CRH3动车组车端连接修改1要点.docx

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CRH3动车组车端连接修改1要点

第14章车端连接

14.1概要

14.1.1车端连接系统的作用

车端连接系统在动车组中具有重要的作用，它不仅要实现车辆间的机械连接，还要实现车辆与车辆之间的电气和气路连接等。

机械连接的作用主要是使连接各车辆彼此间保持一定的距离，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冲击和振动。

车端连接系统涉及到车辆之间作用力的传递以及车辆的限界、空气动力学、车辆动力学的性能。

电气和气路连接为车辆间提供各种电压的电气与压缩空气的通路。

另外，车端连接系统还应为车辆间的流动人员提供安全、舒适的走行通道等。

14.1.2车端连接系统的组成

车端连接系统主要由车钩缓冲装置、电气与风管连接器、风挡等部件组成。

CRH3高速动车组的车钩缓冲装置主要分为三种：

即用于动车组两端的自动车钩（图14-2所示），用于动车组车辆之间的半永久车钩（图14-6所示），以及紧急情况下用于非密接式车钩与动车组间救援使用的过渡车钩（图14-9所示）。

具体安装位置见图14-1。

1——自动车钩，2——半永久车钩，3——过渡车钩

图14-1三种车钩的安装（安放）位置

图14-2自动车钩实体图

14.2自动车钩缓冲装置

CRH3动车组采用的是德国VOITH公司的夏芬伯格（Schartenberg®）系列车钩，该系列车钩主要用于铁路干线车辆和重型地铁车辆的连挂。

该车钩具有较高的自动化程度，可适应大部分应用场合。

夏芬伯格的车钩装置占据欧洲同类商品约90%的市场。

14.2.1自动车钩结构及作用原理

自动车钩缓冲装置由机械钩头（又称为车钩头）、电气连接器和气路连接器等主要部件组成。

机械钩头部分设于自动车钩的钩头中央，电气连接器分设在左右两侧，中心轴线上下方设有气路连接器。

同时，自动车钩头部的前表面和电气连接器中都装有加热器。

当外界温度低于5℃时，加热器启动。

其结构如图14-3所示。

1-车钩头；2-解钩凤缸；3-风管连接器；4-风管连接器；5-电气连接器控制器

6-车钩牵引杆；7-轴承座（钩尾座）；8-电气连接器；9-防护盖。

图14-3SCHARFENBERG®自动车钩

自动车钩的机械钩头部分如图14-4所示。

表面有凸锥和凹锥，连挂时强制两车钩间自动对齐和同心，在水平和垂直方向提供一个较大的连挂范围。

在车钩表面一侧，采用导向喇叭和延长线来扩展偏准连挂范围。

钩头面配有一只宽而扁的边缘以吸收缓冲力。

牵引力经由钩锁、钩舌、中枢、壳体等进行传输。

牵引负载和缓冲负载经由车钩牵引杆从钩头传输到轴承座，从而承担相应负载。

任何超出钩尾座吸收能力的荷载均会被传送至车体底架上。

安装在车钩牵引杆内的吸能装置可以缓冲冲击。

1-钩舌；2-棘爪；3-钩舌销；

4-钩锁（钩板）；5-中枢；6-拉簧；

7-弹簧座；8-带心轴导杆；

9-壳体。

图14-4机械钩头（10号钩头）图示

自动车钩有待挂、闭锁、解钩三种状态。

其作用原理如图14-5所示。

待挂状态闭锁状态解钩状态

图14-5自动车钩的连挂原理

1.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，拉簧处于较大拉伸状态，钩锁连接杆退缩至凸锥体内，钩舌上的钩嘴对着钩头正前方。

2.闭锁状态：

相邻两钩的凸锥体伸入对方的凹锥孔，凸锥将带心轴导杆向后压向棘爪，由卡子释放棘爪。

这样，通过拉簧将钩锁按逆时针方向转动到连挂位置，直至钩舌与钩锁（钩板）啮合。

当车辆连挂后，锁紧装置会形成一个平行四边形形状，这样可以将牵引荷载均匀地分布在两个钩锁和钩舌拉杆上。

3.解钩状态：

解钩时，顺时针转动弹簧加载的钩锁，直至将钩舌从钩锁上释放。

当棘爪与带心轴导杆啮合在一起时，保持钩锁的锁定位置。

列车分离时，弹簧加载的带心轴导杆和导杆卡子同时向前移动并释放棘爪。

车钩锁在拉簧的作用下按逆时针方向转动，直至棘爪与导杆卡子相啮合。

车钩锁回至待挂位，再次准备连挂。

14.2.2自动车钩主要技术参数

表14-1自动车钩主要技术参数表

压缩强度

1400kN±10%

拉伸强度

不低于.850kN

车钩长度

从端面到中心轴

1610±4mm

车钩重量

包括电缆

约760kgs

车钩安装高度

中心线高

1000±10mm

车钩牵引杆

摩擦弹簧

行程

牵引

约145mm

最大压缩负载

静态、牵引

约1400kN10%

吸收容量

动态、牵引

约224kJ

吸收率

动态、牵引

约66%

加热器

车钩头加热器电压和功率

4x230VAC，80W

加热器Themic元件

开关转换范围，打开

±3.5K

低于4℃

开关转换范围，关闭

±3.5K

从14℃开始

车钩最大摆角

水平

约±12°

垂直

约±3°

连挂的最小曲线半径

250m

车钩垂向挂钩区域

±140mm

14.2.3自动车钩缓冲装置

缓冲装置（又称为车钩缓冲器或吸能装置）满足当CRH3动车组以小于5km/h的速度连挂时，对另一组静止制动的CRH3动车组所带来的冲击，这种冲击一般不会导致车钩和车体的永久变形。

自动车钩包含一个环簧缓冲器作为可恢复的能量吸收器，超过环簧缓冲器吸收能力的能量会被分散到车钩牵引杆内的形变管中，这时，车钩牵引杆的形变管将产生永久塑性变形。

缓冲器的参数如表14-2所示。

表14-2缓冲器参数

对象

参数

参数值

环簧缓冲器

行程

44mm

初压力

约50 kN

最大作用力

850kN

橡胶承载

弹性

约5mm1500 kN

14.2.4自动车钩的控制

自动车钩通过司机室的控制系统实现两辆CRH3动车组的机械、电气和气路连挂。

为了使连挂有足够的运动自由量，自动车钩的牵引杆设计成由气动控制的可伸出和缩回结构。

CRH3动车组的解编也是通过气动解编装置完成。

在紧急情况时（如气动系统失效或出现故障），有无压缩空气，均可手动操作自动车钩。

如果有压缩空气，则可通过起动相应阀门来手动移动前端车钩。

如果无压缩空气，也可手动拉伸前端车钩。

此时，需要以下工具：

自动钳（用于打开自动车钩锁）以及脚踏空气泵（用于拉伸或缩回自动车钩）。

这些工具均随车附带。

14.3半永久车钩

14.3.1半永久车钩结构及作用原理

动车组除在两头车外侧装设自动车钩外，其余车厢连接处均使用两个半永久车钩相连，其中一个半永久车钩带有缓冲器，另一个没有。

图14-6为两种半永久车钩实体图。

1-1420型带缓冲器的半永久性车钩；2-1421型不带缓冲器的半永久性车钩；

3-轴承座；4-钩身；5-风管连接；6-接地线。

图14-6两种半永久车钩实体图

图14-7卡环结构图

相比于自动车钩，半永久车钩连接时需要人工使用工具对其进行锁定操作才能完成连接及分解。

两半永久车钩是通过车钩卡环连接在一起，此种连接方式刚性好、无松脱、安全性高。

可以满足CRH3动车组的垂直曲线运动、水平曲线运动，以及两连接车辆间的相对旋转运动。

其卡环结构如图14-7所示。

14.3.2半永久车钩主要技术参数

表14-3半永久车钩主要技术参数表

压缩强度

1500kN

拉伸强度

1000kN

车钩长度

从端面到枢轴

1131±5mm

车钩安装高度

中心线高

1000±10mm

配有摩擦弹簧的车钩牵引杆

行程

牵引

约23mm

初压力

静态，牵引时

约60kN

阻抗力

静态，牵引时

约600kN

配有缓冲装置的车钩牵引杆

行程

缓冲

约62mm

阻抗力

缓冲

约800kN

初压力

静态，牵引时

约80kN

车钩最大摆角

水平

约±20°

垂直

约±7°

14.3.3半自动车钩缓冲装置

车钩牵引杆配备了能量吸收装置，一般称该装置为缓冲装置或车钩缓冲器。

当冲击力超过弹簧缓冲器的初压力时，吸收能量（如受到冲击和碰撞时）。

该设备包括一个气-液缓冲器和一个摩擦弹簧缓冲器，它们相结合用于缓和车辆间的纵向冲击和振动，以及吸收冲击能量。

摩擦弹簧缓冲器用于缓冲吸收牵引冲击的能量，气-液缓冲器用于缓冲吸收碰撞冲击的能量。

图14-8摩擦弹簧与气-液缓冲器的静态和动态特性　　

图14-8显示了摩擦弹簧和气-液缓冲器的静态和动态特性。

当牵引力达600kN时，行程为23mm；压缩力为800kN时，行程为62mm。

可以确保耗尽能量吸收。

左侧图像显示了摩擦弹簧缓冲器的特征。

右侧则显示了气-液缓冲器的特征；1号曲线显示了当速度为5km/h时，气-液缓冲器的动态特性，2号曲线显示了静态属性，3号曲线显示了释放特性。

14.4过渡车钩

14.4.1结构及作用原理

过渡车钩是一个由三部分部件构成的车钩。

第一部分是夏芬伯格10型转接器车钩；第二部分是不同高度的过渡部分，用于保证1000mm同880mm之间的过渡；第三部分则是中国车钩（AAR型号）钩头，用于保证同国内机车车钩连接。

其结构如图14-9所示。

1-SCHARFENBERG®转接器车钩；2-车高度转接器；3-AAR钩头。

图14-9过渡车钩

14.4.2过渡车钩主要技术参数

表14-4中列举了通过紧急过渡车钩进行牵引/拖拽时的相关数据参数。

表14-4过渡车钩主要技术参数

序号

参数

单位

要求

1

列车最大配置

2列8节车单元组合

2

列车最大重量

t

大约536

3

CRH3动车组车钩的形式

侧面带电气连接的夏芬伯格10型车钩

4

中国机车的车钩型号

AAR型式

5

CRH3动车组车钩中心距轨面的高度

mm

1000

6

中国机车的车钩中心距轨面的高度

mm

880

7

过渡车钩组成

第1部分：

夏芬伯格10号钩头

第2部分：

用于不同高度过渡的部分

第3部分：

中国车钩（AAR型号）钩头

8

过渡车钩的数量

每列车一套

9

过渡车钩所有部件的总重

kg

大约105

10

压缩空气供应

通过主风缸管

11

在动车段最大轨道坡度

‰

30（局部）

12

采用过渡车钩（牵引/拖拽）一列动车组时，最大起动坡度

‰

12

13

采用过渡车钩（牵引/拖拽）一列动车组时，最大运行坡度

‰

20

14

允许的（牵引/拖拽）速度

km/h

取决于每种情况下的具体情况以及制动计算

15

拉伸强度

kN

350

16

压缩强度

kN

400

14.4.3过渡车钩的使用

过渡车钩可以使装有中国标准型车钩的机车在紧急情况下牵引CRH3动车组。

过渡车钩是车组的一个永久性零件，放置在头等车FC05的地板的下方，（具体安放位置见图14-10）且分解成三部分放置，使用时按规定步骤组合在一起。

图14-10过渡车钩安放位置

在牵引/拖拽过程中，过渡车钩的载荷极限应当严格遵守。

首先，起动加速度不能超过0.1m/s2。

其次，在牵引/拖拽两列动车组的作业中，起动时的线路坡度不能超过12‰。

另外，在牵引/拖拽运行过程中，线路坡度不应大于20‰.

过渡车钩的使用方法如下：

1.停用电动钩头操纵机构，使电动钩头保持在其缩回位置。

2.检查10号自动车钩的车钩锁是否位于准备连挂位置。

3.清洁转接器车钩以及10号自动车钩的接触表面。

4.检查转接器车钩以确保闭锁机构自由移动，同时对钩舌腹板和钩板开槽进行适当润滑。

5.将转接器车钩连接到10号自动车钩上时，将自动车钩的钩舌钩到转接器车钩的钩板开槽中，同时将转接器车钩的钩舌与10号自动车钩的钩板啮合。

6.将高度转接器与转接器车钩相连。

7.将AAR钩头与高度转接器相连。

8.将国都车钩的AAR钩头连挂到AAR车钩上。

9.将制动软管连接到AAR车钩上。

14.5风挡

14.5.1结构及作用原理

风挡是列车之间的柔性部分，可以吸收车辆之间的所有相对运动的能量并使旅客能安全容易地通过。

同时，为了保证客室环境的舒适度，需满足列车的空气动力学及声学要求。

风挡的设计应遵循以下标准：

1.EN12663铁道应用-铁道车辆车体的结构要求。

2.DIN5510铁道车辆的防火保护。

列车风挡主要是由耐压的双层折棚及以旋压方式固定于两节车车端的唇型风挡框上而组成，其下部空档需用渡板覆盖，在铰接渡板的两端设有防滑保护盖（踏板）。

其主要组件特点如下：

双层折棚：

由两个旋压框、一个中心框（连接框）、内外双层折棚和护裙组成。

旋压框是通过内外风挡的摩擦锁定。

旋压框通过车体端墙上的不锈钢螺套，使用不锈钢螺栓和六角螺母固定在端墙上，使折棚整体嵌入两车之间的通道。

铰接渡板：

铰接渡板由一个支撑框、踏板、弹性框和支架组成。

铰接渡板是通过渡板支架的滑动支撑固定在两车的车端。

附在插脚上的圆辊可以防止两渡板分离。

铰接渡板的设计能在三个自由度上移动。

渡板顶端的弹簧可使渡板恢复到初始位置。

当铰接渡板放下时，可允许乘客安全通过。

另外，它被设计成一个可以吸收内部相互运动能量的通道，使得两车之间没有间隙和阻断。

风挡结构见图14-11.

图14-11风挡的主要部件

过渡踏板：

设在铰接渡板的两端，由一个底板和通过铰链与之弹性连接的两块底翼板组成。

底板用螺丝永久的固定在车上，两块底翼板自由地平放在车上和渡板上，底板和底翼板是柔性的连接，可以相互补偿两车在不同的高度上的变化和确保两车和渡板之间的平滑过渡。

防滑层附在底板和底翼板表面，从而可防止旅客通过时滑倒。

图14-9显示的是风挡的主要组成部件。

14.5.2风挡的主要技术参数

一、性能参数

双层折棚：

尺寸约2980mm×1400mm×850mm，参见图4-12所示。

通过宽度：

在平直轨道上约1100mm，在地板区域缩小至约780mm。

图14-12风挡系统的尺寸

通过高度：

在平直轨道上约2050mm。

机械强度：

外部压力：

+3800Pa，内部压力：

-5700Pa。

气密性要求：

压力从4000Pa降到1000Pa应大于50秒。

运行温度：

正常环境下，运行温度约为-35℃至+80℃。

隔音性能：

在实验室进行相似的测试，隔音系数为RW约为38dB。

运行周期：

测试证明具有较长的运行周期。

运行周期约为10～15年。

风挡系统总重：

约470kg。

二、风挡主要各部位材料

旋压框：

铝型材，粉末喷涂。

内层和外层折棚：

聚酯织物或聚乙烯或两者的复合物。

铰接渡板框架：

不锈钢。

踏板单元：

带防滑涂层的未处理铝合金。

滑动单元：

聚乙烯。

过渡踏板：

带防滑层的未处理铝合金。

底板护裙：

折棚材料和铝型材。

折棚框：

未处理的铝合金。

14.5.3风挡的安装与解挂

一、风挡的安装

安装之前要确保车端接口处装有单独的螺钉，用以连接双层波浪式折棚的安装框；并且确保车厢地板有单独的孔用以安装桥板覆盖和松散部件。

1.散件的安装

首先用两个M8沉头螺钉将桥板弹簧安装在车厢接口侧，并作为连接桥板车厢侧轴承。

如图14-13所示。

图14-13桥板支架

然后用四个沉头螺钉将弹簧轴承安装在车厢接口，并支撑板簧。

板簧被夹紧件固定在板簧座上，如图14-14所示。

图14-14板簧座

2.双侧折棚的安装（一侧）

先将双层波浪式折棚安装到车厢端墙接口的一侧。

用起重机或其它合适的起重装置（使用中间框上顶部的起吊连接片）举起双层波浪式折棚，然后将其小心运送至车厢处。

对正后，用螺钉将其固定在车厢端侧，最后再将波浪折棚从起重机卸下。

3.连接桥板的安装

将带支架的连接桥板（如图14-15）安装在双层波浪式折棚已经安装好的车厢侧。

图14-15带支架的连接桥板

将连接桥板总成，即支架下面一侧的开口销、垫圈和轮子移开，如图14-16所示。

图14-16连接桥板的开口销、垫圈和轮子的位置

现在将连接桥板用叉车或合适的带支架的起重装置放置在桥板支架上。

锁紧装置一侧安置在车厢另一面已安装好桥板轴承上，锁紧装置侧支架安置在弹簧上。

重新安装锁紧装置支架总成下的轮子、垫圈和开口销。

4.双层波浪式折棚的最终安装

将两车厢停放到平直轨道上，并将其连挂。

将双层波浪式折棚推向车厢端接口的另一侧，使其与安装框紧密相连。

把双层波浪式折棚从起重机上卸下，将两个位于风挡顶部的接地电缆安装到车厢端接口处，两个位于安装框折棚地板覆盖下部的接地母线应安装到车厢端接口处。

5.将连接桥板放置运行状态

把桥板轴承上与连接桥板不相联接的支架放到前面，并用手柄放低连接桥板至支架上，如图14-17所示。

图14-17连接桥板放置图

6.桥板覆盖的安装

将桥板覆盖（图14-18）的两侧用螺钉（如：

螺钉帽DIN6912M8-A2）安装在车厢上，在桥板覆盖上贴上防滑条，放下翻板。

至此，风挡即安装完毕。

图14-18桥板覆盖图

二、风挡的解挂

解挂的程序与连挂的程序相反。

其大体步骤如下：

1.先将桥板覆盖拆下；

2.将连接板竖直放置；

3.解挂双层波浪式折棚；

4.连接桥板的解挂；

5.双层波浪式折棚的解挂；

6.松散部件的解挂。

14.6电气连接

车端电气连接按连接种类可分为：

高、中和低压供电连接、控制和通信连接。

按位置又可分为：

相邻两车之间的电气连接和两动车组之间的电气连接。

CRH3动车组上的电气连接是采用电气端头通过不同的接触方式将列车的电气配线连接起来。

电气端头及其接触方式有以下特点：

1.电缆和接线柱：

连接电气端头罩电缆是防水防变形电缆，电缆引线通过接线柱连接到插座接点和插头接点上，可从前部更换触点。

2.通风和排水：

电气端头封罩配有排水塞，可以排放冷凝水。

其塞口用于封罩的通风。

3.触点保护：

电气连接配有一个保护盖，保护盖在电气端头前后移动的时候自动开关。

当车钩处于连挂状态时，电气端头紧密压缩，以确保恒定的接触压力。

当处于连挂状态时，一个附着在绝缘块四周的橡胶框使电气端头连挂时处于密封状态，可以防止水或者灰尘进入，保护接触头不受外部环境的影响。

4.对中：

电气端头封罩配有对中元件，连挂时可以帮助电气端头对中。

14.6.1供电连接

由于动车组是集机械、电气和计算机控制技术于一体的现代运输工具，同时基于动力分散式的布置方式，各级控制单元与执行单元间将会有浩瀚的信息相互传输。

因此，在各个相对独立的车厢间必须建立高压、中压和低压以及控制信息电气线路的连接通路。

车端电气连接装置是两车间电气连接的纽带。

具体连接位置布置见图14-19所示。

14-19两车间电气连接实物图

根据CRH3动车组的连挂运行方式的特点，电力连接主要采用风挡间电缆形式，其主要的分布情况为：

25KV高压连接在车顶通过螺旋形双绕组电缆；牵引供电和辅助供电通过尾端箱电缆连接；控制与通信连接由专用电缆通过连接器连接。

此外还有一种特殊的过电压限制电阻器与牵引变流器之间的连接需要同其他电缆连接分开，与半永久车钩伴行，分别从EC01/08，IC03/06传输到BC04和FC05车的过电压限制电阻。

供电连接的配置情况可以用表14-5来说明。

如：

采用什么连接形式、组成和设计原则等。

表14-5各种形式的供电连接的配置表

连接类型

连接型式

组成

高压连接

螺旋双绕组连接

螺旋形双绕组电缆

端子、特殊电缆

端子电缆连接

中压连接

端子电缆连接

端子、特殊电缆

低压连接

连接器电缆连接

Harting连接器、特殊电缆

控制与通信连接

连接器电缆连接

Harting连接器、特殊电缆

14.6.1.1高压供电连接

高压连接主要是两个受电弓之间的25KV高压电连接；其次，就是从主变压器向牵引变流器的供电和牵引变流器向辅助变流器的供电连接；此外，还包括从过电压限制电阻到牵引变流器之间的连接。

其中两个受电弓之间的高压连接主要由高压电缆及螺旋形双绕组电缆组成，配置于TC02、IC03、BC04、FC05、IC06和TC07的车端及车顶部位，具体的布置如图14-20所示。

14-20车顶高压连接布置图

高压电气连接所用螺旋双绕组电缆的主要技术参数包括：

电缆电压范围、额定电流和使用故障率等。

其具体值如下：

电缆电压范围：

17.5kVAC～29kVAC最高31kVAC

（17.5至19kV，10分钟）

（27.5至31kV，5分钟）

电缆故障率（配合）：

见表14-6。

表14-6电缆故障率表

重大故障

危险故障（TC）

非危险故障

总故障率

高压电缆

1000

350

1350

电缆额定电流（单绕组）：

250A

图14-21显示了螺旋形双绕组电缆的实物结构图。

图14-21螺旋形双绕组电缆的实物图

此外，牵引变压器与牵引变流器、牵引变流器与辅助变流器之间的过桥线均是用特殊电缆通过螺接式端子进行连接，具体的结构形式如图14-22所示。

14-22车间牵引变压器与牵引变流器、牵引变流器与辅助变流器之间高压电缆连接图

从过电压限制电阻器到牵引变流器之间的过桥线不与其它高压电缆并行，而是单独走一条路径，它骑跨过半永久车钩与邻车相连接，具体连接及走线路径如图14-23。

14-23过电压限制电阻过桥线

14.6.1.2中压供电连接

中压供电连接主要是指从TC车向EC车供辅助用440V交流电，以及从BC和FC向IC供辅助用440V交流电。

其与高压电连接一样，是通过接线端子排用的专用过桥电缆连接，与高压供电走同样的位置。

14.6.1.3低压供电连接

低压供电连接主要是指直流110V的电池供电连接，以及控制用直流电供电连接。

主直流供电是通过螺接式端子排用的专用电缆来实现两车之间的电气互连，控制用直流电是通Harting连接器用专用的电缆进行两车之间的电气互连，通过方式如图14-22。

14.6.2控制与通信连接

控制与通信连接主要包括PIS/UIC总线连接，还包括MVB或WTB和其它数据电缆的连接。

其主要是通过Harting连接器，采用专用电缆进行数据的传输。

连接器分别把高压、中压和低压相连接，并分别安置在车体结构形成的两个空腔中。

由于高压在一个腔里，中、低压和数据在另一个腔里，因此，能有效地预防电磁干扰。

控制与通信电缆及连接器主要技术参数见下表14-7所示。

表14-7控制与通信电缆及连接器主要技术参数表

电缆名称

电缆型号

详细的电缆规格

接口

电缆使用

Coax50Ohm

细（10BASE2）同轴ethernet

例如：

RG58A/U

特性阻抗：

50±2Ω

最大衰减：

8.5dB/185m，@10MHz时

最大电缆直流电阻：

50mΩ/m（中心导线+屏蔽的总和）

STC，CCT，车辆间连接器

FIS主音频数据总线A

Coax75Ohm

同轴75Ohm

特性阻抗：

75±3ΩMax.

衰减：

11，5dB/100m@300MHz

返回损耗：

5-470MHz>26dB

VER，VDR

FIS主视频