重載40t軸重鐵路礦石車車鉤靜強度分析

王占河 郇龍飛

（中車齊齊哈爾車輛有限公司，齊齊哈爾 161002）

車鉤裝置是鐵路車輛最基本也是最重要的部件之一,一般來說車鉤緩沖裝置包括車鉤（鉤舌與鉤體等）、緩沖器、鉤尾框以及前后從板等部件。車鉤的作用是使各車輛完成連掛工作，并使車輛與車輛保持一定的距離，另外還能傳遞牽引力及沖擊力。車鉤在列車線路運用過程中，受到的力比較復雜，既有交變牽引力，也包括隨機壓縮力和沖擊作用力，還會在列車曲線通過時承受附加彎矩，特別是在進行調車作業時，車鉤要承受非常大的沖擊力。因此，車鉤是一種易損件，特別是在局部位置非常容易產生裂紋。近些年來列車運行速度不斷提高，牽引總重持續增加，車鉤在實際運用中受力情況變得更加復雜，進而使得車鉤部件時常產生裂紋、折斷等故障。中車齊齊哈爾車輛有限公司為澳大利亞生產的重載40t軸重礦石車車鉤，鉤體材質為E+級鑄鋼，鉤舌為E+級鍛鋼，其結構如圖1所示。為了保證該車鉤在壽命期內不發生故障，在研制階段要進行靜態及動態試驗分析研究。

圖1 重載40t軸重礦石車車鉤結構圖

1 靜強度試驗

1.1 試驗設備及儀器

試驗加載設備包括5000KN縱向力試驗臺、應力測試儀器以及UCAM-60靜態數據采集儀。

1.2 加載及約束

將試驗的2個鉤體和2個鉤舌按照測點位置進行安裝，如圖2所示，相關設備連接到靜態數據采集系統.鉤體和鉤舌組裝完成后，安裝到5000KN縱向力試驗臺上，試驗過程中需要保持2套試驗車鉤水平中心線一致，試驗安裝如圖2所示。

圖2 試驗安裝圖

1.3 載荷工況

在試驗車上加載縱向拉伸載荷至200kN后卸載，消除車鉤試件與工裝之間的間隙，然后進行正式荷載試樣。

首先加載700kN拉伸載荷兩次，確認兩次相應點和每次對稱點一致，然后進行拉伸工況加載測試。牽引工況加載測試采取階段緩慢加載方式。從0載荷開始加載至700KN，每增加100KN荷載采集一次（包括700KN）各測點應力值，直到試驗載荷加到1200KN時為止。然后卸載至0載荷。重復加載2次，且試驗結論數據應取同一工況下兩次測試數據的平均值。

1.4 測點布置

根據有限元分析結果和靜強度試驗結果，選擇應力較大的點布置應變片，從而測量各個工況下的動態應力，鉤體共選擇4個測點，鉤鉤舌選擇8個測點，均采用單向應變片，測點位置如圖3、圖4所示。

圖3 鉤舌應力測點位置

圖4 鉤體應力測點位置

2 測試結果

車鉤各測點均采用單向應變片，各工況載荷下的測點的載荷應力關系曲線如圖4所示。

圖4 車鉤各測點載荷應力曲線圖

3 結果分析

E+鋼鉤體屈服為760MPa，鉤舌屈服強度為800Mpa，從圖4可以看出各測點應力均未超過屈服強度，且各測點應力與載荷成線性關系。另外，鉤舌上牽引臺測點1與上牽引臺其他測點相比載荷—應力曲線斜率較大，說明上牽引臺受力不均，在運用過程中容易造成該處首先開裂。各測點在同一載荷工況下，鉤體下牽引臺兩個測點（3、4點）應力明顯高于上牽引臺相對應兩個測點（1、2點）應力，兩者相差33%～54%。鉤舌由于上下牽引臺結構差異較大，除測點4出現壓應力外，下牽引臺測點也明顯高于上牽引臺測點應力，具有代表性的為測點1和5，兩者相差64%～92%。上述不均勻的應力分布易，導致在實際運用中，鉤體和鉤舌下牽引臺首先出現裂紋，并產生早期疲勞失效。

4 結論

本次試驗的重載40t軸重礦石車車鉤在相同載荷工況下，鉤體和鉤舌下牽引臺測點應力明顯高于上牽引臺相對應測點應力。鉤舌上牽引臺外邊緣處載荷應力曲線斜率較大，表明上牽引臺存在局部受力情況。建議進行結構優化，改進上下牽引臺間隙，強化牽引臺結構。