一种车钩过载保护装置的优化设计.pdf
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1、17研究开发文章编号:1 0 0 7-6 0 34(2 0 2 3)0 4-0 0 1 7-0 3D01:10.14032/j.issn.1007-6034.2023.04.004一种车钩过载保护装置的优化设计殷杰,李家乐,周磊,吴刚(中车制动系统有限公司常州分公司,江苏常州2 1 30 0 0)摘要:全自动车钩过载保护装置是车钩满足碰撞吸能要求、实现列车碰撞面分级吸能的重要部件,其功能的稳定性与可靠性与车辆安全关系密切。文章介绍了3种全自动车钩过载保护装置的工作原理和结构,通过结构受力、触发可靠性、导向能力等方面的对比,分析了3种结构存在的不足,提出了一种优化的全自动车钩过载保护装置方案,该
2、方案增加了导向结构,改善了过载保护元件受力状况,提升了过载保护触发可靠性与稳定性,有效增强了过载保护触发后回退过程中的导向能力。关键词:全自动车钩;过载保护装置;可靠性;拉断螺栓中图分类号:U270.1;TP273文献标识码:B全自动车钩缓冲装置位于列车两端,主要起到连接车辆、传递作用力、缓和纵向冲击力、传递电气信号及连通气路等作用。过载保护装置用于列车超速连挂或发生碰撞时,车钩受到强烈冲击导致纵向力值超出标定值,车钩与车体脱离并向后回退至车体内,车体上预设的防爬器互相咬合作用,实现分级吸收碰撞能量,减缓碰撞并保证乘客及司机安全。车钩过载保护装置是车钩设计的重要内容,为了保证功能安全可靠,设计
3、时对过载保护装置触发力值稳定性、动作可靠性及触发后车钩回退、防爬器咬合等后续动作有较高要求。本文对既有的3种过载保护装置对比分析,并提出一种优化设计方案。1结构与原理介绍目前较为通用的过载保护装置主要有螺栓内剪切式和螺栓内拉断式2 种形式1 ,本文对3种常见的螺栓内剪切式和螺栓内拉断式装置进行对比分析。1.1螺栓内剪切式如图1 所示,螺栓内剪切式过载保护装置由缓冲器、连接轴、剪切螺栓与钩尾座组成。钩尾座预设上、下2 个环形筒部,筒部预设旋转孔,连接轴安装在旋转孔内。缓冲器位于2 个环形筒部内侧,8 根剪切螺栓将连接轴、缓冲器与钩尾座连接起来。连接轴、缓冲器可绕旋转孔旋转,连带车钩实现水平摆动。
4、收稿日期:2 0 2 2-0 3-1 5作者简介:股杰(1 9 8 9 一),男,工程师,硕士当触发过载保护装置时2】,8 根剪切螺栓断裂,缓冲器与钩尾座分离,缓冲器通过钩尾座预设的孔向车体内回退,实现过载保护功能。连接轴缓冲器剪切螺栓钩尾座图1螺栓内剪切式示意图1.2前置螺栓内拉断式如图2 所示,前置螺栓内拉断式过载保护装置由缓冲器、外筒、连接轴、钩尾座和拉断螺栓组成。缓冲器通过4根拉断螺栓与外筒连接,4根普通螺栓将连接轴、外筒和钩尾座连接。缓冲器、外筒与连接轴可绕旋转孔旋转,连带车钩实现水平摆动。当触发过载保护装置时,4根拉断螺栓断裂,缓冲器与外筒分离,缓冲器通过外筒、钩尾座的预设孔向车体
5、内回退,实现过载保护功能1.3后置螺栓内拉断式如图3所示,后置螺栓内拉断式过载保护装置由钩尾座、传动部、纵销和拉断螺栓组成。上、下2个传动件,通过4根拉断螺栓与钩尾座连接,传动部上预设旋转孔,纵销垂直组装在旋转孔内,并通过轴承架与前部的缓冲器相连。当触发过载保护装置时,4根拉断螺栓断裂,缓冲器、纵销连带传动部向后退出,直至钩尾座筒18机车车辆工艺第4期2 0 2 3年8 月研究开发部与轴承架接触,触发下一级吸能装置,实现过载保护功能。纵销普通螺栓钩尾座外筒、缓冲器连接轴传动部钩尾筒部一钩尾座轴承架钩尾座拉断螺栓钩尾座轴承架缓冲器图2 前置螺栓内拉断式示意图图3后置螺栓内拉断形式示意图2过载保护
6、触发对比分析以上3种过载保护方式均选用螺栓断裂形式,结构相似,且均能实现车钩在承受超出标定值的纵向冲击时,螺栓断裂、缓冲器后退并触发下一级吸能装置的功能。但综合列车运行工况与车钩受力状况分析,仍存在触发稳定性、可靠性不高和导向能力较弱等不足。2.1螺栓内剪切式通过有限元分析可知,车钩受到纵向力时,金属零件发生变形导致连接轴前部与后部受力状况不同,前、后部剪切螺栓受到纵向拉力相差较大,如图4所示。在碰撞过程中,车钩会受到超过标定值的瞬时纵向冲击,加剧了连接轴前部、后部剪切螺栓的受力不均,前、后部剪切螺栓受到的弯曲变形量不同,导致螺栓承受不同的弯曲载荷,使得前部、后部螺栓断裂不同步,降低了过载保护
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