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CRH1

CRH1车端连接装置

12机械卓越黄建峰

CRH1型电力动车组，是中华人民共和国铁道部为进行中国铁路第六次大提速，于2004年起向庞巴迪运输和青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司（BST）（前称“青岛四方－庞巴迪－鲍尔铁路运输设备有限公司”、BSP）订购的CRH系列高速电力动车组车款之一。

中国铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速（CRH）车辆均命名为“和谐号”。

车端连接装置是指连接两车辆间或连接两车列间的所有机械、空气和电气装置。

包括车钩、缓冲器、风挡、车体间减振器和电气连接装置。

车端连接装置主要作用：

连接，牵引，缓冲，灵活转动，容易摘挂，车厢间的密封，传递压缩空气、电气信号和控制信号等。

高速城间铁路运输和城市轨道交通的发展为机车车辆的车

钩缓冲器系统提出了很高的要求：

车钩连接的间隙应尽量小

车钩应方便连挂和解钩，快速实现车辆之间的机械、空

气和电气连接

车钩缓冲器系统应具有较大的缓冲容量，能缓和车辆正

常运行和连挂时出现的纵向冲击

车钩缓冲器系统应具有吸能保护装置，在列车发生超过

允许连挂速度的冲撞（例如列车正面冲突事故）时，有

效地保护车辆车体不受损坏，车内的乘客不受伤。

密接式车钩能很好地满足上述要求，所以在世界范围内的

动车组和城市轨道车辆上得到了广泛的应用。

charfenberg密接车钩：

Scharfenberg密接车钩的原理是德国人KarlScharfenberg在1903年发明的，在欧洲铁路和城市轨道交通已经成为标准配置，近年在中国铁路高速动车和城市轨道交通中也得到了广泛应用，有CRH-1动车组，CRH-5动车组，CRH-3动车组，上海地铁，广州地铁，深圳地铁等。

Scharfenberg车钩采用模块化设计，如图2所示，由钩头、钩身和钩尾三部分组成，各部分之间采用卡环连接。

车端连接装置通常包括：

一.车钩缓冲装置

二.电气与风管连接器

三.风挡装置

密接式车钩缓冲装置具有以下特征：

（1）车钩能够实现自动连挂和分解，并备有相应手动功能。

高速动车组为保证列车的密封性能普遍采用密封风挡，还设置了包围整个车端截面的外风挡，在这种情况下，采用手动连挂、分解将给操作带来不便。

因此，高速动车组用密接式车钩缓冲装置应该其有自动连挂、分解功能。

（2）具有电路、气路自动连接或手动整体连接功能。

（3）具有足够的强度和刚度。

（4）缓冲器应该适应高速列车动力学的需要。

高速动车组用缓冲器应

该在满足容量要求的前提下．尽量减小初压力，具有良好的阻抗力、位移特性．以提高列车纵向动力学性能。

（5）满足列车减重的需要。

车钩缓冲装置应在满足性能要求的前提下，尽量减小体积和质量。

（6）能满足不同车钩之间连挂需要。

考虑回送和厂、段内调车作业需要，应该设置相应过渡方式解决两种车钩之间连挂的问题。

一.车钩缓冲装置

车钩缓冲装置是动车组最基本的也是最重要的部件之一，它是用来连接各车辆使之彼此保持一定的距离，并且传递和缓和动车组在运行过程中及在调车过程中产生的纵向力及冲击力。

由于动车组的运行特点，动车组的车钩必须为密接式车钩，且应该具有空气管路和电气通路的自动连接功能。

CRH1型动车采用的是SCHARFENBERG密接式车钩缓冲装置（图1）。

车钩的连挂和闭锁由钩头部分完成，基本原理如图2所示：

车钩

图1

图2

1-壳体2-钩舌3-中心轴4-钩锁连杆5-钩锁弹簧6-钩舌定位杆7-弹簧8-定位杆9-顶块及弹簧10-解钩风缸

图3

钩舌固定在中心轴上，钩舌绕中心轴转动时可带动钩锁连杆动作，钩舌呈不规则几何形状，设有供连接时定位和供解钩时解钩风缸活塞杆作用的凸舌，以及钩锁连杆的定位槽、钩嘴等，是车钩实现动作的关键零件，钩锁连杆在钩锁弹簧拉力作用下使车钩连接可靠，钩舌定位杆上设有两个定位凸缘，使钩舌定位在待挂或解钩状态，定位杆顶块可以在连挂时顶动钩舌定位杆实现两钩的闭锁。

自动密接式车钩有：

待挂、闭锁和解钩三种状态

1.车钩三态工作原理

（1）.车钩的待连挂状态：

（图4）

为车钩连接前的准备状态，此时钩舌定位杆被固定在待挂位置，钩锁弹簧处于最大拉伸状态，钩锁连杆退缩至钩头锥体内，钩舌上的钩嘴对着钩头正前方。

图4

（2）.车钩的连挂（闭锁）状态：

（图5）

图5

相邻两钩的凸锥体伸入对方的凹锥孔并推动定位杆顶块，定位杆顶块摆动迫使钩舌定位杆离开待挂位置。

这时钩锁弹簧的回复力使钩舌作逆时针转动，并带动钩锁连杆伸进相邻车钩钩舌的钩嘴，完成两钩的连接闭锁。

这时两钩的钩锁连杆和钩舌形成平行四边形连杆机构，当车钩受牵拉时，拉力由两钩的钩锁连杆均匀分担，使钩舌始终处于锁紧状态，当车钩受冲击时，压力通过两车钩壳体凸缘传递。

（3）.车钩解钩状态：

（图6）

图6

司机操纵按钮，控制电磁阀使解钩风缸充气，风缸活塞杆推动钩舌顺时针转动。

使两钩的钩锁连接杆脱开对方钩舌的钩嘴，同时使钩锁连接杆克服钩锁弹簧的拉力缩入钩头锥体内，这时定位杆顶块控制钩舌定位杆使钩舌处于解钩状态。

两钩分离后，解钩风缸排气，定位杆顶块由于弹簧作用复位，钩舌回至待挂位，车钩又恢复到待挂状态。

2.Scharfenberg车钩的缓冲器

（1）EFG缓冲器EFG是一种橡胶缓冲器，其原理和结构如图7所示

：

图7

当车钩受到纵向冲击时，橡胶环受剪切变形，利用橡胶的特性吸收冲击能量。

一般使用这种缓冲器即可满足5km/h速度车辆连挂的缓冲要求。

这种缓冲器根据容量大小的要求不同，可以设计成包括2道橡胶环的EFG2和包括3道橡胶环的EFG3。

（2）橡胶垫缓冲器

这种缓冲器使用了橡胶垫，夹在车钩和车体安装座之间，如图八所示，这种缓冲器的结构简单，造价较低，但是缓冲性能和车钩的转动性能没有EFG

图八

好。

（3）橡胶关节缓冲器：

如图九所示，这种缓冲器实际就是一个橡胶关节，后部通过一个轴承座连接在车体上，车钩钩身可以绕这个关节转动。

由于橡胶关节的厚度有限，这种缓冲器的缓冲容量是很小的。

图九

（4）液压缓冲器：

液压缓冲器主要是一个装有高粘度液压油的缸筒，里面有

一个带有小孔的活塞，由于油的

图10

粘度很高，车钩在正常工作时，

油不会通过小孔，缓冲器可以承受纵向力。

当车钩受到较高速

度的冲击时，油通过活塞上的小孔进入活塞另一侧的油腔，将

冲击能量转化成热能。

其原理和特性如图10所示：

（5）气液混合缓冲器

图11

气液缓冲器是靠高压氮气和液压油的组合来起缓冲作用的，这种缓冲器在受到较小冲击时也会起到一定的缓冲吸能的作用，所以这种吸能装置在车钩中一般与环弹簧和橡胶关节一起使用。

环形弹簧的楔面之间存在摩擦，车钩在拉伸方

向受到冲击时，环弹簧受压缩，楔面之间发生滑动摩擦，吸收

冲击能量。

在压缩方向，当车辆正常运行和连挂时，气液缓冲

器可以吸收一定的冲击能量。

当发生较高速度的冲击时，气液

缓冲器发生较大变形，吸收冲击能量，保护车底架不被破坏。

气液缓冲器在受到冲击发挥吸能作用后可以自动回复至初始状

态，经检查确认没有损坏后可以继续使用，反复发挥吸能作用。

其原理和结构如图11所示：

3.车端阻尼装置

（1）、为了弥补折棚风挡刚度和阻尼特性的不足，2000年，我国开始在25K和25T型客车上安装车端阻尼装置。

（2）、该装量由安装座、缓冲弹簧和磨耗板组成，装在折棚风挡上方，依靠相互压紧的磨耗板的摩擦力来耗散能量，约束车端相对运动。

由于车端部空间有限，又不能影响列车的自动连挂和分解，车端阻尼装置只能装在风挡的顶部。

由于安装位置太高，作用点距车体断面中心太远，作用力不均衡，因此对约束车辆间的点头和侧滚振动颇为不利。

而且由于圆弹簧本身不吸收能量，只能靠磨耗板提供横向和垂向的等效摩擦阻尼，其结构导致阻尼不足。

所以这种车端阻尼装置可以对某些形式的车端相对运动起到一定的约束作用，但效果不理想。

装有车端阻尼装置的25K型车除纵向和垂向加速度峰值稍有下降外，在这2个方向的运行平稳性比普通列车并没有明显改善，在列车稳定运行时（不发生车钩冲击，也没有各自由度的冲动），安装了车端阻尼装置的25K型客车的车端横向、垂向振动情况改善也不明显。

日本动车组一直采用YD4型车端减振器。

纵向车端减振器装在端墙下部车钩两侧，抑制车辆间横向相互摇动。

二.电气与风管连接器

电气连接器

车端电气连接:

车端电路连接包括高、中、低压供电连接、控制和通信连接,电位保护接地连接。

电压等级从25000V~24V.传输种类包含交流、直流、数字等类型。

自动车钩压缩空气连接:

1-车管接口

2-总风管接口

3-解钩风缸管接口

总风管接口密封示意图

1、内衬管2、接口密封件3、止挡4、止挡弹簧5、制动空气管道6、阀门7、密封件8、阀门锁卡9、阀门连接杆10、压缩弹簧11、钩锁铁中心轴销12、钩锁铁13、连挂状态时制动管路的空气管道的密封结合面

三.风挡装置

1.动车组对风挡的要求：

（1）.风档的空气阻力应尽量小。

要做到车辆连接处平整光滑，减少列车运行的空气阻力。

（2）.要有足够的强度。

为了适应车外气压波的急剧变化，满足气动载荷下的强度要求。

德国规定气动载荷为3900-5500Pa日本规定为7500Pa。

（3）.车辆运行中数个自由度的运动使得风挡始终处于变形之中，此要求风挡装置具有较高的抗弯曲性能。

（4）.风挡的隔声性能要好。

这也是保证车内舒适性的要求。

德国规定风挡的隔声至少在40dB以上。

当列车以250km/h速度通过隧道时，内风挡处的噪声不允许超过75dB。

（5）.风挡的密封性能要好，也是保证车内舒适性的要求。

动车组高速进出隧道过程中会在车内引起气压的波动，波动过大、波动速率过高，会引起车内乘客耳内压力失衡。

为此要求车内压力变化最大值≯1000Pa，力变化率≯200Pa/s。

（6）.风挡所用的非金属材料阻燃性要好。

高速动车组风挡主要有以下类型：

1．滑动风挡

德国ICE高速动车组用滑动风挡是将车钩装置全部包容在内的双波纹结构。

该风挡装置外端连接面为滑动面，利用弹簧压力保持滑动面连挂后持续压紧。

其滑动面宽度应确保车辆间发生横向位移时不产生错位缝隙。

车间渡板固定在车辆端墙上，可向上翻起。

2．双层波纹风挡

双层波纹风挡具有良好的压力密封、耐压强度和隔声性能。

内外层波纹件在折叠时反向相对。

风挡周边密封。

车间渡板采用铰接栅搭板，可防止在曲线运行时出现缝隙。

车端外形轮廓处设有弹性护板以缩小车辆端墙间隙，使运行时的空气阻力减小。

根据具体结构不同，双层波纹风挡可分为整体式和分体式两类。

CRH1动车组双层折棚式内风挡

CRH1动车组上的风挡设置有气密式内风挡和外风挡两部分。

气密式内风挡

的结构主要包括支撑梁、横梁、折棚、安装框、内外支撑框、活动踏板和固定踏板等。

•该系统旨在为乘客提供一个列车各车厢间安全、畅通和舒适的通道。

该系统具有良好的隔音、隔热和高耐火性，且已将连接装置包裹在风挡内。

•安装架

•由油漆铝型材构成。

将橡胶密封安装在朝向车体端的安装架上。

折棚装在安装架上。

安装架用螺母和垫片、柱头螺栓安装在车体端。

•中心构架

•中心构架也是由油漆的铝型材构成。

两个折棚架安装在中心构架上。

•固定踏板安在中心构架下端的顶部。

在中心构架下面是带有耐磨垫的支撑面，这部分是安装半永久性车钩上。

•折棚单元

•折棚架包括独立的内部和外部折棚。

所有的折叠相互连接。

风挡所采用的材料是强化合成橡胶。

在底部，折叠棚上有排水孔。

外部折棚是黑色的，内部折棚是灰色的。

•踏板

•踏板包括两个相似的活动踏板和一个固定踏板。

•活动踏板安在车体的钢结构部分，是铝质材料，底部带有耐磨垫。

•固定板是不锈钢板，连在中心构架上。

内风挡

外风挡（如下图）是由螺钉连到车体端部侧墙和车顶的橡胶型材组成。

列车管开闭机构示意图