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《城市轨道交通车辆构造与运用》项目五城轨车辆连接装置城市轨道交通车辆连接装置是城轨车辆的关键组成部分之一，它不仅保证了车辆之间的连接稳固和安全，也影响着整个轨道交通系统的运行效率和乘客出行体验。
因此，合理研发和设计城轨车辆连接装置显得尤为重要。
本文将就城轨车辆连接装置的构造与运用进行探讨。
城轨车辆连接装置主要由连接销、过载保护机构、隔离器、空气连接器等构成。
其中，连接销是最常见的连接装置之一，它可以保证车辆之间的车体固定连接。
连接销分为下踏式和座锁式两种，分别适用于不同类型的城轨车辆。
连接销的运用不仅要保证牢固连接，还需要考虑到运用中的振动和冲击，以防止连接销磨损和失效。
同时，连接销也需要经常进行维护保养，以确保其正常运行和使用寿命。
过载保护机构是城轨车辆连接装置的另一重要组成部分。
它的作用是在车辆之间的连接受到过大的力量时，自动断开连接，保护车辆和乘客的安全。
过载保护机构通常采用机械或电子传感器，当连接受到过大压力时，机构会自动断开连接，从而避免可能的事故发生。
隔离器是为了防止电能和信号的传导而设立的。
城轨车辆连接装置中的隔离器主要起到隔离电场和磁场的作用，以保证车辆连接处电能和信号的正常传递，确保车辆系统的正常运行。
空气连接器是城轨车辆连接装置中的一种重要组件，它主要用于供给车辆所需的气体或液体。
城轨车辆连接处的空气连接器通常分为充气型和抽吸型两种，充气型主要用于供给车辆制动系统所需的气体，抽吸型主要用于排出车辆制动系统中的废气。
城轨车辆连接装置的运用可以带来诸多优势。
首先，通过连接装置的使用，可以实现城轨车辆之间的无缝对接，提高整个轨道交通系统的运行效率。
其次，连接装置可以保证车辆之间的稳固连接，减少运行中的噪音和振动，提高乘客的出行舒适度。
最后，连接装置的运用也可以提高车辆的安全性，减少因连接失效导致的事故发生。
然而，城轨车辆连接装置也存在一些问题和挑战。
例如，由于连接装置在运行中需要承受巨大的力量和冲击，因此很容易出现磨损和失效的情况。
XX工程学院车辆工程系本科毕业设计（论文）题目：地铁车辆车端连接装置设计专业：机械设计制造及其自动化（城市轨道车辆）班级：城轨081学号：学生姓名：指导教师：副教授起止日期：2012.3～2012.6设计地点：车辆工程实验中心摘要发展城市轨道交通系统已成为我国解决城市交通问题的必由之路，其中以地铁车辆系统最为典型且应用最广。
车端连接装置是地铁车辆最基本也是最主要的部件之一，其作用是连接机车车辆、减缓列车的纵向冲动（或冲击力）、传递列车电力、通信控制信号和连接列车风管。
本课题针对我国地铁车辆的要求，对车端连接装置进行了系统分析。
其中对密接式车钩与列车风挡进行了着重研究。
自动密接式车钩采用弹簧装置作为手动解钩和复位机构，钩体端面进行了优化设计。
带缓冲器和无缓冲器的半永久牵引杆定位孔采用长圆孔结构。
风挡装置不仅要美观舒适,还应具有良好的纵向伸缩性和横向、垂向柔性,以承受和适应车辆之间在运行中的错动和冲击，保证列车安全通过曲线和道岔。
因此地铁风挡的选型必须满足上述要求。
关键词：地铁；密接式车钩；风挡；设计ABSTRACTDeveloping the city truck traffic system has become the main route to solve the problem of city traffic, which subway system is the most typical one. The connecting device is one of basicparts of metro vehicles. It links each vehicle of the train,reduces pull force or impulsive force at the running and translate task of train,transfers the train power,control signal.and links the train pipes.In order to satisfy the requirement of the metro vehicles in our country, systems analysis has been taken for the connecting device,which focuses on the tight-lock and the train windshield. The automatic tight-lock coupler adopted spring set for manual separate lock and replacement. The semiforever traction rod fix buffer and unfix buffer adopted long round whole structure. The casting parts include coupler body, fixing seat, semiautomatic coupler bracket and semiforever bracket have carried into execution with casting technologic designed and simulative concreting analysis. The elastic rubber mud buffer has the characteristic of more capability ,less impedance force ,high absorb rate. The high pressure and hermetical structure ensure the hermetic capability and the running life.Windshield device not only should be beautiful and comfortable, but also has a good vertical and horizontal scalability, vertical flexibility to withstand and adapt to the vehicle in operation between the dislocation and impact, to ensure train safety through the curves and turnouts.Therefore,the selection of the subway windshield must meet the above requirements.Keywords：metro，tight-lock coupler，windshield，design目录第一章绪论 (1)1.1车端连接装置简介 (1)1.2车钩缓冲装置的发展历程 (2)1.3风挡装置简介 (4)1.4本课题主要研究的内容 (5)第二章密接式车钩简介 (6)2.1地铁车钩装置 (6)2.2地铁车钩的性能特点 (6)2.3北京地铁密接式车钩 (7)2.4上海地铁密接式车钩 (8)2.5 BSI-COMPACT型密接式车钩 (10)第三章密接式车钩相关设计 (13)3.1国内地铁车钩的结构与原理 (13)3.2车钩的连挂分解原理 (17)3.3车钩壳体强度分析 (20)3.4钩舌、钩锁连接杆和中心轴强度分析 (24)3.5拉杆的研制情况 (27)第四章地铁风挡相关设计 (29)4.1国内外客车风挡发展状况 (29)4.2地铁列车风挡的性能要求 (34)4.3气密式风挡的技术要求 (35)4.4地铁列车风挡结构研究 (41)第五章结论与展望 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录1：外文翻译 (47)附录2：翻译原文 (50)第一章绪论1.1车端连接装置简介车端连接装置是车辆最基本的也是最重要的部件组合之一，起作用是连接机车车辆、减缓列车的纵向冲动（或冲击力）、传递列车电力、通信控制信号和连接列车风管。
1城市轨道交通车辆第四章车端连接装置2【问题导入】车辆连接装置主要包括：车钩缓冲装置和贯通道装置，通过它们使列车中车辆相互连接, 实现相邻车辆之间的纵向力传递和通道的连接。
密接式车钩集牵引、缓冲和连挂于一体，通过车辆彼此相向缓慢走行相互碰撞，使钩头的连接器动作，实现两车辆的机械、电气线路和空气管路的自动连接。
3第四章车端连接装置【学习目标】1.能掌握各种密接式车钩的结构和动作原理。
2.能掌握不同的缓冲器的缓冲原理。
3.能复述纵向力的传递路径。
4.能掌握连接装置的附属装置的连接。
4【教学建议】1.教学场地：在教室、互联网多媒体教室及密接式车钩、缓冲器模型实训室中进行，课后可实地参观。
2.设备要求：至少具有能连接互联网的多媒体教室一个，车钩及缓冲器的仿真模型多套，或能放视频投影的设备及课件、视频介绍一套。
3.课时要求：课堂讲授6课时；模拟操作4课时。
5第四章车端连接装置第一节车钩缓冲装置概述第二节密接式车钩第三节缓冲装置第四节车钩的钩身和吸能装置第五节车钩附属装置第六节贯通道及渡板6第一节车钩缓冲装置概述一、车钩缓冲装置的概念和作用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。
将车辆连接成列车实现车辆之间机械、电气和气路的连接传递和缓和列车纵向力或冲击力。
7第一节车钩缓冲装置概述二、车钩连挂装置的分类非自动车钩自动车钩：须由人工来完成车辆的连接非刚性车钩:允许两个相连接的车钩钩体在垂直方向上有相对位移刚性车钩:不允许两连挂车钩存在相对位移8非刚性车钩9刚性车钩10刚性车钩的优点:1)减小了两个车钩连接面之间的间隙，降低了列车中的纵向力，提高了列车运行的平稳性。
2)由于车钩零件的位移减小了，并且在这些零件上作用的力也减小了，因此改善了自动车钩内部零件的工作条件。
3)减小了车钩连接表面的磨耗。
4)减小了由于两连挂车钩相互冲击而产生的噪声，这对于城市轨道车辆和客车尤为重要。
5)避免在意外撞车事故时，发生一个车辆爬到另一个车辆上的危险。
111)简化了两车钩纵向中心线高度偏差较大的车辆相互连挂的条件(例如，不同类型的车辆，车轮及其他部件磨耗程度不同的车辆，以及空车和重车)。
2)车钩强度大。
3)不需要复杂的钩尾销连接结构和复杂的对心装置。
4)车钩钩体的结构和铸造工艺较为简单。
非刚性车钩的优点:12常见车钩-13号车钩13141513号车钩的连接过程16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三、密接式车钩缓冲装置17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。
18密接式车钩缓冲装置的特征:(1)车钩能够实现自动连挂和分解，并备有相应手动功能。
城市轨道交通列车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，城市轨道交通列车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。
19(4)缓冲器应该适应城市轨道交通列车动力学的需要。
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。
20第二节密接式车钩密接式车钩的构造和传统的关节式车钩完全不同密接式车钩属于刚性车钩，它要求两钩连接后，期间没有上下和左右的移动，而且纵向间隙也限制在很小的范围内，目前，国内外常见的有以下几种结构形式:21•第一种为日本新干线高速列车上所采用的柴田式密接式车钩，我国北京地铁车辆的车钩即属此列。
•第二种为Schafenberg(夏芬伯格)型密接式车钩，常见于欧洲国家所制造的地铁、轻轨及高速车辆上，德国制造的上海地铁车辆亦装用这种车钩。
•第三种为德国的BSI-COMPACT型密接式车钩。
221.北京地铁密接式车钩(柴田式车钩)23柴田式车钩平面图:1—钩头2—风管连接器3—橡胶金属片式缓冲器4—冲击座5—十字头6—托梁7—磨耗板8—电气连接器24北京地铁密接式车钩(柴田式车钩)北京地铁车辆的密接式车钩缓冲装置，由密接式车钩、橡胶缓冲器、风管连结器、电气连结器和风动解钩系统等几部分组成。
车辆连挂时，依靠两车钩相邻钩头上的凸锥和凹锥孔相互插入，起到紧密连接作用，同时自动将两车之间的电路、空气管路接通，并起到缓和连挂中车辆间的冲击作用。
在两车分解时，亦可自动解钩，并自动切断车辆间的电路和空气通路。
25即将连接的柴田式车钩26柴田式车钩内部结构与作用原理钩舌钩头1—钩头2—钩舌3—解钩杆4—弹簧5—解钩风缸27柴田式车钩的连挂•两钩连挂时，凸锥插进对方相应的凹锥孔中。
这时凸锥的内侧面在前进中压迫对方的钩舌转动，使解钩风缸的弹簧受压，钩舌沿逆时针方向旋转40。
当两钩连接面相接触后，凸锥内侧面不再压迫对方的钩舌，此时，由于弹簧的作用，使钩舌顺时针向旋转恢复到原来的状态，即处于闭锁位置。
28柴田式车钩的分解•要使两钩分解，需由司机操纵解钩阀，压缩空气由总风管进入前车(或后车)的解钩风缸，同时经解钩风管连结器送入相连挂的后车(或前车)解钩风缸，活塞杆向前推并带动解钩杆，使钩舌逆时针向转动至开锁位置，此时两钩即可解开。
如果采用手动解钩，只要用人力推动解钩杆，也能使钩舌转动至开锁位置实现两钩的分解。
291)待挂状态：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，解钩风缸活塞杆处于回缩状态，此时半圆形钩舌的连接面与水平面呈40°角。
2)连挂状态：两钩连挂时，凸锥插进对方车钩相应的凹锥孔中。
柴田式车钩的三态303)解钩状态：自动解钩，即要使两钩分解，需由驾驶员操纵解钩阀，压缩空气由总风管进入前车(或后车)的解钩风缸，同时经解钩风管连接器送入相连挂的后车(或前车)解钩风缸，活塞杆向前推并带动解钩杆，使钩舌转动至开锁位置，此时两钩即可解开。
柴田式车钩的三态312. Scharfenberg 密接式车钩缓冲装置Scharfenberg(沙尔芬贝格)密接车钩的原理是德国人Karl Scharfenberg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。
夏芬伯格全自动密接式车钩缓冲装置由机械连接、电气连接和气路连接三部分组成。
32Scharenberg(夏芬伯格)型密接式车钩Scharfenberg 车钩采用模块化设计，如图所示，由钩头、钩身和钩尾三部分组成，各部分之间采用卡环连接。
33夏芬伯格全自动密接式车钩结构34夏芬伯格结构-侧视1—钩头2—引导对准爪把3—风管连接器4—电气连接器5—钩身6—橡胶弹簧7—支撑弹簧35夏芬伯格结构-俯视36夏芬伯格结构-端视37夏芬伯格连接原理381)车钩的连挂靠一对可旋转的钩板和连杆完成，车钩纵向力由钩板和连杆承担。
2)当车钩在准备连挂状态下时，车辆相对移动，当车钩前端面密贴后，连杆前端的销子即卡入对面车钩的钩板缺口内，形成稳定的，间隙非常小的连接，对于新造的车钩，间隙可以控制在0.5mm 左右。
3)解钩时只需拉动解钩绳，或者使用结构风缸转动钩板就可以使连杆的销子脱离对面钩板的缺口，然后车辆后退即可实现解钩，解钩后，在拉伸弹簧的作用下钩板和连杆回复至准备连挂状态。
391)待挂状态：这时钩头中的钩锁杆轴线平行于车钩的轴线，钩锁杆的连接销中心与钩舌中心销连接线垂直于车钩的轴线。
2)连挂状态：欲使两钩连挂，原来处于连挂准备位的两钩相互接近并碰撞时，在钩头前端的锥形喇叭口引导下彼此精确地对中，两钩向前伸出的钩锁杆由于受到对方钩舌的阻碍，各自推动钩舌绕顺时针方向转动，直至在弹簧拉力作用下钩锁杆滑入对方钩舌的嘴中，并推动钩舌绕逆时针方向返回到原来位置为止。
Scharfenberg车钩的三态:403)解钩状态：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。
Scharfenberg车钩的三态:41Scharfenberg 车钩的车钩头的连挂范围42车钩前端面上的凸锥和凹锥具有导向功能，所以车钩头具有如图所示的连挂范围，当两车连挂时，只要两车钩头中心线在高度方向和水平方向的偏差不超出阴影范围，两车钩就可以正常连挂，这样就保证了车钩高度有偏差以及处于曲线上的车辆的连挂。
Scharfenberg 车钩的车钩头的连挂范围43有的车钩头更增加了导向杆，进一步增大了连挂范围，外形和连挂范围如图所示：44在车钩头上设置有空气管路接口和电连接器，车钩就可以实现机械连挂、空气管路连接和电气连接，如果再给解钩机构和电连接器配置动作风缸及相应的机构，就可以实现机械、空气和电气的全自动连接和分离，完全由司机在司机室内完成操作，即所谓的全自动车钩，如图所示。
Scharfenberg车钩连挂的自动化45如果车钩电连接器的连接和分离只能以手动方式，这种车钩就称为半自动车钩。
全自动车钩一般设置在列车的端部，在两列车连挂运行、救援以及库内调动列车时使用。
半自动车钩一般设置在列车中部，用于列车的分段运行。
自动车钩和半自动车钩上会设置车钩控制装置，主要由一些行程开关、电空阀以及相应的电路和气路组成。
其主要功能有：控制车钩机械连挂与电连接器连挂和分离的先后次序，形成保护回路防止误操作，在操作车钩时切断电连接器里高压触点的电源以防止触点烧损和操作人员触电，为车钩头加热等辅助功能提供电源等。
Scharfenberg半自动车钩46地铁列车和动车组一般为固定编组运行，正常情况下不解体，所以在列车内部经常采用一种半永久车钩，如图所示.这种车钩的结构简单，钩头部位就是一个轴环，用卡环和螺栓紧密地连接在一起，这种车钩的连接和分离都需要使用工具。
