軌道交通具有速度快、能耗低、舒適性高、環(huán)境友好、以人為本的特點(diǎn)，具有其他交通方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)。輕量化設(shè)計(jì)可以提升軌道客車多方面的優(yōu)勢(shì)， 是軌道客車關(guān)鍵技術(shù)之一。過渡車鉤作為救援牽引車輛的關(guān)鍵產(chǎn)品，操作時(shí)往往需要人工搬抬較遠(yuǎn)的距離，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。目前各軌道交通車輛生產(chǎn)廠家在廠內(nèi)調(diào)車時(shí)也采用統(tǒng)型過渡車鉤，使用頻次高（日均２０次，年工作３００天）， 即使使用過程中盡量控制連掛速度（１～３ｋｍ／ｈ），控制過渡車鉤的受力，仍經(jīng)常導(dǎo)致過渡車鉤變形。我國(guó)幅員遼闊，近幾年全國(guó)各地都有大規(guī)模軌道交通工程建設(shè)，沿海地區(qū)含鹽高，空氣潮濕，酸雨情況偶有發(fā)生， 過渡車鉤現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)較少，還要求 有較好的防腐 能。因此，有必要設(shè)計(jì)一款輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕的過渡車鉤來滿足目前的使用要求。 

鈦是２０世紀(jì)５０年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，相比銅 誕 生 ６０００ 年、鐵誕生 ４０００ 年、鋁誕生 １００年來說，鈦是一種非常“年輕”的金屬。鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金，具有強(qiáng)度高、韌性好、密度小、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)，目前在軍工及航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。最近幾年隨著材料技術(shù)及加工工藝的進(jìn)步，鈦合金正逐步進(jìn)入民用工業(yè)領(lǐng)域，在汽車行業(yè)已有相關(guān)應(yīng)用，目 前國(guó)內(nèi)外軌道交通車輛尚無鈦合金過渡車鉤的應(yīng)用案例。

３．１ 縱向動(dòng)力學(xué)計(jì)算 

為獲得機(jī)車攜帶過渡車鉤與地鐵列車車鉤連掛時(shí)的最大車鉤力，以 某８輛編組地鐵Ａ型車為模型，該地鐵車輛各個(gè)斷面間采用３０ｋＪ膠泥緩沖器，緩沖器最大阻抗力為８００ｋＮ，最大行程為７３ｍｍ。采用專用列車縱向動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序，按照列車縱向動(dòng)力學(xué) 理論，將整列車視為由鉤緩裝置連接的若干單自由度 （縱向）質(zhì)點(diǎn)，通過對(duì)質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動(dòng)微分方程組的逐步求解，計(jì)算整個(gè)碰撞過程中各個(gè)車位的加速度、車鉤力、 速度歷程曲線，研究極端工況下鉤緩裝置的受力和能量吸收情況。

３．２ 鈦合金過渡車鉤結(jié)構(gòu) 

鈦合金過渡車鉤采用焊接鉤體結(jié)構(gòu)，主要由兩部分組成，一部分是與地鐵頭車車鉤連掛的３３０型密接 車鉤部分，另一部分是與１３／１５號(hào)系列車鉤連掛的機(jī) 車過渡車鉤部分。

３．３ 有限元計(jì)算 

根據(jù)選定的鈦合金材料其性能參數(shù)，將三維建模軟件中建立鈦合金焊接鉤體的三維模型，導(dǎo) 入 ＡＮ－ ＳＹＳ有限元分析軟件中，使用四面體網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分。約束兩鉤體尾部的連接銷安裝孔，并在３３０型密接鉤頭側(cè)連掛面和１３號(hào)機(jī)車過渡車鉤 Ｓ面外側(cè)施 加７００ｋＮ 的壓力載荷，求解計(jì)算后得兩鉤體的應(yīng)力云圖。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，在７００ｋＮ 的抗壓載荷下，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為４２１．９８ＭＰａ和４３６．４５ ＭＰａ，低于材料的許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。

４．１ 強(qiáng)度試驗(yàn) 

根據(jù)上述設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)了分體式鈦合金過渡車鉤樣件，在鉤緩裝置臥式綜合試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)， 工裝包括１５Ｘ車鉤和３３０型車鉤工裝各一套，然后分別與１３號(hào)機(jī)車過渡車鉤和３３０型密接車鉤進(jìn)行連掛， 兩過渡車鉤之間則使用連接銷連接。試驗(yàn)按照實(shí)際工況進(jìn)行，地鐵 Ａ 型車與救援機(jī)車車鉤兩側(cè)有１６０ｍｍ 左右的鉤高差，參照 ＱＣＲ５６０—２０１７《動(dòng)車組過渡車 鉤》的相關(guān)強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，見圖５。試驗(yàn)后分解檢查顯 示，經(jīng)７００ｋＮ 抗壓載荷后鈦合金過渡車鉤未發(fā)生破壞；密接端鈦合金過渡車鉤鉤體、主軸、鉤舌和連掛桿未發(fā)生明顯變形；１３號(hào)機(jī)車過渡車鉤無明顯輪廓變形，無損傷。整個(gè)試驗(yàn)過程中，過 渡車鉤后端插隼結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變形，試驗(yàn)結(jié)束后連接銷可以順暢的插入拔出插隼結(jié)構(gòu)的插孔，１３號(hào)車鉤樣板可以順暢通過１３號(hào)機(jī)車過渡車鉤。

４．２ 稱重檢查 

將兩模塊過渡車鉤成品進(jìn)行稱重，３３０型密接車鉤側(cè)模塊重量為２７．９ｋｇ，１３號(hào)機(jī)車過渡車鉤側(cè)模塊重量為２４．９ｋｇ，見圖６，整體相比原碳鋼材質(zhì)的過渡車鉤減重３０％，減重幅度較大。

４．３ 鹽霧試驗(yàn) 

選取該鈦合金材質(zhì)的試棒兩根，置于酸性鹽霧試驗(yàn)箱中，模擬產(chǎn) 品在高酸高鹽的環(huán)境，驗(yàn)證產(chǎn)品不做任何處理時(shí)的耐腐蝕能力。經(jīng)１０００ｈ后，如圖７所 示，鈦合金材質(zhì)試棒（序 號(hào)７、８）表面仍舊光亮無任何銹蝕，對(duì)比組的其余材料有輕微浮繡（表面鍍鋅，序號(hào) １、２；３０４不銹鋼，序號(hào)５、６）或較嚴(yán)重的生銹（碳 鋼材質(zhì)，序號(hào)３、４）現(xiàn)象。

相比原碳鋼材質(zhì)的過渡車鉤，鈦合金過渡車鉤的抗壓強(qiáng)度提升７０％，重量降低３０％。即使不做任何表面防腐處理，鈦合金過渡車鉤仍具有較好的耐腐蝕性能?？梢詽M足地鐵車輛５ｋｍ／ｈ連 掛的要求，可單人搬運(yùn)、操作，具有其他材質(zhì)過渡車鉤無法比擬的優(yōu)勢(shì)， 具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。建議鈦合金過渡車鉤裝車使用后，繼續(xù)對(duì)過渡車鉤連掛、救援及運(yùn)用過程中的動(dòng)態(tài)受力數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，對(duì)該材料過渡車鉤的動(dòng)態(tài)及疲勞運(yùn)用情況進(jìn)行進(jìn)一步研究。