车钩缓冲装置 2

姜晓东

车 钩 缓 冲 装 置

目 录

1

2 前言................................................................................................................................................................ 1 现状................................................................................................................................................................ 1

2.1 车钩........................................................................................................................................................ 1

客运列车用车钩............................................................................................................................ 1

柴田式车钩............................................................................................................................................... 1

夏芬伯格车钩（Scharfenberg coupler）.................................................................................................. 3

丹纳车钩（Dellner coupler）................................................................................................................... 5

法维莱车钩（Faiveley coupler）............................................................................................................. 6

Schwab Coupler.........................................................................................................................................8 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.1.3 2.1.1.4 2.1.1.5 2.1.1

2.1.2 货运列车用车钩............................................................................................................................ 9

Janney Coupler......................................................................................................................................9

SA3 Coupler..........................................................................................................................................9

Unicoupler/Intermat............................................................................................................................10

C-AKv................................................................................................................................................. 10

其它..................................................................................................................................................... 10 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.2.3 2.1.2.4 2.1.2.5

2.2 缓冲器.................................................................................................................................................. 10

弹簧式缓冲器.............................................................................................................................. 10

橡胶缓冲器.................................................................................................................................. 10

RD011型............................................................................................................................................ 10

EFA 型.................................................................................................................................................11

EFG2/3型............................................................................................................................................11 2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3

2.2.3

2.2.4

2.2.5

2.2.6

2.2.7

2.3

2.3.1 气液缓冲器.................................................................................................................................. 12 弹性体缓冲器.............................................................................................................................. 13 胶泥缓冲器.................................................................................................................................. 14 摩擦楔块式缓冲器...................................................................................................................... 14 其它............................................................................................................................................. 14 屈曲管......................................................................................................................................... 14

圆管..................................................................................................................................................... 15

方管..................................................................................................................................................... 15 过载保护单元（C RASH E NERGY M ANAGEMENT —CEM）................................................................ 14 2.3.1.1 2.3.1.2

2.3.2

2.3.3

2.3.4

2.3.5

2.3.6

2.3.7 扩张式（Expanding ）吸能装置................................................................................................ 15 收缩式（Shrinking ）吸能装置.................................................................................................. 16 折叠式（Foldable ）吸能装置.................................................................................................... 17 刨削式（Peeling ）吸能装置...................................................................................................... 17 液压缓冲器(Hydrostatic buffer)..................................................................................................18 气液缓冲器.................................................................................................................................. 19

流体运动连续性方程......................................................................................................................... 19

总流上的伯努利方程......................................................................................................................... 20

总流动量方程式................................................................................................................................. 21

孔口出流............................................................................................................................................. 21

节流气穴............................................................................................................................................. 25 2.3.7.1 2.3.7.2 2.3.7.3 2.3.7.4 2.3.7.5

2.3.7.6 变压强作用下的孔口出流................................................................................................................. 25

2.4 剪切装置(SHEAR -OFF MECHANISMS)................................................................................................... 26

增力器......................................................................................................................................... 26

收缩式......................................................................................................................................... 27

剪切销轴..................................................................................................................................... 27

机械（弹簧）.............................................................................................................................. 28

气动............................................................................................................................................. 28

电动............................................................................................................................................. 28

自阻尼......................................................................................................................................... 29

橡胶堆......................................................................................................................................... 29

弹簧............................................................................................................................................. 29

减振器......................................................................................................................................... 29

其它............................................................................................................................................. 29

分类方法..................................................................................................................................... 30

按外形分............................................................................................................................................. 30

按结构分............................................................................................................................................. 30

按用途分............................................................................................................................................. 30

依据标准............................................................................................................................................. 31

机械性能............................................................................................................................................. 31

电气性能............................................................................................................................................. 31

环境性能............................................................................................................................................. 32

IP 等级分类........................................................................................................................................ 32

Amphenol （美国）............................................................................................................................ 33

JAE（日本）....................................................................................................................................... 34

Era contact（德国）....................................................................................................................... 34

Dellner（瑞典）............................................................................................................................... 36

Schwab 公司........................................................................................................................................ 37

浙江天台永贵电器有限公司............................................................................................................. 37

中航工业沈阳兴华航空电器有限责任公司...................................................................................... 38 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.7 2.7.1 对中装置（C ENTRING D EVICE ）........................................................................................................ 27 支撑吊挂装置...................................................................................................................................... 29 电连接器.............................................................................................................................................. 30 2.7.1.1 2.7.1.2 2.7.1.3 2.7.2 选型知识..................................................................................................................................... 31 2.7.2.1 2.7.2.2 2.7.2.3 2.7.2.4 2.7.2.5 2.7.3 生产商......................................................................................................................................... 33 2.7.3.1 2.7.3.2 2.7.3.3 2.7.3.4 2.7.3.5 2.7.3.6 2.7.3.7

2.8 典型车钩缓冲装置.............................................................................................................................. 45

柴田式车钩缓冲装置.................................................................................................................. 45

夏芬伯格车钩缓冲装置.............................................................................................................. 47

丹纳车钩缓冲装置...................................................................................................................... 49

法维莱车钩缓冲装置.................................................................................................................. 51 2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.8.4

3 设计过程...................................................................................................................................................... 52

3.1 （预知）设计参数.............................................................................................................................. 52

全自动车钩缓冲装置.................................................................................................................. 53

半自动车钩缓冲装置.................................................................................................................. 54

半永久车钩缓冲装置.................................................................................................................. 54 3.1.1 3.1.2 3.1.3

缓冲器计算.................................................................................................................................. 55

最大阻抗力......................................................................................................................................... 55

容量..................................................................................................................................................... 55

行程..................................................................................................................................................... 55

能量吸收率......................................................................................................................................... 55

屈曲管-圆管........................................................................................................................................ 56

屈曲管-方管........................................................................................................................................ 65

扩张式吸能装置................................................................................................................................. 67

收缩式吸能装置................................................................................................................................. 70

折叠式吸能装置................................................................................................................................. 72

刨削式吸能装置................................................................................................................................. 72

液压缓冲器......................................................................................................................................... 72

气液缓冲器......................................................................................................................................... 72

增力器................................................................................................................................................. 79

收缩式................................................................................................................................................. 79

剪切销轴............................................................................................................................................. 79

橡胶堆................................................................................................................................................. 79

弹簧..................................................................................................................................................... 79

减震器................................................................................................................................................. 79

横向摆角............................................................................................................................................. 79

垂向摆角............................................................................................................................................. 81

机械（弹簧）..................................................................................................................................... 82

气动..................................................................................................................................................... 84

自阻尼................................................................................................................................................. 85 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.1 3.2.2 CEM 计算.................................................................................................................................... 56 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.2.4 3.2.2.5 3.2.2.6 3.2.2.7 3.2.2.8 3.2.3 剪切装置计算.............................................................................................................................. 78 3.2.3.1 3.2.3.2 3.2.3.3 3.2.4 支撑吊挂装置计算...................................................................................................................... 79 3.2.4.1 3.2.4.2 3.2.4.3 3.2.5 曲线通过能力计算（横向摆角和垂向摆角）.......................................................................... 79 3.2.5.1 3.2.5.2 3.2.6 全自动对中装置计算.................................................................................................................. 82 3.2.6.1 3.2.6.2 3.2.6.3

3.2.7

3.2.8 联挂范围计算（可选）.............................................................................................................. 85 纵向动力学计算.......................................................................................................................... 85

启动工况............................................................................................................................................. 85

制动工况............................................................................................................................................. 85

联挂工况............................................................................................................................................. 85

半圆形钩舌机构................................................................................................................................. 85

锁型机构............................................................................................................................................. 85 3.2.8.1 3.2.8.2 3.2.8.3 3.2.9 钩舌等相关连接件尺寸链计算.................................................................................................. 85 3.2.9.1 3.2.9.2

3.2.10

4 设计实例................................................................................................................................. 86 试验验证...................................................................................................................................................... 86

4.1 车钩...................................................................................................................................................... 86

柴田式车钩.................................................................................................................................. 86

型式试验............................................................................................................................................. 86

例行试验............................................................................................................................................. 86 4.1.1.1 4.1.1.2 4.1.1

型式试验............................................................................................................................................. 87

例行试验............................................................................................................................................. 87

型式试验............................................................................................................................................. 87

例行试验............................................................................................................................................. 87

型式试验............................................................................................................................................. 87

例行试验............................................................................................................................................. 87 4.1.2.1 4.1.2.2 4.1.3 丹纳车钩..................................................................................................................................... 87 4.1.3.1 4.1.3.2 4.1.4 法维莱车钩.................................................................................................................................. 87 4.1.4.1 4.1.4.2

4.2 缓冲器.................................................................................................................................................. 87

橡胶缓冲器（日本）.................................................................................................................. 87

正式容量落锤试验............................................................................................................................. 87

耐久、坚固试验................................................................................................................................. 87

高、低温落锤试验............................................................................................................................. 88

静态试验............................................................................................................................................. 89

动态试验............................................................................................................................................. 90 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1 4.2.2 气液-环簧缓冲器........................................................................................................................ 89 4.2.2.1 4.2.2.2

4.2.3

4.2.4

4.2.5

4.2.6

4.3

4.3.1 EFA 橡胶缓冲器......................................................................................................................... 90 EFG 橡胶缓冲器......................................................................................................................... 90 液压缓冲器.................................................................................................................................. 90 胶泥缓冲器.................................................................................................................................. 90 型式试验..................................................................................................................................... 90

静（态）压缩试验............................................................................................................................. 90

（动态）冲击试验............................................................................................................................. 90

（动态）冲击试验-低温（可选）.................................................................................................... 91 过载保护单元（C RASH E NERGY M ANAGEMENT —CEM）................................................................ 90 4.3.1.1 4.3.1.2 4.3.1.3

4.4 电连接器.............................................................................................................................................. 91

型式试验..................................................................................................................................... 91

淋水试验............................................................................................................................................. 91

连接接合范围试验（选作）............................................................................................................. 91

动作试验............................................................................................................................................. 91 4.4.1.1 4.4.1 4.4.2 例行试验..................................................................................................................................... 91 4.4.2.1 4.4.2.2

5 应用实例...................................................................................................................................................... 91

5.1 动车组.................................................................................................................................................. 91

CRH1........................................................................................................................................... 91

CRH2........................................................................................................................................... 92

CRH3........................................................................................................................................... 98

CRH5........................................................................................................................................... 99 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4

5.2

5.3

6 地铁、轻轨........................................................................................................................................ 101 干线列车............................................................................................................................................ 102 总结............................................................................................................................................................ 102

6.1 车钩.................................................................................................................................................... 102

干线：....................................................................................................................................... 102 6.1.1

6.1.2

6.1.3

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

7 Metro-A ：.................................................................................................................................. 102 Metro-B ：.................................................................................................................................. 102 大容量缓冲器.................................................................................................................................... 102 小容量缓冲器.................................................................................................................................... 103 剪切装置............................................................................................................................................ 103 吊挂（支撑）装置............................................................................................................................ 103 对中装置............................................................................................................................................ 103 电气连接器........................................................................................................................................ 103 仿真计算及相关软件系统的开发............................................................................................................ 104

姜晓东

车 钩 缓 冲 装 置

目 录

1

2 前言................................................................................................................................................................ 1 现状................................................................................................................................................................ 1

2.1 车钩........................................................................................................................................................ 1

客运列车用车钩............................................................................................................................ 1

柴田式车钩............................................................................................................................................... 1

夏芬伯格车钩（Scharfenberg coupler）.................................................................................................. 3

丹纳车钩（Dellner coupler）................................................................................................................... 5

法维莱车钩（Faiveley coupler）............................................................................................................. 6

Schwab Coupler.........................................................................................................................................8 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.1.3 2.1.1.4 2.1.1.5 2.1.1

2.1.2 货运列车用车钩............................................................................................................................ 9

Janney Coupler......................................................................................................................................9

SA3 Coupler..........................................................................................................................................9

Unicoupler/Intermat............................................................................................................................10

C-AKv................................................................................................................................................. 10

其它..................................................................................................................................................... 10 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.2.3 2.1.2.4 2.1.2.5

2.2 缓冲器.................................................................................................................................................. 10

弹簧式缓冲器.............................................................................................................................. 10

橡胶缓冲器.................................................................................................................................. 10

RD011型............................................................................................................................................ 10

EFA 型.................................................................................................................................................11

EFG2/3型............................................................................................................................................11 2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3

2.2.3

2.2.4

2.2.5

2.2.6

2.2.7

2.3

2.3.1 气液缓冲器.................................................................................................................................. 12 弹性体缓冲器.............................................................................................................................. 13 胶泥缓冲器.................................................................................................................................. 14 摩擦楔块式缓冲器...................................................................................................................... 14 其它............................................................................................................................................. 14 屈曲管......................................................................................................................................... 14

圆管..................................................................................................................................................... 15

方管..................................................................................................................................................... 15 过载保护单元（C RASH E NERGY M ANAGEMENT —CEM）................................................................ 14 2.3.1.1 2.3.1.2

2.3.2

2.3.3

2.3.4

2.3.5

2.3.6

2.3.7 扩张式（Expanding ）吸能装置................................................................................................ 15 收缩式（Shrinking ）吸能装置.................................................................................................. 16 折叠式（Foldable ）吸能装置.................................................................................................... 17 刨削式（Peeling ）吸能装置...................................................................................................... 17 液压缓冲器(Hydrostatic buffer)..................................................................................................18 气液缓冲器.................................................................................................................................. 19

流体运动连续性方程......................................................................................................................... 19

总流上的伯努利方程......................................................................................................................... 20

总流动量方程式................................................................................................................................. 21

孔口出流............................................................................................................................................. 21

节流气穴............................................................................................................................................. 25 2.3.7.1 2.3.7.2 2.3.7.3 2.3.7.4 2.3.7.5

2.3.7.6 变压强作用下的孔口出流................................................................................................................. 25

2.4 剪切装置(SHEAR -OFF MECHANISMS)................................................................................................... 26

增力器......................................................................................................................................... 26

收缩式......................................................................................................................................... 27

剪切销轴..................................................................................................................................... 27

机械（弹簧）.............................................................................................................................. 28

气动............................................................................................................................................. 28

电动............................................................................................................................................. 28

自阻尼......................................................................................................................................... 29

橡胶堆......................................................................................................................................... 29

弹簧............................................................................................................................................. 29

减振器......................................................................................................................................... 29

其它............................................................................................................................................. 29

分类方法..................................................................................................................................... 30

按外形分............................................................................................................................................. 30

按结构分............................................................................................................................................. 30

按用途分............................................................................................................................................. 30

依据标准............................................................................................................................................. 31

机械性能............................................................................................................................................. 31

电气性能............................................................................................................................................. 31

环境性能............................................................................................................................................. 32

IP 等级分类........................................................................................................................................ 32

Amphenol （美国）............................................................................................................................ 33

JAE（日本）....................................................................................................................................... 34

Era contact（德国）....................................................................................................................... 34

Dellner（瑞典）............................................................................................................................... 36

Schwab 公司........................................................................................................................................ 37

浙江天台永贵电器有限公司............................................................................................................. 37

中航工业沈阳兴华航空电器有限责任公司...................................................................................... 38 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.7 2.7.1 对中装置（C ENTRING D EVICE ）........................................................................................................ 27 支撑吊挂装置...................................................................................................................................... 29 电连接器.............................................................................................................................................. 30 2.7.1.1 2.7.1.2 2.7.1.3 2.7.2 选型知识..................................................................................................................................... 31 2.7.2.1 2.7.2.2 2.7.2.3 2.7.2.4 2.7.2.5 2.7.3 生产商......................................................................................................................................... 33 2.7.3.1 2.7.3.2 2.7.3.3 2.7.3.4 2.7.3.5 2.7.3.6 2.7.3.7

2.8 典型车钩缓冲装置.............................................................................................................................. 45

柴田式车钩缓冲装置.................................................................................................................. 45

夏芬伯格车钩缓冲装置.............................................................................................................. 47

丹纳车钩缓冲装置...................................................................................................................... 49

法维莱车钩缓冲装置.................................................................................................................. 51 2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.8.4

3 设计过程...................................................................................................................................................... 52

3.1 （预知）设计参数.............................................................................................................................. 52

全自动车钩缓冲装置.................................................................................................................. 53

半自动车钩缓冲装置.................................................................................................................. 54

半永久车钩缓冲装置.................................................................................................................. 54 3.1.1 3.1.2 3.1.3

缓冲器计算.................................................................................................................................. 55

最大阻抗力......................................................................................................................................... 55

容量..................................................................................................................................................... 55

行程..................................................................................................................................................... 55

能量吸收率......................................................................................................................................... 55

屈曲管-圆管........................................................................................................................................ 56

屈曲管-方管........................................................................................................................................ 65

扩张式吸能装置................................................................................................................................. 67

收缩式吸能装置................................................................................................................................. 70

折叠式吸能装置................................................................................................................................. 72

刨削式吸能装置................................................................................................................................. 72

液压缓冲器......................................................................................................................................... 72

气液缓冲器......................................................................................................................................... 72

增力器................................................................................................................................................. 79

收缩式................................................................................................................................................. 79

剪切销轴............................................................................................................................................. 79

橡胶堆................................................................................................................................................. 79

弹簧..................................................................................................................................................... 79

减震器................................................................................................................................................. 79

横向摆角............................................................................................................................................. 79

垂向摆角............................................................................................................................................. 81

机械（弹簧）..................................................................................................................................... 82

气动..................................................................................................................................................... 84

自阻尼................................................................................................................................................. 85 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.1 3.2.2 CEM 计算.................................................................................................................................... 56 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.2.4 3.2.2.5 3.2.2.6 3.2.2.7 3.2.2.8 3.2.3 剪切装置计算.............................................................................................................................. 78 3.2.3.1 3.2.3.2 3.2.3.3 3.2.4 支撑吊挂装置计算...................................................................................................................... 79 3.2.4.1 3.2.4.2 3.2.4.3 3.2.5 曲线通过能力计算（横向摆角和垂向摆角）.......................................................................... 79 3.2.5.1 3.2.5.2 3.2.6 全自动对中装置计算.................................................................................................................. 82 3.2.6.1 3.2.6.2 3.2.6.3

3.2.7

3.2.8 联挂范围计算（可选）.............................................................................................................. 85 纵向动力学计算.......................................................................................................................... 85

启动工况............................................................................................................................................. 85

制动工况............................................................................................................................................. 85

联挂工况............................................................................................................................................. 85

半圆形钩舌机构................................................................................................................................. 85

锁型机构............................................................................................................................................. 85 3.2.8.1 3.2.8.2 3.2.8.3 3.2.9 钩舌等相关连接件尺寸链计算.................................................................................................. 85 3.2.9.1 3.2.9.2

3.2.10

4 设计实例................................................................................................................................. 86 试验验证...................................................................................................................................................... 86

4.1 车钩...................................................................................................................................................... 86

柴田式车钩.................................................................................................................................. 86

型式试验............................................................................................................................................. 86

例行试验............................................................................................................................................. 86 4.1.1.1 4.1.1.2 4.1.1

型式试验............................................................................................................................................. 87

例行试验............................................................................................................................................. 87

型式试验............................................................................................................................................. 87

例行试验............................................................................................................................................. 87

型式试验............................................................................................................................................. 87

例行试验............................................................................................................................................. 87 4.1.2.1 4.1.2.2 4.1.3 丹纳车钩..................................................................................................................................... 87 4.1.3.1 4.1.3.2 4.1.4 法维莱车钩.................................................................................................................................. 87 4.1.4.1 4.1.4.2

4.2 缓冲器.................................................................................................................................................. 87

橡胶缓冲器（日本）.................................................................................................................. 87

正式容量落锤试验............................................................................................................................. 87

耐久、坚固试验................................................................................................................................. 87

高、低温落锤试验............................................................................................................................. 88

静态试验............................................................................................................................................. 89

动态试验............................................................................................................................................. 90 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1 4.2.2 气液-环簧缓冲器........................................................................................................................ 89 4.2.2.1 4.2.2.2

4.2.3

4.2.4

4.2.5

4.2.6

4.3

4.3.1 EFA 橡胶缓冲器......................................................................................................................... 90 EFG 橡胶缓冲器......................................................................................................................... 90 液压缓冲器.................................................................................................................................. 90 胶泥缓冲器.................................................................................................................................. 90 型式试验..................................................................................................................................... 90

静（态）压缩试验............................................................................................................................. 90

（动态）冲击试验............................................................................................................................. 90

（动态）冲击试验-低温（可选）.................................................................................................... 91 过载保护单元（C RASH E NERGY M ANAGEMENT —CEM）................................................................ 90 4.3.1.1 4.3.1.2 4.3.1.3

4.4 电连接器.............................................................................................................................................. 91

型式试验..................................................................................................................................... 91

淋水试验............................................................................................................................................. 91

连接接合范围试验（选作）............................................................................................................. 91

动作试验............................................................................................................................................. 91 4.4.1.1 4.4.1 4.4.2 例行试验..................................................................................................................................... 91 4.4.2.1 4.4.2.2

5 应用实例...................................................................................................................................................... 91

5.1 动车组.................................................................................................................................................. 91

CRH1........................................................................................................................................... 91

CRH2........................................................................................................................................... 92

CRH3........................................................................................................................................... 98

CRH5........................................................................................................................................... 99 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4

5.2

5.3

6 地铁、轻轨........................................................................................................................................ 101 干线列车............................................................................................................................................ 102 总结............................................................................................................................................................ 102

6.1 车钩.................................................................................................................................................... 102

干线：....................................................................................................................................... 102 6.1.1

6.1.2

6.1.3

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

7 Metro-A ：.................................................................................................................................. 102 Metro-B ：.................................................................................................................................. 102 大容量缓冲器.................................................................................................................................... 102 小容量缓冲器.................................................................................................................................... 103 剪切装置............................................................................................................................................ 103 吊挂（支撑）装置............................................................................................................................ 103 对中装置............................................................................................................................................ 103 电气连接器........................................................................................................................................ 103 仿真计算及相关软件系统的开发............................................................................................................ 104