重载40t轴重铁路矿石车车钩静强度分析

时间：2024-07-28

王占河郇龙飞

（中车齐齐哈尔车辆有限公司，齐齐哈尔 161002）

车钩装置是铁路车辆最基本也是最重要的部件之一,一般来说车钩缓冲装置包括车钩（钩舌与钩体等）、缓冲器、钩尾框以及前后从板等部件。车钩的作用是使各车辆完成连挂工作，并使车辆与车辆保持一定的距离，另外还能传递牵引力及冲击力。车钩在列车线路运用过程中，受到的力比较复杂，既有交变牵引力，也包括随机压缩力和冲击作用力，还会在列车曲线通过时承受附加弯矩，特别是在进行调车作业时，车钩要承受非常大的冲击力。因此，车钩是一种易损件，特别是在局部位置非常容易产生裂纹。近些年来列车运行速度不断提高，牵引总重持续增加，车钩在实际运用中受力情况变得更加复杂，进而使得车钩部件时常产生裂纹、折断等故障。中车齐齐哈尔车辆有限公司为澳大利亚生产的重载40t轴重矿石车车钩，钩体材质为E+级铸钢，钩舌为E+级锻钢，其结构如图1所示。为了保证该车钩在寿命期内不发生故障，在研制阶段要进行静态及动态试验分析研究。

图1 重载40t轴重矿石车车钩结构图

1 静强度试验

1.1 试验设备及仪器

试验加载设备包括5000KN纵向力试验台、应力测试仪器以及UCAM-60静态数据采集仪。

1.2 加载及约束

将试验的2个钩体和2个钩舌按照测点位置进行安装，如图2所示，相关设备连接到静态数据采集系统.钩体和钩舌组装完成后，安装到5000KN纵向力试验台上，试验过程中需要保持2套试验车钩水平中心线一致，试验安装如图2所示。

图2 试验安装图

1.3 载荷工况

在试验车上加载纵向拉伸载荷至200kN后卸载，消除车钩试件与工装之间的间隙，然后进行正式荷载试样。

首先加载700kN拉伸载荷两次，确认两次相应点和每次对称点一致，然后进行拉伸工况加载测试。牵引工况加载测试采取阶段缓慢加载方式。从0载荷开始加载至700KN，每增加100KN荷载采集一次（包括700KN）各测点应力值，直到试验载荷加到1200KN时为止。然后卸载至0载荷。重复加载2次，且试验结论数据应取同一工况下两次测试数据的平均值。

1.4 测点布置

根据有限元分析结果和静强度试验结果，选择应力较大的点布置应变片，从而测量各个工况下的动态应力，钩体共选择4个测点，钩钩舌选择8个测点，均采用单向应变片，测点位置如图3、图4所示。

图3 钩舌应力测点位置

图4 钩体应力测点位置

2 测试结果

车钩各测点均采用单向应变片，各工况载荷下的测点的载荷应力关系曲线如图4所示。

图4 车钩各测点载荷应力曲线图

3 结果分析

E+钢钩体屈服为760MPa，钩舌屈服强度为800Mpa，从图4可以看出各测点应力均未超过屈服强度，且各测点应力与载荷成线性关系。另外，钩舌上牵引台测点1与上牵引台其他测点相比载荷—应力曲线斜率较大，说明上牵引台受力不均，在运用过程中容易造成该处首先开裂。各测点在同一载荷工况下，钩体下牵引台两个测点（3、4点）应力明显高于上牵引台相对应两个测点（1、2点）应力，两者相差33%～54%。钩舌由于上下牵引台结构差异较大，除测点4出现压应力外，下牵引台测点也明显高于上牵引台测点应力，具有代表性的为测点1和5，两者相差64%～92%。上述不均匀的应力分布易，导致在实际运用中，钩体和钩舌下牵引台首先出现裂纹，并产生早期疲劳失效。