钩缓装置及其承压稳定性,对重载机车的运行安全性有至关重要的影响。内燃、电力机车车钩作为我国机车广泛采用的车钩型号,长期以来,其性能总体表现良好,但伴随着组合式重载列车的开行,中部机车出现过多次由于钩缓装置承压失稳而导致的安全事故。为了提高内燃、电力机车车钩对组合式重载列车运用环境的适应性,本文首先对其结构特性和稳钩机理展开了理论分析,在此基础上通过详细考虑钩尾摩擦特性以及钩头连挂面的接触特性建立了更为完善的钩缓装置动力学模型,采用该模型对不同条件下的车钩运行行为及其对机车运行安全性的影响进行了仿真分析,主要工作与结论如下:1)基于钩尾接触几何与摩擦特性,对内燃、电力机车车钩的承压稳钩机理开展了理论分析工作,并根据传力线与车钩偏角的关系,将车钩的承压状态划分为自稳钩状态、临界平衡状态以及非平衡状态,其中自稳钩状态下的压钩力横向分力是车钩稳钩能力的来源,因此也是车钩承压稳定性最好的状态;2)在详细考虑钩尾静摩擦系数和动摩擦系数相互转换的前提下,研究了车钩由理想对中状态逐渐偏转至结构最大转角时的传力线偏角演变历程,结果表明车钩的持续偏转行为会伴随多次钩尾黏着与滑动的相互转变,钩尾每滑动一次,传力线的偏角便向车钩偏转方向跃变一次,并通过逐次累积不断增大;3)对钩缓装置的建模原理进行了研究,其中钩尾潜在接触点的实时位置可根据空间距离最小原则和弧面接触点切线相互平行原则确定,钩尾接触力和静摩擦力与外力作用相关,因此采用线性弹簧阻尼力进行描述,动摩擦力则采用库伦摩擦力进行描述,针对钩头连挂面间的复杂曲面接触作用,则提出采用多边形接触模型建模,缓冲器部分不仅考虑了其非线性迟滞特性,而且还考虑了缓冲器初压力和缓冲器行程用尽后的刚性冲击特性;4)以内燃、电力机车车钩和HX_D1型电力机车为主要研究对象,采用理论分析与动力学仿真相结合的方法分别对钩尾摩擦系数、钩缓装配偏差、横向定位刚度以及钩尾弧面匹配关系对车钩承压动力学行为及机车运行安全性的影响进行了分析,研究结果表明提高钩尾摩擦系数、减小钩缓装配偏差以及增大车体横向定位刚度均有利于提高车钩的承压稳定性,同时,钩尾与从板的半径匹配关系对车钩的自稳钩能力和钩尾黏着能力均有较大的影响;5)基于上述研究提出了两套改进方案。一套为从板弧面半径由150mm增至170mm,同时机车二系悬挂水平刚度增至原参数的1.5倍,二系横向止挡自由间隙减为20mm;另一套为从板弧面半径由150mm增至200mm,钩尾弧面半径由130mm增至170mm,以实现车钩自稳钩能力的提升。仿真结果表明两套方案均能保障机车在常规运行工况下的运行安全性,但对比而言,后者整体性能更优,可更加充分地利用车钩的自稳钩能力,进一步提高重载机车承压运行安全性。