三种，早期的城轨车辆车体材料基本上是碳素钢(包括普通低碳钢和耐候钢)，目前主要使用铝合金和不锈钢。 按照车体结构有无司机室可分为带司机室车体和无司机室车体两种。 按照车体尺寸可分为A型车车体、B型车车体和C型车车体，如广州地铁一、二号线和深圳地铁车辆采用了A型车；广州地铁三、四号线和天津滨海轻轨采用了B型车。 按照车体结构工艺不同可分为一体化结构和模块化结构。如：广州地铁一号线车辆采用的是一体化结构，而二号线采用的则是模块化结构。城市轨道车辆车体特点： 有拖车、动车之分； 座位少、车门开度大、服务设备简单； 重量限制严格，要求轻量化； 防火及隔噪要求高；车体结构特点 车体结构设计上是整体承载的轻量化结构，采用大断面铝合金挤压中空型材、模块化设计制造而成，使整车重量轻，能耗低，充分发挥了车体各个构件中的强度，并大大提高了车体整体刚度。 车体的材料要求：具有一定的强度和刚度；耐腐蚀性，采用轻量化设计。 材料：碳素钢车体；不锈钢车体；铝合金车体。车体结构有如下特点：1） 车顶、底架、侧墙板采用大型中空铝合金型材拼焊，长焊缝，实现自动机械手焊接2）司机室作为在25km/h速度碰撞的吸能结构，与后部铝合金车体全部采用螺栓连接，一旦碰坏便于更换。并能实现司机室内装与设备的预组装。3）墙板外侧直接粘接窗玻璃，与门窗构成一条窗带4）空调机组安装顶沉入车顶，可使空调机组外形与车顶一致，提供了很好的外观造型5）在铝合金型材上预先设计内装安装槽作为预留内装接口，便于内装的安装。6）底架边梁、侧墙、车顶边梁为主纵向传力结构，宽厚的中空型材侧墙结构提供了车顶与底架的牢固连接，具有极强的垂向刚度与扭转刚度。7）车体刚度在AW0载荷工况下上挠度10mm，在AW3载荷工况下车体上挠度0mm，在各种载荷下不妨碍车门运动。2.2 车体的基本特征与结构2.2.1车体的基本特征 (1)城轨车辆一般为电动车组，有单节、双节、三节式等，有头车(及带有司机室的车辆)和中间车，以及动车与拖车之分，其车体结构也就有其多样性。 (2)由于城轨车辆是服务于城市内的公共交通，乘客数量多，旅行时间短，上下车频繁，因此车内设置的座位数量少、车门数量多而且开度大，服务于乘客的车内设备简单。 (3)对车辆的重量限制较为严格，特别是高架轻轨，要求列车重量轻、轴重小，以降低线路设施的工程投资。 (4)为减轻列车自重，车辆必须轻量化，对于车体承载结构一般采用大型中空截面挤压铝型材、高强度复合材料或不锈钢等，采用整体承载筒形车体结构，车辆的其他辅助设施也尽量采用轻型材料和轻量化结构。 (5)城轨车辆一般运营于城市人口稠密地区，并用于乘载旅客，所以对车辆的防火要求严格，特别是地铁车辆。通常车体的结构采用防火设计，材料需经过阻燃处理。 (6)对车辆的隔音和降噪有严格要求，以最大限度降低噪声对乘客和沿线居民的影响。 (7)用于城市内交通，车辆外观造型和色彩必须考虑城市文化、环境美化，与城市景观相协调。2.2.2车体的结构形式 按照车体结构承受载荷的方式不同，车体可分为底架承载结构、侧墙和底架共同承载结构和整体承载结构三类。 (1)底架承载结构：全部载荷由底架来承担的车体结构，也称自由承载结构。 (2)侧墙和底架共同承载结构：由侧、端墙与底架共同承担载荷的车体结构，也称侧墙承载结构。其侧、端墙与底架等通过固接形成一个整体，具有较高的强度、刚度。(3)整体承载结构：在板梁式侧、端墙上固接由金属板、梁组焊而成的车顶，使车体的底架、侧墙、端墙、车顶连接成一个整体，成为开口或闭口箱形结构，此时车体各部分结构均参与承受载荷，因而称这种结构为整体承载结构，如图2.1所示。钢制车体整体承载结构 为满足安全运载旅客的需要，车体钢结构必须有足够的强度；为提高乘坐舒适度，车体必须具有足够的刚度，保证车体的自振频率与转向架的自振频率不一致，避免产生共振现象而降低乘坐舒适度。试验结构表明：转向架采用空气弹簧时，车体钢结构的自振频率应达到8Hz以上。2.2.3车体的基本结构近代城轨车辆车体均采用整体承载的钢结构或轻金属结构，以达到满足强度和刚度要求的同时降低车辆自重。我国地铁车辆的车体结构从20世纪80年代就开始采用耐候钢无中梁整体承载结构，车体侧墙、车顶的梁柱与蒙皮结合后与底架构成封闭断面，以增强车体的强度和刚度。到20世纪90年代又生产了断面为鼓形的地铁车辆，使其能更好地利用限界。GB/T79282003地铁车辆通用技术条件规定我国地铁车辆车体采用整体承载结构。城轨车辆整体承载结构车体是由若干纵向、横向梁和立柱组成的钢骨架(也称钢结构)，再安装内饰板、外蒙皮、地板、顶板及隔热、隔音材料、车窗、车门及采光设施等组成。一般包括底架、端墙、侧墙、车顶、车窗、车门、贯通道和车内设施等部分。第三章 城轨车辆车钩缓冲装置3.1车钩缓冲装置的简介 车钩缓冲装置是用于使车辆与车辆，机车或动车相互连挂，传递牵引力，制动力并缓和纵向冲击力的车辆部件。它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成一个整体，安装于车底架构端的牵引梁内。为了保证车辆连挂安全可靠和车钩缓冲装置安装的互换性，我国铁路机车车辆有关规程规定：车钩缓冲器装车后，其车钩钩舌的水平中心线距钢轨面在空车状态下的高度，客车为880mm（允许+10mm，-5mm误差），货车为880mm（10mm）。两相邻车辆的车钩水平中心线最大高度差不得大于75mm。3.2车钩的结构和功能功能 首先说说车钩。车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。车钩按开启方式分为上作用式及下作用式两种。通过车钩钩头上部的提升机构开启的叫上作用式（一般货车大都采用此式）；借助钩头下部推顶杠杆的动作实现开启的叫下作用式（客车采用）。车钩按其结构类型分为螺旋车钩、密接式自动车钩、自动车钩及旋转车钩等。螺旋车钩使用最早，但因缺点较多已被淘汰，密接式自动车钩多为高速铁路车辆所用。中国除在大秦铁路重载单元列车上使用旋转车钩外，现一律采用自动车钩。所谓自动车钩，就是先将一个车钩的提杆提起后，再用机车拉开车辆或与另一车辆车钩碰撞时，能自动完成摘构或挂钩的动作的车钩。中国铁道部门1956年确定1、2号车钩为标准型车钩。但随着列车速度的提高和牵引吨位的增加，又于1957、1965年先后设计制造了15号车钩和13号车钩。客车使用15号车钩，货车则逐步用13号车钩代替2号车钩。结构 车钩由钩头，钩身、钩尾三个部分组成、车钩前端粗大的部分称为钩头，在钩头内装有钩舌、钩舌销，锁提销，钩舌推铁和钩锁铁。车钩后部称为钩尾，在钩尾上开有垂直扁锁孔，以便与钩尾框联结。为了实现挂钩或摘钩，使车辆连接或分离，车钩具有以下三种位置，也就是车钩三态：锁闭位置车钩的钩舌被钩锁铁挡住不能向外转开的位置。两个车辆连挂在一起时车钩就处在这种位置。开锁位置即钩锁铁被提起，钩舌只要受到拉力就可以向外转开的位置。摘钩时，只要其中一个车钩处在开锁位置，就可以把两辆连挂在一起的车分开。全开位置即钩舌已经完全向外转开的位置。当两车需要连挂时，只要其中一个车钩处在全开位置，与另一辆车钩碰撞后就可连挂。旋转车钩的构造与普通车钩不同，钩尾开有锁孔，钩尾销与钩尾框的转动套连接。钩尾端面为一球面，顶紧在带有凹球面的前从板上。当钩头受到扭转力矩作用时，钩身连同尾销以及转动套一起转动。旋转车钩现在只安装在专为大秦铁路运煤单元组合列车设计的车辆上。这种车辆的一端装设旋转车钩，另一端装设固定车钩，整列车上每组连接的两个车钩，两两相互搭配。当满载煤炭的车辆进入卸煤区的翻车机位时，翻车机带动车辆翻转180度，将煤炭倾倒出来。旋转车钩可以使车辆翻转卸货时不摘钩连续作业，缩短了卸货作业时间。 密接式车钩一般在高速铁路和地下铁道的车辆上使用。它的体积小、重量轻、两车钩连挂后各方向的相对移动量很小，可实现真正的“密接”；同时，对提高制动软管、电气接头自动对接的可靠性极为有利。3.3缓冲器的原理和分类原理 用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在起动、制动及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动。缓冲器有耗散车辆之间冲击和振动的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏作用。缓冲器的工作原理是借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。分类 根据缓冲器的结构特征和工作原理，一般缓冲器可分为：摩擦式缓冲器、橡胶式缓冲器和液压缓冲器等。 摩擦缓冲器由前、后两部分组成，前部为螺旋弹簧（客车用）或环弹簧（货车用），后部为内、外环弹簧，彼此以锥面相配合，两部分之间有弹簧座板分隔。螺旋弹簧用来缓和冲击作用力，环弹簧两滑动斜面间的摩擦力用来起到吸收能量的作用。当缓冲器受力压缩时，使各环相互挤压，这时外环弹簧中就储存了大部分的冲击能量；同时各内外环簧的斜面之间因相互摩擦而将一部分冲击能变成热能。当外力除去后，各环簧之间又产生摩擦，将所储存能量的一部分再一次转变为摩擦热能而消散，因而起到了缓冲和减振的作用。橡胶缓冲器的头部为楔块摩擦部分，由三个形状完全相同且带倾斜角的楔块，压头和箱体等部分组成，楔块介于压头与箱体之间，整个缓冲器封闭在箱体内。 橡胶缓冲器是借助橡胶分子内摩擦和弹性变形起到缓和冲击和消耗能量作用的。为了增大缓冲器容量，在头部装有金属摩擦部分，借助三个带有倾角的楔块，在受压时与箱体及压头间各接触斜面产生相对位移，因摩擦而消耗冲击能量。第四章 车钩的结构组成及选择4.1车钩的构造 车钩是机车牵引缓冲装置的主要部件之一，起连挂车列或其他机车的作用。我国机车车辆上采用的车钩，是现代各国普遍采用的自动车钩，具有自动连接的性能。 车钩的型号很多，但其作用原理基本相同，结构也大同小异。我国铁道部 规定的标准车钩，就有一号、二号、三号、四号、十三号、十五号、二十三号等多种。对车钩的要求无论那种类型号的车钩，都必须满足下列要求： 要有足够的强度； 容易辨识其连接状态，以免误认而造成列车分离事故； 不能因为运行而振动而自动解锁脱钩； 不能因各部稍有磨耗而影响其作用和挂钩的安全； 构造要简单，操作方便，拆装容易，以降低运用成本。4.2车钩的主要技术要求（设计参数）1.车钩的开度：在闭锁位时，其开度为110130mm；在全开位时，其开度为220250mm；2.车钩中心线距轨面高度为（88010）mm；3.两个车钩连挂后，其两个车钩的中心线相差不得超过75 mm；4.车钩在闭锁位，钩舌锁铁往上的活动量位515mm；5.钩舌销与销孔径向间隙位14mm。4.3 上作用式十三号车钩组成下作用式十三号自动车钩由车体、钩舌、钩舌销、钩锁推铁、下锁销装配等组成。4.3.1钩体 钩体由铸钢铸成，是车钩的主体部分，按部位可以分为钩头、钩身、钩尾三部分组成。整个钩体像一个半张开的拳头。(1) 钩头前部空腔用来装置其他车钩部分零件。钩腕，可容纳对方钩舌。钩耳分上下钩耳，安装钩舌用。钩锁腔为钩头中空部，容纳并安装钩锁、钩舌推铁等零件。钩身：钩身铸成中空断面结构。钩尾：钩尾分叉并设有销孔，用来连接钩尾框，在尾框内设缓冲器(2) 钩舌 钩舌是一个形状复杂的铸钢件，按部位可分为钩舌和钩舌尾部。钩舌是挽 钩部分，钩舌尾部是锁铁、开钩的控制部分，并且是车钩承载拉压载荷的部分。在钩舌转轴处，设一垂向销孔，通过钩舌销把钩舌装在钩头上，并可以适当转动， 呈张开或闭拢状态，张开时可以进行挂钩，闭拢并锁住后即为连挂好以后的状态。 (3) 钩舌销钩舌销是锻钢制成的圆形长销。它穿在钩头及钩舌的销孔内，把钩舌装在钩头上并保证钩舌可以绕其适当转动。钩舌销顶部有凸边，可以防止掉落；下部有开口销孔，以穿入开口销，避免脱落。(4) 钩锁钩锁是一个形状复杂的铸钢件，它有相当大的自重，安放在钩头空腔内，处于钩舌尾部适当位置。当钩舌尾部和钩头空腔内壁之间，转出一个空间，钩锁因自重落下，卡住钩舌尾部，使钩舌不能张开，即成钩锁状态。在钩锁的下端尾部，有一销孔，用来连接下锁销；在钩锁的上部，还设有一个短梁，这是为上作用式车钩连接提锁零件用的。(5) 钩舌推铁它是一个弯曲形状的铸钢件，平置于钩头空腔内，处于钩舌尾部的后面，下部有一短圆销作为转轴。当钩锁被提起时，钩锁推动钩舌推铁的一端，使它绕轴转动一定角度，其另一端则拔动钩舌尾部，使钩舌张开成为全开状态。在挂钩后，钩舌尾部将它转回原位。(6) 下锁销载装配为下作用式车钩顶起钩锁用，它是由下锁销、下锁销体和下锁销钩组成。下锁销钩以转轴孔和钩头下锁销孔转轴来连结，另一端和下锁销体相连；下锁销体另一端和下锁销相连，其上有二次防脱尖端，中部有回转挡和钩提杆止挡；下锁销另一端由下锁销轴和钩锁轴的下锁销孔相连。4.4车钩三态作用车钩由钩头，钩身、钩尾三个部分组、车钩前端粗大的部分称为钩头，在钩头内装有钩舌、钩舌销，锁提销，钩舌推铁和钩锁铁。车钩后部称为钩尾， 在钩尾上开有垂直扁锁孔，以便与钩尾框联结。为了实现挂钩或摘钩，使车辆连 接或分离，车钩具有以下三种位置，也就是车钩三态：锁闭位置车钩的钩舌被钩锁铁挡住不能向外转开的位置。两个车辆连挂在一起时车钩就处在这种位置。开锁位置即钩锁铁被提起，钩舌只要受到拉力就可以向外转开的位置。摘钩时，只要其中一个车钩处在开锁位置，就可以把两辆连挂在一起的车分开。全开位置即钩舌已经完全向外转开的位置。当两车需要连挂时，只要其中一个车钩处在全开位置，与另一辆车钩碰撞后就可连挂。旋转车钩的构造与普通车钩不同，钩尾开有锁孔，钩尾销与钩尾框的转动套连接。钩尾端面为一球面，顶紧在带有凹球面的前从板上。当钩头受到扭 转力矩作用时，钩身连同尾销以及转动套一起转动。旋转车钩现在只安装在专为大秦铁路运煤单元组合列车设计的车辆上。这种车辆的一端装设旋转车钩，另一端装设固定车钩，整列车上每组连接的两个车钩，两两相互搭配。当满载煤炭的 车辆进入卸煤区的翻车机位时，翻车机带动车辆翻转180度，将煤炭倾倒出来。 旋转车钩可以使车辆翻转卸货时不摘钩连续作业，缩短了卸货作业时间。密接式车钩一般在高速铁路和地下铁道的车辆上使用。它的体积小、重量轻、两车钩连挂后各方向的相对移动量很小，可实现真正的“密接” ；同时，对提高制动软管、电气接头自动对接的可靠性极为有利。4.5 车钩的基本尺寸和性能参数4.5.1基本尺寸(1)车钩的链接轮廓尺寸符合 GB 4952-85 机车车辆自动车钩链接轮廓的规定。(2)车钩的基本尺寸如图4.1、图4.2。(3)钩舌与钩腕内侧面距离； a.车钩处于闭锁位置时 =112122mm；