铁路客车车钩缓冲装置

铁路客车车钩缓冲装置
作者 朱信科
内容提要:本文叙述了铁路客车车钩缓冲装置在铁路客车中的作用，介绍了车钩缓冲装置的发展过程，重点介绍了车钩缓冲装置的常用类型和特性，及其在各种车辆中的应用情况，对客车设计中的有关车钩缓冲系统的选用和处理将有积极的帮助。

※ ※ ※
1车钩的发展概况
车钩缓冲装置是车辆最基本的也是最重要的部件之一，位于机车与车辆或车辆与车辆之间，用于实现相互连挂、传递牵引力或压缩力及缓和纵向冲击的部件。

早期的车钩是非自动的，工作人员要进入两车之间用手工摘挂，容易造成人身事故。

19世纪60年代美国铁路开始出现自动车钩，到90年代末全路实现了自动车钩化，1916年实现自动车钩的标准化。

日本铁路经过七年准备后,在1925年7月17日一举将原有链钩换成自动车钩。

苏联铁路在1951～1957年实现了自动车钩化。

自动车钩在车辆碰撞时可使两车自行连挂，而且从外侧操纵提钩杆便能实现连挂车辆的摘解，从而可提高列车的编解作业效率，并保证工作人员的人身安全。

欧洲一些国家的铁路目前仍在使用螺杆链环式非自动车钩。

中国铁路在19世纪末开始采用自动车钩。

20世纪50年代初期实现了自动车钩的钩型统一和标准化，并在此基础上研制开发了高强度的车钩。

20世纪80年代后25B和25G以及25K型客车上使用的车钩缓冲系统为15号车钩（15号高强度、15号小间隙）车钩配G1型缓冲器，从2004年起，中国铁路客运车辆装备及其技术飞速发展，车钩缓冲装置的技术也随之日新月异，到目前，铁路客车车钩缓冲装备现状与以前相比已经大为不同。

25T型客车普遍采用以刚性连接的密接式车钩缓冲装置。

另外，大量新型车钩缓冲装置已经成为动车组、城市轨道车辆等不同系列车型的标准连接设备。

2 车钩形式
按车钩的连接方式主要分为自动车钩和非自动车钩两大类。

目前尚在使用的非自动车钩是螺杆链环式车钩。

自动车钩基本上有两种类型。

一种是詹尼式车钩的发展型，具有闭锁、开锁、全开三态，美国、中国、日本等国铁路所使用的车钩属于这种类型。

另一种是威利森式车钩的发展型，它的闭锁和全开两个状态合在了一起，苏联铁路和欧洲铁路共同研制的新型车钩都属于这种类型。

我国的车钩属于前一种类型，由钩头、 钩身、 钩尾三部分组成，钩头内装有钩舌、 钩锁铁、 钩舌推铁、锁舌销等零件。

一般车钩由铸钢制成，并具有标准的连接轮廓，以便相互连挂。

我国铁路上目前所使用的车钩均为自动车钩，即在拉动钩提杆就能完成解钩动作，两车低速（一般为5公里/小时左右）相互碰撞时就能自动完成连挂动作。

铁路客车车辆最常用的车钩形式有如下三种：15号车钩在上世纪90年代之前用铸钢ZG230-450制造，为了提高车钩强度，90年代后改用C级钢制造了15号高强度车钩，这种车缓装置的纵向连接间隙较大（约27.5mm），运行时车辆之间的纵向
冲击力也较大，严重影响旅客列车的舒适性，也是制约客车提速的重要因素之一。

为了改善这种情况，从本世纪初四方所研制开发了15号小间隙钩缓装置，其纵向连接间隙减小到3.5~7mm。

目前15号高强度车钩主要用于25B、25G型铁路客车，15号小间隙钩缓装置主要用于25G、25K型铁路客车。

密接式车钩连挂时两钩间的纵向间隙很小（约1.5mm），彼此不能作相对移动。

旅客列车采用这种车钩能减轻起动和制动时车辆之间的前后冲撞，从而提高旅客列车的舒适性；在发生事故时，可防止车辆倾覆、攀爬和套车等，以增进安全性。

密接式车钩带有制动风管和电路的自动连结接头，称为多功能密接式车钩。

主要用于动车组和城轨车辆中。

目前我们所生产的25T型客车上所使用的密接式车钩并不带有制动风管和电路的自动连结接头，这属于一种简易式的密接式车钩。

15号小间隙托梁式车钩是四方车辆研究所专为25T客车等装用密接式车钩缓冲装置的旅客列车设计的，用于旅客列车中车辆与机车间连挂。

它基本上是15号小间隙车钩钩头与密接式车钩的缓冲器用法兰盘连接起来的结合体。

它属于一种过渡车钩，在25T型车的招标书中明确规定：每列硬座车、硬卧车中各有1辆车一位端采用密接式车钩，二位端采用15号小间隙托梁式C级钢车钩。

每列配备托梁 、15号法兰盘过渡钩头2套和中间体钩头1套。

下面重点介绍以上三种车钩的组成、材料、连挂、性能和安装及缓冲器的种类、性能和参数。

3 15号车钩
3.1 组成
15号车钩缓冲装置包括普通15号车钩、15号高强度车钩、15号小间隙车钩三种形式，他们由车钩、缓冲器、钩尾框、前后从板和其他配件组成，借助于钩尾销把车钩和钩尾框连成一个整体。

15号车钩可分为钩头、钩身、钩尾三个主要部分。

钩头与钩舌通过钩舌销相连，钩舌可绕钩舌销转动，钩头内部装有钩锁铁、钩舌推铁、钩提销等零件，这些零件处于不同的位置时，起着不同的作用，因而车钩具有闭锁、开锁、全开三种作用，俗称车钩的三态作用。

图1表示15号车钩的组成图。

3.2 材料
15号普通车钩的主要材质铸钢ZG230-450，现在铁道客车已基本上不再使用。

15号高强度车钩和15号小间隙主要材质为C级钢（ZG25MnCrNiMo）制成。

C级钢是一种低合金高强度铸钢，其机械性能稳定达到美国AAR-C级铸钢（正回火）的要求，最小静拉破坏强度达到2254KN。

三种15号车钩的整体最小破坏载荷和钩尾框的最小破坏载荷如下表1所示。

3.3连挂
车钩是在两车之间实现相互连挂并传递纵向力（牵引力或压缩力）的重要部件。

它的作用除了连挂车辆、传递纵向力以外，还起到缓和车辆间的纵向冲击、保护旅客安全的重要作用。

自动车钩可处于闭锁、开锁、全开三种工作状态，称为三态。

下面将三态作用位置及原理分述如下：
图1 15号车钩
3.3.1 闭锁位置
车辆连挂后，两个车钩必须处于闭锁位置才能传递牵引力。

车钩处于闭锁状态时，钩锁铁挡住钩舌不能张开，连挂中的车辆不会自动分离，此为闭锁位置。

3.3.2 开锁位置
两连挂的车辆欲要分开时，必须有一个车钩处于开锁位置。

转动提钩杆，稍稍提起钩锁铁，这时锁提销下端的凹部摆脱了钩头内壁的阻挡，带动了钩锁铁一起上升，此时车钩转入开锁状态，钩舌在外力推动下即可张开，车辆分离。

3.3.3 全开位置
在两车辆彼此连挂前，必须有一个车钩处于全开位置。

当车钩达到开锁位置后，将提钩杆提到最高位置,借助于钩锁铁的作用将钩舌推至完全张开位置,这时车钩转入全开状态，相邻车辆即可连挂。

总之，在使用中车钩必须保持三态作用良好，这是列车安全运行的保证。

3．4性能
15号车钩缓冲装置在机车或车辆承受冲击时承受压力，推动钩尾框和前从板向后移动，冲击力经缓冲器传至后从板。

此时后从板为后从板座所阻挡不能移动。

列车牵引时车钩受拉，通过钩尾销带动钩尾框和后从板向前移动，牵引力经缓冲器传至前从板，此时前从板为前从板座所阻挡不能移动。

在这两种情况下，缓冲器都会受到压缩,起吸收能量、缓和纵向冲击的作用,并把冲击力或牵引力传给牵引梁。

表1是三种15号（普通、高强度、小间隙）车钩的基本性能参数。

表1 15号车钩的基本性能参数 主要材质 纵向连接间隙 最小破坏载荷
车钩中心距
轨面高度 15号普通 15号高强度
15号小间隙
15号普通 15号高强度15号小间隙 15号普通 15号高强度 15号小间隙 105880+
− ZG230-450 C 级钢
约27．5mm 3．5—7mm 1550KN 2000KN 3．5安装
车钩缓冲装置安装于车辆底架上两端的牵引梁内，车钩水平中心线距轨面理论尺寸是880。

一般在
底架牵引梁上铆接或焊接车钩安装座，车钩就安装在该安装座上。

15号车钩分别装有前后从板座，他
们用铆钉固定在车体牵引梁内侧，在前端梁上还装有冲击座。

为了保证车辆连挂安全可靠和车钩缓冲装
置的互换性，TB/T493-2004和TB/T456-1991两个标准中规定，车钩组装上车后，客车车钩中心线高为
105880+
−mm,同一辆车1、
2位端车钩中心线高度差应不大于10mm。

下图2表示的是15号车钩缓冲装置与车体上的安装关系图。

图2 15号车钩安装图
4 密接式车钩
4.1组成
密接式车钩缓冲装置主要由车钩安装及吊挂系统、缓冲系统和车钩自动连挂系统三大部分组成。

主
要由钩头、钩身、钩舌、凸锥、解钩手柄、解钩风缸、连接螺栓、缓冲器、车钩拉杆、钩尾销、水平复
4.3连挂
本装置可采用人工手动解钩也可自动解钩。

当密接式车钩缓冲装置解钩时，总风缸连接器、列车管连接器可以实现自动分离及自动关闭。

密接式车钩缓冲装置的主要特点是刚性连接，密接式车钩的构造和作用原理与普通自动车钩完全不同，两钩连挂后，其间没有横向、垂向移动，纵向间隙亦控制在很小范围内。

4.4性能
密接式车钩缓冲装置的性能特点：可实现自动连挂，两车钩连挂时纵向相对间隙不大于1.5mm。

在车钩实现连挂时，总风缸连接器、列车管连接器可以实现自动对接、自动开通。

本装置在使两车可靠连挂的同时，保证列车能顺利通过现有线路所有平、竖曲线。

它能缓冲和吸收列车在运行过程中车辆之间的纵向冲击能量。

表2是密接式车钩的基本性能参数。

表2 密接式车钩的基本性能参数 车钩中心距轨面高度主要材质
纵向连接间隙 最小破坏载荷 水平转角 0
30880−
C 级钢 约1．5mm 1800KN ±17º 4 .5安装
密接式车钩的安装方式为：在车钩尾部两牵引梁之间装有一个车钩安装座，通过8个M38的螺栓
固定在牵引梁之间的车钩安装座上。

安装高度为车钩中心线距轨面理论尺寸为880mm 。

组装时必须加
弹簧垫圈及防松开口销，应使各螺栓紧固力保持一致,采用测力扳手作业，紧固扭矩为600～700N ·m 。

下图4表示密接式车钩缓冲装置与车体的安装关系。

图4 密接式车钩安装图
5 15号小间隙托梁式车钩
15号小间隙托梁车钩，是四方车辆研究所专为25T 列车等装用密接式车钩缓冲装置的旅客列车设
计的，用于旅客列车中车辆与机车间连挂。

结构组成主要由15号小间隙车钩钩头、法兰盘、托梁、托
架、尼龙垫板、磨耗板及解钩装置、缓冲器等部分组成，它属于一种组合式车钩缓冲装置。

钩体用金属模具铸造，按照原C 级铸钢15号车钩要求制造。

将15号车钩钩头部分与法兰盘部分
整体铸造在一起，保留了原焊接结构中的4条加强筋，并将钩舌更换为小间隙钩舌。

法兰盘车钩通过法
兰盘与缓冲器连接紧固。

托梁为主要承托支撑结构。

安装在车辆端部缓冲梁上，在垂直方向对车钩缓冲
装置实施有效支撑，以承载车钩缓冲装置的重量和垂向冲击力。

另外托梁上还焊接了车钩提杆吊座，用
来支撑车钩提杆，形成解钩操作时的旋转支撑点。

15号小间隙托梁车钩分别具有15号小间隙车钩和密
接式的性能参数，可以与15号车钩连挂，又具有密接式车钩的水平转角，使车辆适用于更小曲线半径
的铁路弯道。

表3是15号托梁式车钩的基本性能参数。

表3 15号托梁式车钩的基本性能参数 车钩中心距轨面高度
主要材质 纵向连接间隙最小破坏载荷 水平转角 105880+
− C 级钢 3.5—7mm 2000KN ±17º
15号小间隙托梁式车钩与车体的安装方式同密接式车钩，在车钩尾部两牵引梁之间装有一个车钩
安装座，通过8个M38的螺栓固定在牵引梁之间的车钩安装座上。

安装高度为车钩中心线距轨面理论
高度及公差同15号车钩，安装时，应采用测力扳手作业，紧固扭矩为800 N ·m ～900N ·m 。

注意安装
时加弹簧垫圈、平垫圈及开口销，且开口销需穿在螺母槽内。

具体安装方式见图5所示。

图5 15号托梁车钩安装图
6 缓冲器
6.1种类 铁道车辆用缓冲器是车钩缓冲装置中的一个主要，也是一个重要部件，一般按适用车种主要分为：
客车缓冲器；普通货车缓冲器；快速货车缓冲器；重载专线列车缓冲器；机车专用缓冲器等六种，我们主要介绍客车缓冲器。

按缓冲器的吸能方式分为：摩擦式缓冲器（含摩擦圆簧式、润滑式缓冲器）；橡胶缓冲器（含弹性体缓冲器）；弹性胶泥缓冲器；液压缓冲器（含液气缓冲器）；组合式缓冲器等五种。

现在15号车钩缓冲装置中使用的是摩擦式环簧缓冲器，也是铁路客车上使用最多的一种缓冲器。

密接式车钩缓冲装置中使用的缓冲器主要两种：弹性胶泥缓冲器和摩擦式环簧缓冲器。

6.2性能
缓冲器是用来缓和列车在运行中由于牵引力的变化或在启动、制动机及调车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的冲击和振动的功能，从而减轻对车体结构和货物的破坏作用，提高旅客的舒适性和列车运行的平稳性。

6.3主要参数
缓冲器的性能直接影响到列车的牵引总重、运行速度、车辆的总重、编组作业效率，货物的完好率等涉及铁路运输效能的主要经济技术指标。

决定缓冲器特性的主要参数是：缓冲器的行程、最大作用力、容量及能量吸收率等。

6.3.1行程：缓冲器受力后产生的最大变形量称为行程。

此时弹性元件处于全压缩状态，如再加大外力，变形量也不再增加。

6.3.2 最大阻抗力：缓冲器产生最大变形量所对应的作用外力。

6.3.3 容量:缓冲器在全压缩过程中，作用力在其行程上所作的功的总称为容量。

它是衡量缓冲器能量大小的主要指标，如果容量太小，则当冲击力较大时，就会使缓冲器全压缩而导致刚性冲击。

6.3.4 能量吸收率：缓冲器在全压缩过程中，有一部分能量被阻尼所消耗，其所消耗部分的能量与缓冲器容量之比称为能量吸收率。

吸收率愈大，则表明缓冲器吸收冲击能量的能力愈大，反冲作用愈小，否则，缓冲器必须在往复工作几次方能将冲击能量耗尽，这将导致车钩、车底架过早疲劳损伤，并且加剧列车纵向冲动。

一般要求能量吸收率不低于70%。

客车缓冲器的基本性能参数见表4。

表4 客车缓冲器的基本性能参数
额定阻抗力 最大阻抗力额定行程 最大行程 正式容量 初压力 吸收率 额定冲
击速度
0.8MN 1.0 MN ≤73 mm 73 mm ≥20 kJ 5∽30 kN≥60 % 10Km/h
7国外密接式车钩发展简介
国际上19世纪就有了密接式钩缓装置的雏形。

经过多年的发展，密接式车钩缓冲装置无论是品种多样性还是自动化、可靠性程度均已到了较为完善的地步。

日本和欧洲铁路发达国家，密接式钩缓装置是国外时速200km/h 以上干线客车普遍采用的连接型式，由此产生了日本和欧洲两种不同的密接式车钩技术流派。

两大技术流派在车钩连接轮廓，钩缓装置整体结构、设计思路、缓冲性能、与车体安装方式上都有较大区别。

但他们的共同特点是除满足车辆连接功能外，还具有制动通风和电气连接功能。

7.1 欧洲技术流派密接式车钩
欧洲技术模式主要特点：
（1） 头车采用的全自动钩缓装置, 中间车采用的半永久牵引杆。

（2） 车钩是三态作用车钩，解钩力小，缺点是机构复杂，工艺要求严格。

（3） 钩缓装置是一个整体，结构紧凑，系统集成度和模块化程度高。

（4） 配套的缓冲器种类较多，缓冲器设计主要考虑安全性，以大容量缓冲器吸收事故工况下碰撞能量。

（5） 车钩拉、压强度不一致，抗拉强度难于提高。

（6） 系列化程度高，产品种类繁多。

图6和图7表示是典型的欧洲模式的密接式车钩缓冲装置。

图6 欧洲铁路密接式钩缓装置
图7 典型欧洲技术模式客车钩缓装置
7.2日本技术流派密接式车钩缓冲装置
日本技术模式主要特点：
（1）头车采用的钩缓装置和中间车采用的钩缓装置结构差别不大 。

（2）车钩是两态作用车钩，解钩力小，缺点是机构复杂，工艺要求严格。

（3）钩缓装置是一个整体，结构紧凑，系统集成度和模块化程度高。

（4）配套的缓冲器种类较多，缓冲器设计主要考虑安全性，以大容量缓冲器吸收事故工况下碰 撞能量。

（5）车钩拉、压强度不一致，抗拉强度难于提高。

（6）系列化程度高，产品种类繁多。

图8表示是日本模式的密接式车钩缓冲装置。

图8 新干线动车组密接式车钩。