城市轨道交通车辆车钩设计及选型研究

城市轨道交通车辆车钩设计及选型研究

摘要：随着城市轨道交通车辆制造业的高速发展，轨道客车在城市中及城市间的应用也越来越广泛。轨道客车是城市中的重要交通运输工具，它不仅可以有效缓解城市中的交通压力，同时具有运载客流量大、经济、环保等特点，已经成为城市中的首选交通工具。本文主要针对城市轨道交通车辆车钩选型进行科学的分析研究，并对车钩设计进行浅析，意在为今后城市轨道车辆的进步与发展，提供一些有价值的理论性参考。

关键词：轨道交通车辆车钩设计选型

1、前言

轨道交通车辆是目前最为先进的交通工具，在这一交通工具技术中，对交通

车辆车钩的技术研究是交通车辆行业中最核心的技术，以及最具有科学价值的学

科体系。在交通车辆车钩的技术研究中主要涉及到车钩的设计与类型。对于目前

的交通车辆车钩的设计来看，我国的轨道交通车辆车钩大都是进口的，占据我国

轨道交通车辆很大的市场，我国轨道交通市场上还有一小部分是从瑞典引进的车钩。由此可见，我国的轨道交通车辆车钩设计与制造技术还是薄弱环节。

城市轨道交通车辆的车钩装置按照车辆牵引连挂装置的连接方法的不同，可

分为半自动车钩和全自动车钩。半自动车钩要由人工来完成车辆的连接，而全自

动车钩则不需要人参与就能实现连接。目前我国国内六辆编组城轨列车一般在列

车的两端采用全自动车钩，以方便列车救援，如武汉地铁2号线、上海地铁1、2、3号线、广州地铁3、4号线等国内一线城市的城轨列车均使用全自动车钩。但由

于全自动车钩的造价高、使用频率低，国内也有一些城市的城轨列车采用半自动

车钩，比如西安地铁1、2号线、成都地铁1号、沈阳地铁1号线的城轨列车。

2、车钩系统主要吸能元件设计

由于车钩关系到车辆运营安全及旅客人身安全，其缓冲装置的设计尤为重要。缓冲器是一种可恢复变形的能量吸收装置，它主要安装在轨道交通车辆的车钩上。当轨道交通车辆发生5～8km/h的低速连挂时，车钩上的缓冲器起主要的吸能作用，并且在完成吸能作用以后能够回复到初始状态。目前轨道交通车辆的车钩上

配置有三种类型的缓冲器：分别是橡胶缓冲器、气液缓冲器、胶泥缓冲器。

2.1、橡胶缓冲器

目前应用于轨道交通车辆的橡胶缓冲器主要是EFG3缓冲器，它主要是通过

橡胶的弹性变形来吸收列车碰撞产生的动能。EFG3缓冲器可以在拉、压两个方向

吸收能量，吸能容量大约在14kJ左右，其主要特点如下：结构比较简单，吸能

介质为橡胶块，刚度较小，有利于缓和冲击、提高舒适度；容量较低，能量吸收

率低，一般仅能满足列车5km/h连挂的要求；使用免维护周期为8年，需定期更

换橡胶元件；可配合较长行程地压溃管以吸收高速碰撞情况下的冲击能量。

2.2、胶泥缓冲器

胶泥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。胶泥缓冲器的吸能容量大约在30kJ左右，其主

要特点如下：能量吸收与冲击速度有较大关系，速度较低时，缓冲器刚度较低，

有利于提高舒适性，速度较高时，缓冲器刚度变大，吸能容量变大；可以满足列

车5～8km/h的连挂速度要求；免维护周期可以满足大修周期要求，检修周期短，费用较低；可配合较长行程的压溃管以吸收高速碰撞情况下的冲击能量。

2.3、气液缓冲器

气液缓冲器为弹性可恢复缓冲器，可吸收压力方向的冲击能量，国内目前多

用于上海、香港。气液缓冲器的最大吸能行程可达到200mm，其主要特点如下：

能量吸收容量与冲击速度有较大关系，速度较低时，缓冲器刚度较低，有利于提

高舒适性，速度较高时，缓冲器刚度变大，吸能容量变大；可以满足列车15km/h

的连挂速度要求；免维护周期可以满足大修周期要求，但其结构较为复杂且依赖

进口，价格较高，检修周期长，费用较高；大行程缓冲器无法满足与压溃管的配合使用。

3、全自动车钩应用

由于自动车钩的钩头上装有电气和风路连接装置，因此在车辆连挂时，风路和电气系统能够实现自动连接，在进行解钩操作时，能够利用司机室的控制系统来完成自动解钩的操作，也能够通过人员操作的方式进行手动解钩。解钩之后，车钩装置会进入到待挂状态，在这一状态下电气连接器、主风管连接器会自动关闭，进而避免水尘进入到电气连接器中以及防止住主风管连接器出现压缩空气泄漏。以广州地铁的部分线路为例，在进行车辆连挂操作时，通过位于钩头前端的锥形喇叭能够实现车钩的连接，并且两车之间的电气线路和空气通过也能够自动连通，在解钩操作时，司机通过控制系统进行解钩的同时也能够断开电气线路和空气通路。

4、半自动车钩应用

半自动车钩和全自动车钩在运作上具有诸多共性，比如在钩头连接形式、连挂方式和锁闭方式等方面都相同，差异在于半自动车钩在进行电气线路的连接时不仅可以实现自动操作也能通过手动的方式。解钩时，也无法通过司机室的控制系统对机械和气路进行直接的解钩

控制。此外，半自动车钩通过设置在车钩上的贯通道支撑座能够在车辆运行中以及解钩之后起到支撑贯通道的作用。全自动车钩一般情况下位于列车两端，既可以用于两编组单元之间的连挂也可以用于列车两端，比如成都和西安地铁轨道交通车辆就采用了在列车两端安装半

自动车钩的形式。

5、永久性半自动车钩应用

半永久性牵引杆主要是用在车辆单元的编组中，除开在维修状态，大部分情况下列车不用进行分解操作。半永久性牵引杆的应用能够保证就算车辆出现出轨的情况下车辆之间也能处于相对位置的状态，避免出现车辆重叠和颠覆的情况，

极大地保证了城市轨道交通车辆运行的安全性，与此同时，半永久性牵引杆还能够降低车辆启动和制动时的冲动。和半自动车钩相似，牵引杆上也设置了贯通道支撑座，以实现在运行状态和解钩状态下对贯通道的支撑。此外，由于这种连接方式无法自动对风路和电路进行连接，因此需要依靠手动操作，半永久性牵引杆的结构在具体应用场景下可能会存在着差异，但根本的连接原理是一致的。

以上海地铁中的半永久性牵引杆为例，结构形式为两车之间的两个牵引杆端部各有一个起到定位作用的锥孔和锥柱，利用套筒式联轴器实现牵引杆的刚性相连，利用机械对电气和气路进行永久连接。半永久性牵引杆这种连接形式通常只当车辆进入维修状态才进行分解。此外，国内还有许多城市地铁连接形式采用了半牵引杆的方式，比如深圳地铁，但在具体应用时选择了在两个牵引杆之间设置能量吸收装置。

6、结语

本文根据城市轨道交通现有车辆车钩情况以及车钩技术发展的现状，对今后城市轨道交通车辆车钩主要零部件选型方面提出建议方案。关于不同编组列车以及速度较高的列车，其车钩主要零部件的技术参数选择还需进一步研究和优化，对今后相关问题的研究与分析，存在一定的借鉴与指导意义，进一步促进相关行业的发展与进步。

参考文献

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