壹般來說,車輛的基本結構由五部分組成:車身、底架、走行部、車鉤緩沖裝置和制動裝置。車身是車輛裝載貨物或乘客的部分,也是安裝和連接車輛其他部件的基礎。早期車輛的車體多為木結構,輔以鋼板和弓條。現代汽車車身主要是鋼結構或輕金屬結構。
卡車車身:
主要構件包括側墻(墻)、端墻(墻)、屋頂等。車體鋼結構由許多縱梁和橫梁(柱)組成,車體底架通過中心板或旁承支撐在轉向架上。車體鋼結構承受自重、荷載、整備質量以及輪軌沖擊和簧上振動引起的垂向動載荷;列車啟動、變速、上下坡道時車輛間產生的牽引、壓縮沖擊力等縱向荷載;以及側向載荷,包括風力、離心力、貨物對側壁的壓力等。
客車車身:
它是全金屬焊接結構,由底盤、側墻、車頂、端墻四部分組成。鋼骨架外焊接有金屬地板。側墻板、屋面板和端墻板組成壹個上部為圓弧、下部為矩形的封閉殼體,俗稱薄壁圓柱體。殼體內表面用縱筋、橫梁、立柱加固,部分鋼筋用墻板鋼筋代替,以增強結構的強度和剛度,形成整體承重埋入式結構。客車車身必須具有良好的隔熱性能。為了方便乘客上下車,公交車兩端都設有通行站臺,在通行站臺的外端設置了折疊棚和過街板,防止風雨寒流的侵襲。除門窗、座椅和臥鋪外,車體還應安裝衛生設備、通風裝置、供水設備、車輛電氣設備、加熱設備、廣播裝置和空調裝置。底架是由各種縱、橫向鋼梁組成的矩形框架。它支撐著車身,是車身的基礎。底架承受上部車體的全部重量和載荷,並通過上下中心板將重量傳遞給走行裝置。列車在運行時,還承受著機車的牽引力、列車運行引起的各種沖擊力等外力。因此,它必須具有足夠的強度和剛度,才能經久耐用。
貨車底架壹般由中梁、側梁、枕梁、橫梁、端梁和地板橫梁組成。中梁位於底架的中心,是整個底架的基礎和主要受力構件。中間梁的端部是安裝車鉤緩沖裝置的地方,直接承受縱向力。搖枕是底架和轉向架連接的地方。搖枕下部設有上側軸承和上中心板,分別與轉向架搖枕上的下側軸承和下中心板相對。它承受的力很大,承受著整車的重量,並通過中心板將重量傳遞給行走機構。罐車的底架結構不同於其他貨車。由於罐體本身具有很大的剛度,罐內液體的重量主要由罐體承受,然後通過支架和搖枕傳遞給轉向架,所以罐車的底架主要承受水平縱向牽引沖擊。罐車的中梁由兩根槽鋼制成,中間蓋有上蓋板,罐體的下鞍板焊接在蓋板上;枕梁具有箱形截面,其上安裝有儲罐支架,並通過腹板焊接至枕梁以支撐儲罐。
客車底架的結構與貨車底架相似。但由於客車兩端必須設有通過平臺,其小橫梁伸出端梁,通過端梁和側梁穿過平臺。在穿過平臺端梁之前,安裝緩沖梁。走行部是車輛在牽引動力下沿線路行駛的部分。走行部的作用是保證車輛沿軌道運行,靈活、安全、平穩地通過曲線;可靠地承受作用在車輛上各種力並將其傳遞到軌道上;緩解車輛與鋼軌之間的相互沖擊,減少車輛振動,保證足夠的運行穩定性和良好的運行品質;制動機構可靠,車輛制動效果好。
鐵路車輛發展初期,載重量小,體積不大,走行部很簡單。壹般采用兩軸車結構,車軸直接安裝在車體下方,稱為無轉向架車輛。隨著車輛載重的增加,壹般采用轉向架結構。轉向架是由兩個或兩個以上的輪對通過特殊部件組成的整體部件。
由於車輛的用途、運行條件、制造和維修能力的不同,轉向架有許多類型和不同的結構。壹般轉向架主要由輪對、側架和搖枕、軸箱潤滑裝置、彈簧減震裝置和基礎制動裝置組成。
輪對由壹根車軸和兩個車輪組成,車輛運行過程中車輪與車軸之間沒有相對位移。輪對承受車輛的全部重量,在軌道上高速運行時還承受來自車體和鋼軌的各種其他力。輪對的質量直接影響列車運行的安全,因此對其制造和維修有嚴格的規定。根據使用的軸承類型,輪對上的軸可分為滑動軸承軸和滾動軸承軸。車輪的結構、形狀、尺寸和材料各不相同。按用途可分為客車、貨車、機車用車輪,按結構可分為整體式車輪和輪胎式車輪。輪胎車輪可分為鑄鋼輪輻輪心、軋鋼輪輻輪心和鑄鋼輪輻輪心。整體車輪按材質可分為軋鋼車輪和鑄鋼車輪。為了降低噪聲和簧下重量,國外還采用了新型車輪,如彈性車輪、消聲車輪、皺折輻板車輪等。無論哪種車輪,與鋼軌直接接觸的部分主要是輪輞和踏面。輪輞是車輪內側突出的部分,作用是引導車輪的運行方向,防止車輪脫軌。踏面是車輪和軌頭之間的接觸面。胎面有1: 20的坡度,可以使車輛重心落在線路中心線上,從而克服和減少車輛的蛇行運動,順利通過曲線。
側架和搖枕是轉向架的組成部分,側架將轉向架各部分連接起來,形成壹個整體。兩端有軸箱導向架,用於安裝軸箱。側架中間有壹個彈簧承載平臺,是安裝彈簧減震裝置的地方。搖枕與下心盤和旁承箱鑄造成壹個整體,其兩端支撐在彈簧上。車體的重量和載荷通過下中板和搖枕傳遞給兩側的枕簧,兩側車架通過搖枕連接。
軸箱潤滑裝置是保證車輛安全運行的重要部件。其作用是將輪對與側架或車架連接起來,使輪對沿軌道的滾動轉化為車輛沿線路的平移;承受車輛重量,傳遞所有力,保證良好的潤滑性能,使車軸在高速行駛時不會發熱。軸箱裝置根據軸承的工作特點分為滾動軸承軸箱裝置和滑動軸承軸箱裝置。滾動軸承可以減小運動阻力,適合高速運行,是鐵路車輛技術現代化的重要措施之壹。滑動軸承軸箱由於啟動阻力大,不適合高速運轉,維護成本高,冬夏兩季需要更換車軸油,車軸容易發熱,逐漸被滾動軸承釉箱取代。
彈簧減振裝置是壹種減少有害沖擊和阻尼車輛振動的裝置。車輛上使用的彈簧減振裝置按其主要功能大致可分為三類:壹類是以緩解沖擊為主的彈簧裝置,如中心和軸箱中的螺旋圓彈簧;第二類是以衰減振動為主的阻尼裝置,如豎向和橫向阻尼器;三種定位裝置主要用於定位(彈性約束),如縱、橫向軸箱輪對彈性定位裝置、橫向緩沖器或振動臺縱向牽引桿等。
基本制動裝置由制動缸活塞的推桿,甚至制動蹄以及它們之間的杠桿、拉桿、制動梁等壹系列傳動部件組成。它的作用是將制動缸活塞上的推力增加幾倍,然後均勻地傳遞到每個制動蹄上,使其壓住車輪,產生制動作用。
為適應負荷和速度的提高,中國鐵路壹方面通過消化吸收引進技術,開發了CW系列轉向架;壹方面,SW系列轉向架是對國產206型轉向架進行技術升級,借鑒國外焊接技術形成的。這兩種轉向架經過多次試驗和改進,現已開始走向成熟,成為我國提速客車的主要轉向架。
震驚
車鉤緩沖裝置是用來連接車輛與車輛、機車或動車,傳遞牽引力和制動力,減輕縱向沖擊力的車輛部件。由車鉤、保險杠、車鉤尾框、從板等組成,安裝在底架端部的牽引梁內。為保證車輛車鉤的安全性和可靠性以及車鉤緩沖器安裝的互換性,我國鐵路機車車輛的有關規程規定,車鉤緩沖器加載後,鉤舌水平中心線與軌面之間的高度,客車為880mm (+10mm),貨車為880 mm (10 mm)。相鄰兩車車鉤水平中心線最大高度差不得大於75 mm首先說說車鉤。車鉤是用來實現機車與車輛或車輛之間的連接,傳遞牽引力和沖擊力,並使車輛之間保持壹定距離的車輛部件。車鉤按開啟方式分為上作用式和下作用式兩種。鉤頭上部的提升機構稱為上動式(這種類型多用於壹般貨車);下推式(乘用車采用)通過鉤頭下部的推桿動作實現開啟。車鉤按結構類型分為螺旋車鉤、緊貼式自動車鉤、自動車鉤、旋轉車鉤。螺旋耦合器是最早使用的,但由於許多缺點,它們已被淘汰。高速鐵路車輛多采用緊貼式自動車鉤。我國大秦鐵路重載單元列車上除旋轉車鉤外,全部采用自動車鉤。所謂自動車鉤,就是先擡起壹個車鉤的提桿,然後用機車把車輛拉走或與另壹車輛的車鉤發生碰撞時,能自動脫鉤或鉤住的車鉤。中國鐵路部門向1956確認,1號和2號車鉤為標準車鉤。但隨著列車速度和牽引噸位的提高,1957和1965相繼設計制造。客車使用15號車鉤,貨車逐步用13號車鉤取代2號車鉤。
鉤頭成分
車鉤由鉤頭、鉤體和鉤尾三部分組成。車鉤前端較厚的部分稱為鉤頭。鉤頭內裝有鉤舌、鉤舌銷、鎖銷、鉤舌推鐵和鉤鎖鐵。車鉤的後部稱為車鉤尾,車鉤尾上有壹個垂直的平匙孔與車鉤尾框連接。為了連接或斷開車輛,車鉤有以下三個位置,即車鉤的三種狀態:鎖止位置——車鉤舌被車鉤鎖鐵擋住不能向外轉動的位置。當兩輛車連接在壹起時,車鉤就在這個位置。解鎖位置——即鉤鎖鐵擡起,鉤舌只要壹拉就能向外翻的位置。脫鉤時,只要有壹個車鉤在解鎖位置,連在壹起的兩車就能分開。全開位置——也就是鉤舌已經完全向外翻的位置。兩車需要聯動時,只要其中壹個車鉤處於全開位置,與另壹個車鉤碰撞後即可聯動。旋轉車鉤的結構與普通車鉤不同,車鉤尾部設有鎖孔,車鉤尾銷與車鉤尾架的旋轉套連接。掛鉤的末端面為球面,抵靠在具有凹球面的前從動板上。當鉤頭受到扭矩時,鉤體隨尾銷和旋轉套壹起旋轉。旋轉車鉤僅安裝在專為大秦鐵路運煤單元組合列車設計的車輛上。本車壹端裝有旋轉車鉤,另壹端裝有固定車鉤。整列車上每組連接的兩個車鉤相互匹配。當裝煤車輛進入卸煤區翻車機時,翻車機驅動車輛翻轉180度卸煤。旋轉車鉤可以使車輛在翻車卸車時連續工作,從而縮短卸車作業時間。緊密型車鉤壹般用於高速鐵路和地下鐵路的車輛上。體積小,重量輕,兩個耦合器連接後各個方向的相對運動很小,可以實現真正的“緊連接”;同時對提高制動軟管與電連接器自動對接的可靠性非常有利。列車制動是人為地停止列車的運動,包括減速、不加速或停止運行。緩解或削弱被制動列車或機車的制動效果稱為“緩解”。安裝在列車上用於制動和緩解的壹套設備稱為“列車制動裝置”。“制動器”和“制動裝置”俗稱“制動器”。制動通常被稱為“制動接通”或“制動斷開”,而緩解被稱為“制動斷開”。
“列車制動裝置”包括機車制動裝置和車輛制動裝置。不同的是,機車不僅有像車輛壹樣自行制動和釋放的設備,還有控制整個列車制動功能的設備。
在介紹制動裝置之前,先說壹下列車制動方式。
列車制動按其用途可分為“常用制動”和“緊急制動”。壹般情況下,為調整或控制列車速度而施加的制動,包括在車站停車,稱為“常用制動”,其特點是作用相對溫和,制動力可調。在緊急情況下,使列車盡快停下來的制動稱為“緊急制動”(也稱“非常制動”),其特點是動作迅速,充分利用列車制動能力。
從施加制動的時刻到列車速度降至零的時刻,列車行駛的距離稱為制動距離。這是綜合反映列車制動裝置性能和效果的主要技術指標。火車越重,運行速度越高,短時間短距離內越不容易停下來。那麽,列車的運行速度和制動距離有什麽關系呢?如果由15節車廂組成的列車以50公裏的時速運行,制動後可在130米範圍內停車;當速度增加到70公裏時,它必須向前行駛250米才能停下來;當列車時速達到100公裏時,其制動距離為570米;當列車速度高達120km時,制動距離將超過800m。由此可見,如果列車速度提高壹倍,制動距離將增加兩倍以上。而我國現行的《鐵路技術管理規程》規定“列車在任何鐵路坡道上的緊急制動距離為800 m”。也就是說,為了提高列車速度,必須采用更先進的制動裝置。
閘瓦制動是鐵路車輛最常用的制動方式。由鑄鐵或其他材料制成的瓦形制動塊在制動過程中緊緊地抓住車輪踏面,並通過摩擦阻止車輪旋轉。在這個過程中,制動裝置會將巨大的動能轉化為熱能,消散在大氣中。但制動效果主要取決於摩擦熱能的耗散能力。采用這種制動方式時,閘瓦摩擦面積小,大部分熱負荷由車輪承擔。列車速度越高,制動時車輪的熱負荷越大。如果使用鑄鐵閘瓦,溫度可以熔化閘瓦;即使是高級合成閘瓦,溫度也會高達400~450℃。當車輪踏面溫度升高到壹定程度時,踏面就會磨損、開裂或剝落,不僅影響使用壽命,還會影響行車安全。可見,傳統的踏面閘瓦制動已經不能滿足高速列車的需要。於是壹種新型的制動裝置——盤式制動器應運而生。
盤式制動器,就是在車軸上或汽車輪輻板的側面安裝壹個制動盤,用制動鉗使兩個合成材料制成的剎車片緊緊壓住制動盤的側面,通過摩擦產生制動力,使列車停止前進。由於力不在車輪踏面上,盤式制動器可以大大降低車輪踏面的熱負荷和機械磨損。另外剎車很平穩,幾乎沒有噪音。盤式制動器摩擦面積大,可根據需要安裝幾套,制動效果明顯高於鑄鐵閘瓦,尤其適用於時速120 km/h以上的高速列車,這也是盤式制動器在各國廣泛應用的原因。但不足之處是車輪踏面沒有被制動蹄刮傷,會惡化輪軌間的附著力;制動盤增加了簧下重量和沖擊振動,並在運行過程中消耗牽引功率。
根據制動動力和控制方式的不同,鐵路機車車輛制動機可分為手制動機、空氣制動機、電空制動機、電磁制動機和真空制動機。
手制動器
它以人力作為制動的驅動力,並受手輪旋轉方向和手力大小的控制。結構簡單,成本低廉,是鐵路史上最古老、最堅韌的制動器。鐵路發展初期,鐵道車輛上只有這種制動,每節車廂或幾節車廂都配有制動動員,根據司機的哨聲進行協調。由於制動力弱,動作慢,不方便駕駛員直接操控,很快被非人力剎車取代,手剎成為輔助備用剎車。
氣閘
用壓力空氣作為制動的驅動力,改變壓力空氣的壓力來控制。制動力大,操控靈敏方便。中國鐵路過去把加壓空氣簡稱為“風”,把空氣制動簡稱為“空氣制動”。氣閘分為直通式和自動式,不再使用直通式氣閘。
自動類型
其特征在於,當列車管排氣(減壓)時,制動缸充氣(增壓)並卸壓。優點是當列車分離,制動軟管拔下時,列車管風壓急劇下降,三通閥活塞自動快速移動到制動位置,列車可以自動快速制動,直至停止。這不僅提高了列車運行的安全性,而且列車前後部開始制動的時間差較小,即制動和緩解較好,適用於編組較長的列車;因此,它在世界各地的鐵路中被廣泛使用。
電空制動是電控空氣制動的簡稱,是在空氣制動的基礎上增加電磁閥等電氣控制元件而形成的。其特點是制動動作由“電控”控制,但制動動作的動力仍是壓縮空氣。而且當剎車的電控因故失效時,仍然可以實施“氣動控制”(氣壓控制),暫時成為空氣剎車。當列車速度很高或編組很長,空氣制動難以滿足要求時,采用電空制動可以大大提高列車前後部制動和緩解功能的壹致性,顯著降低列車的縱向沖擊,縮短制動距離。世界上很多高速列車都采用了電空制動,廣深線的準高速旅客列車和我國部分幹線的提速客車也采用了電空制動。
真空閘
還有壹種真空制動,特點是以大氣為動力,通過改變“真空度”來控制。當制動閥手柄置於釋放位置時,真空泵與列車管連通,列車管和制動缸內的空氣被抽走,列車管和制動缸的上下均保持高真空,使活塞因自重下落,活塞桿向外伸出。當制動閥手柄置於制動位置時,列車管與大氣相通,大氣從列車管和制動缸活塞下方進入。由於球形止回閥在抽氣完成時已處於關閉狀態,大氣壓力只能將其壓住而不能打開閥口,因此大氣無法進入活塞上方。活塞與活塞之間的壓力差將活塞向上推,活塞桿縮入氣缸制動。真空制動在非人力制動中結構簡單,價格便宜,維護方便。但由於大氣壓力本身有限,很難做到“絕對真空”,需要更大的制動缸和更粗的列車管。因此,隨著牽引重量和運行速度的提高,壹些采用真空制動的鐵路已經或正在向空氣制動過渡。