轨道交通具有速度快、能耗低、舒适性高、环境友好、以人为本的特点，具有其他交通方式无法比拟的优势。轻量化设计可以提升轨道客车多方面的优势， 是轨道客车关键技术之一。过渡车钩作为救援牵引车辆的关键产品，操作时往往需要人工搬抬较远的距离，操作人员劳动强度大。目前各轨道交通车辆生产厂家在厂内调车时也采用统型过渡车钩，使用频次高（日均２０次，年工作３００天）， 即使使用过程中尽量控制连挂速度（１～３ｋｍ／ｈ），控制过渡车钩的受力，仍经常导致过渡车钩变形。我国幅员辽阔，近几年全国各地都有大规模轨道交通工程建设，沿海地区含盐高，空气潮湿，酸雨情况偶有发生， 过渡车钩现场维护较少，还要求 有较好的防腐 能。因此，有必要设计一款轻量化、高强度、耐腐蚀的过渡车钩来满足目前的使用要求。 

钛是２０世纪５０年代发展起来的一种重要的结构金属，相比铜 诞 生 ６０００ 年、铁诞生 ４０００ 年、铝诞生 １００年来说，钛是一种非常“年轻”的金属。钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，具有强度高、韧性好、密度小、耐腐蚀性强等优 点，目前在军工及航空航天领域得到广泛应用。最近几年随着材料技术及加工工艺的进步，钛合金正逐步进入民用工业领域，在汽车行业已有相关应用，目 前国内外轨道交通车辆尚无钛合金过渡车钩的应用案例。

３．１ 纵向动力学计算 

为获得机车携带过渡车钩与地铁列车车钩连挂时的最大车钩力，以 某８辆编组地铁Ａ型车为模型，该地铁车辆各个断面间采用３０ｋＪ胶泥缓冲器，缓冲器最大阻抗力为８００ｋＮ，最大行程为７３ｍｍ。采用专用列车纵向动力学计算程序，按照列车纵向动力学 理论，将整列车视为由钩缓装置连接的若干单自由度 （纵向）质点，通过对质点系运动微分方程组的逐步求解，计算整个碰撞过程中各个车位的加速度、车钩力、 速度历程曲线，研究极端工况下钩缓装置的受力和能量吸收情况。

３．２ 钛合金过渡车钩结构 

钛合金过渡车钩采用焊接钩体结构，主要由两部分组成，一部分是与地铁头车车钩连挂的３３０型密接 车钩部分，另一部分是与１３／１５号系列车钩连挂的机 车过渡车钩部分。

３．３ 有限元计算 

根据选定的钛合金材料其性能参数，将三维建模软件中建立钛合金焊接钩体的三维模型，导 入 ＡＮ－ ＳＹＳ有限元分析软件中，使用四面体网格进行网格划分。约束两钩体尾部的连接销安装孔，并在３３０型密接钩头侧连挂面和１３号机车过渡车钩 Ｓ面外侧施 加７００ｋＮ 的压力载荷，求解计算后得两钩体的应力云图。

根据上述计算结果，在７００ｋＮ 的抗压载荷下，结构的最大应力为４２１．９８ＭＰａ和４３６．４５ ＭＰａ，低于材料的许用应力，满足设计要求。

４．１ 强度试验 

根据上述设计参数设计生产了分体式钛合金过渡车钩样件，在钩缓装置卧式综合试验台进行强度试验， 工装包括１５Ｘ车钩和３３０型车钩工装各一套，然后分别与１３号机车过渡车钩和３３０型密接车钩进行连挂， 两过渡车钩之间则使用连接销连接。试验按照实际工况进行，地铁 Ａ 型车与救援机车车钩两侧有１６０ｍｍ 左右的钩高差，参照 ＱＣＲ５６０—２０１７《动车组过渡车 钩》的相关强度试验方法进行试验，见图５。试验后分解检查显 示，经７００ｋＮ 抗压载荷后钛合金过渡车钩未发生破坏；密接端钛合金过渡车钩钩体、主轴、钩舌和连挂杆未发生明显变形；１３号机车过渡车钩无明显轮廓变形，无损伤。整个试验过程中，过 渡车钩后端插隼结构没有发生变形，试验结束后连接销可以顺畅的插入拔出插隼结构的插孔，１３号车钩样板可以顺畅通过１３号机车过渡车钩。

４．２ 称重检查 

将两模块过渡车钩成品进行称重，３３０型密接车钩侧模块重量为２７．９ｋｇ，１３号机车过渡车钩侧模块重量为２４．９ｋｇ，见图６，整体相比原碳钢材质的过渡车钩减重３０％，减重幅度较大。

４．３ 盐雾试验 

选取该钛合金材质的试棒两根，置于酸性盐雾试验箱中，模拟产 品在高酸高盐的环境，验证产品不做任何处理时的耐腐蚀能力。经１０００ｈ后，如图７所 示，钛合金材质试棒（序 号７、８）表面仍旧光亮无任何锈蚀，对比组的其余材料有轻微浮绣（表面镀锌，序号 １、２；３０４不锈钢，序号５、６）或较严重的生锈（碳 钢材质，序号３、４）现象。

相比原碳钢材质的过渡车钩，钛合金过渡车钩的抗压强度提升７０％，重量降低３０％。即使不做任何表面防腐处理，钛合金过渡车钩仍具有较好的耐腐蚀性能。可以满足地铁车辆５ｋｍ／ｈ连 挂的要求，可单人搬运、操作，具有其他材质过渡车钩无法比拟的优势， 具有广阔的推广应用前景。建议钛合金过渡车钩装车使用后，继续对过渡车钩连挂、救援及运用过程中的动态受力数据进行收集分析，对该材料过渡车钩的动态及疲劳运用情况进行进一步研究。