趙 琦，劉振平

(中車青島四方車輛研究所有限公司 鉤緩事業(yè)部，山東 青島 266031)

目前國(guó)內(nèi)城軌車輛上使用的車鉤基本有2種，即330型和CG-5型車鉤，330型車鉤主要在上海、廣州、南京的地鐵車輛上使用，CG-5型車鉤主要在北京、天津、大連的地鐵車輛上使用。隨著國(guó)內(nèi)城軌交通的發(fā)展，330型車鉤的應(yīng)用越來(lái)越多，市場(chǎng)占有量越來(lái)越大，目前已經(jīng)批量裝用于天津、大連、廣州、深圳、南京、沈陽(yáng)、鄭州、合肥等地的城軌車輛上，具有成熟的運(yùn)用業(yè)績(jī)[1]。由于部分地區(qū)的現(xiàn)有車輛使用的是外企生產(chǎn)的車鉤，為了降低運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)列車之間的重連以及相互救援等功能，對(duì)國(guó)產(chǎn)330型車鉤與現(xiàn)有車輛車鉤的連掛兼容性問(wèn)題的研究已經(jīng)迫在眉睫，因此，本文主要研究國(guó)產(chǎn)與外企生產(chǎn)的330型車鉤的連掛兼容性問(wèn)題。

1 330型車鉤結(jié)構(gòu)

330型車鉤是歐式車鉤，這種車鉤連掛和解鉤靈活方便，是目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通車輛廣泛采用的機(jī)械車鉤。330型車鉤主要由鉤體、主軸、鉤舌、連掛桿、連掛桿銷軸、拉簧等組成(圖1)。鉤體的前部一半為凸錐，另一半為凹錐，連接時(shí)雙方車鉤凸錐和凹錐互相插入，起連接導(dǎo)向作用。鉤體、鉤舌、連掛桿、主軸等是車鉤實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的關(guān)鍵零件，鉤舌繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)連掛桿動(dòng)作，連掛桿在拉簧拉力作用下使車鉤可靠連接。

圖1 330型車鉤

2 國(guó)產(chǎn)330型車鉤功能及連掛原理

國(guó)產(chǎn)330型車鉤重約65 kg，從連掛面到后端面距離為320 mm，外形尺寸為330 mm×570 mm×443 mm。在一組車向另一組車低速移動(dòng)掛鉤時(shí)，國(guó)產(chǎn)330型車鉤能實(shí)現(xiàn)2組車的機(jī)械、氣路、電路的自動(dòng)連接，且車鉤之間能保證連接緊密，并具有良好的適應(yīng)性；在兩車帶有垂向偏差時(shí)以及在水平曲線、豎曲線上均能實(shí)現(xiàn)良好連接；可自動(dòng)解鉤或人工手動(dòng)解鉤，車組解鉤后車鉤即處于待連掛狀態(tài)。國(guó)產(chǎn)330型車鉤可與緩沖系統(tǒng)、安裝吊掛系統(tǒng)裝配組成車鉤緩沖裝置，裝用于各種新造城軌車輛上。

國(guó)產(chǎn)330型車鉤作用原理如圖2所示，具有待掛、連掛和解鉤3種狀態(tài)。

圖2 國(guó)產(chǎn)330型車鉤作用原理

(1) 待掛狀態(tài)。為車鉤連掛前的準(zhǔn)備狀態(tài)，此時(shí)拉簧處于最大拉力狀態(tài)，連掛桿置于凸錐內(nèi)，連掛組成處于待掛狀態(tài)(圖2(a))。

(2) 連掛狀態(tài)。連掛車鉤的凸錐伸入對(duì)方車鉤的凹錐，雙側(cè)鉤舌推動(dòng)對(duì)方連掛桿回縮引起鉤舌轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著鉤體間的相互接近，鉤舌轉(zhuǎn)動(dòng)角度加大，在拉簧的作用下，連掛桿可以進(jìn)入對(duì)方鉤舌，完成兩鉤的連掛(圖2(b)～圖2(d))。

(3) 解鉤狀態(tài)。人工拉動(dòng)一側(cè)車鉤解鉤手柄，帶動(dòng)鉤舌順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)鉤舌轉(zhuǎn)至一定角度時(shí)，本側(cè)車鉤鉤舌、連掛桿處于圖2(e)所示解鉤狀態(tài)，此時(shí)移動(dòng)一側(cè)鉤體，即可完成車鉤的分解。當(dāng)兩鉤分離后，連掛桿由于拉簧的作用復(fù)位，車鉤又恢復(fù)到待掛狀態(tài)。

3 兼容性方案設(shè)計(jì)

3.1 影響330型車鉤連掛兼容性的主要因素

影響330型車鉤連掛兼容性的主要因素有鉤體、連掛機(jī)構(gòu)。

3.1.1 鉤體

鉤體凸凹錐能否相互導(dǎo)入是影響車鉤連掛兼容性的關(guān)鍵點(diǎn)，圖3是國(guó)產(chǎn)330型車鉤鉤體中與其連掛兼容性相關(guān)的關(guān)鍵尺寸，與外企產(chǎn)車鉤基本相同。不同的是外企產(chǎn)車鉤凸錐最高處與連掛面的距離約120 mm，國(guó)產(chǎn)則約為117 mm，但完全不影響連掛及連掛反饋。

圖3 國(guó)產(chǎn)330型車鉤鉤體與其連掛兼容性相關(guān)的關(guān)鍵尺寸

3.1.2 連掛機(jī)構(gòu)

連掛機(jī)構(gòu)包括鉤舌、連掛桿、主軸和連掛桿銷軸。鉤舌的輪廓和厚度，連掛桿長(zhǎng)度，主軸和連掛桿銷軸的直徑等對(duì)330型車鉤的連掛兼容性都有很大影響。國(guó)產(chǎn)330型車鉤連掛機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與外企產(chǎn)車鉤相同。

3.2 是否連掛兼容的判定

(1) 連掛機(jī)構(gòu)是否連掛到位。

連掛機(jī)構(gòu)是否連掛到位可通過(guò)觀察兩側(cè)車鉤連掛指示是否到位和連掛反饋是否正常來(lái)判定，圖4為外企產(chǎn)330型車鉤的連掛指示及連掛反饋，通過(guò)主軸上的彈性銷指示連掛是否到位，通過(guò)2個(gè)接近開(kāi)關(guān)分別檢測(cè)主軸及連掛桿的位置，并將連掛是否到位反饋給列車控制系統(tǒng)。圖5為國(guó)產(chǎn)330型車鉤的連掛指示及連掛反饋，與外企產(chǎn)330型車鉤的原理相同，通過(guò)主軸上槽線指示連掛是否到位，通過(guò)2個(gè)限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)主軸及連掛桿的位置。因國(guó)產(chǎn)330型車鉤的鉤舌、主軸、連掛桿等連掛機(jī)構(gòu)與外企產(chǎn)330型車鉤相同，兩車鉤的連掛指示及連掛反饋可以完全兼容。

圖4 外企產(chǎn)330型車鉤連掛指示及連掛反饋

圖5 國(guó)產(chǎn)330型車鉤連掛指示及連掛反饋

(2) 氣路能否導(dǎo)通。

圖6為外企產(chǎn)及國(guó)產(chǎn)330型車鉤風(fēng)管連接器，兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，只要風(fēng)管連接器在車鉤上的位置相同，完全能夠?qū)崿F(xiàn)氣路的導(dǎo)通及密封。

圖6 外企產(chǎn)及國(guó)產(chǎn)330型車鉤風(fēng)管連接器結(jié)構(gòu)

4 試驗(yàn)

本項(xiàng)目的試驗(yàn)有連掛試驗(yàn)、壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)、拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。

(1) 連掛試驗(yàn)。

連掛試驗(yàn)的主要內(nèi)容有330型車鉤間連掛試驗(yàn)及連掛間隙測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤間連掛自如，解鉤方便(圖7)。測(cè)定結(jié)果顯示，連掛面間隙為0.5 mm。

圖7 國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤間連掛

(2) 壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)。

330型車鉤的壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)在500 t壓噸試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)850 kN壓縮載荷作用后，國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤能夠正常解鉤和連掛，鉤體無(wú)明顯變形。

(3) 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。

330型車鉤的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)在車鉤連掛試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)650 kN拉伸載荷作用后，國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤能夠正常解鉤和連掛，鉤體、鉤舌、連掛桿均無(wú)明顯變形，連掛間隙為0.8 mm。在拉至1 150 kN載荷后，國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤之間產(chǎn)生異響，試驗(yàn)停止。分解檢查后發(fā)現(xiàn)一側(cè)鉤舌斷裂，其他零件未發(fā)現(xiàn)明顯變形[2]。

國(guó)產(chǎn)330型車鉤在廣州、深圳、沈陽(yáng)等地鐵項(xiàng)目上多次進(jìn)行裝車連掛試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤機(jī)械連掛鎖閉狀態(tài)良好，連掛到位指示及連掛反饋正常；氣路導(dǎo)通、密封性正常；電氣連接導(dǎo)通、密封性正常。驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤可以進(jìn)行互連互通，機(jī)械、氣路及電氣連接均能夠完全兼容。表1為國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤連掛兼容的項(xiàng)目。

表1 國(guó)產(chǎn)與外企產(chǎn)330型車鉤連掛兼容的項(xiàng)目

此外廣州、深圳、成都、杭州、無(wú)錫、沈陽(yáng)等采用外企產(chǎn)車鉤的地鐵項(xiàng)目，均采用國(guó)產(chǎn)330型過(guò)渡車鉤對(duì)列車進(jìn)行牽引、回送。

5 結(jié)論

國(guó)產(chǎn)330型車鉤結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，操作簡(jiǎn)便，能夠滿足與現(xiàn)有城軌車輛車鉤的連掛兼容性要求；與外企原型車鉤的連掛性能正常，可以在任何條件下保證車鉤順利連掛，簡(jiǎn)化和方便了運(yùn)營(yíng)部門(mén)運(yùn)用以及救援作業(yè)。國(guó)產(chǎn)330型車鉤交付客戶后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)連掛試驗(yàn)驗(yàn)證，其操作、安裝、曲線通過(guò)和連掛功能均能夠滿足用戶的實(shí)際運(yùn)用需求。