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(lái)說(shuō)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(yùn)用過(guò)程中，受到的力比較復(fù)雜，既有交變牽引力，也包括隨機(jī)壓縮力和沖擊作用力，還會(huì)在列車曲線通過(guò)時(shí)承受附加彎矩，特別是在進(jìn)行調(diào)車作業(yè)時(shí)，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(chǎn)生裂紋。近些年來(lái)列車運(yùn)行速度不斷提高，牽引總重持續(xù)增加，車鉤在實(shí)際運(yùn)用中受力情況變得更加復(fù)雜，進(jìn)而使得車鉤部件時(shí)常產(chǎn)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(chǎn)的重載40t軸重礦石車車鉤，鉤體材質(zhì)為E+級(jí)鑄鋼，鉤舌為E+級(jí)鍛鋼，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了保證該車鉤在壽命期內(nèi)不發(fā)生故障，在研制階段要進(jìn)行靜態(tài)及動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析研究。

圖1 重載40t軸重礦石車車鉤結(jié)構(gòu)圖

1 靜強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

試驗(yàn)加載設(shè)備包括5000KN縱向力試驗(yàn)臺(tái)、應(yīng)力測(cè)試儀器以及UCAM-60靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀。

1.2 加載及約束

將試驗(yàn)的2個(gè)鉤體和2個(gè)鉤舌按照測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行安裝，如圖2所示，相關(guān)設(shè)備連接到靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).鉤體和鉤舌組裝完成后，安裝到5000KN縱向力試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)過(guò)程中需要保持2套試驗(yàn)車鉤水平中心線一致，試驗(yàn)安裝如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)安裝圖

1.3 載荷工況

在試驗(yàn)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(jìn)行正式荷載試樣。

首先加載700kN拉伸載荷兩次，確認(rèn)兩次相應(yīng)點(diǎn)和每次對(duì)稱點(diǎn)一致，然后進(jìn)行拉伸工況加載測(cè)試。牽引工況加載測(cè)試采取階段緩慢加載方式。從0載荷開(kāi)始加載至700KN，每增加100KN荷載采集一次（包括700KN）各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值，直到試驗(yàn)載荷加到1200KN時(shí)為止。然后卸載至0載荷。重復(fù)加載2次，且試驗(yàn)結(jié)論數(shù)據(jù)應(yīng)取同一工況下兩次測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值。

1.4 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)有限元分析結(jié)果和靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，選擇應(yīng)力較大的點(diǎn)布置應(yīng)變片，從而測(cè)量各個(gè)工況下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，鉤體共選擇4個(gè)測(cè)點(diǎn)，鉤鉤舌選擇8個(gè)測(cè)點(diǎn)，均采用單向應(yīng)變片，測(cè)點(diǎn)位置如圖3、圖4所示。

圖3 鉤舌應(yīng)力測(cè)點(diǎn)位置

圖4 鉤體應(yīng)力測(cè)點(diǎn)位置

2 測(cè)試結(jié)果

車鉤各測(cè)點(diǎn)均采用單向應(yīng)變片，各工況載荷下的測(cè)點(diǎn)的載荷應(yīng)力關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 車鉤各測(cè)點(diǎn)載荷應(yīng)力曲線圖

3 結(jié)果分析

E+鋼鉤體屈服為760MPa，鉤舌屈服強(qiáng)度為800Mpa，從圖4可以看出各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力均未超過(guò)屈服強(qiáng)度，且各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力與載荷成線性關(guān)系。另外，鉤舌上牽引臺(tái)測(cè)點(diǎn)1與上牽引臺(tái)其他測(cè)點(diǎn)相比載荷—應(yīng)力曲線斜率較大，說(shuō)明上牽引臺(tái)受力不均，在運(yùn)用過(guò)程中容易造成該處首先開(kāi)裂。各測(cè)點(diǎn)在同一載荷工況下，鉤體下?tīng)恳_(tái)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（3、4點(diǎn)）應(yīng)力明顯高于上牽引臺(tái)相對(duì)應(yīng)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（1、2點(diǎn)）應(yīng)力，兩者相差33%～54%。鉤舌由于上下?tīng)恳_(tái)結(jié)構(gòu)差異較大，除測(cè)點(diǎn)4出現(xiàn)壓應(yīng)力外，下?tīng)恳_(tái)測(cè)點(diǎn)也明顯高于上牽引臺(tái)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力，具有代表性的為測(cè)點(diǎn)1和5，兩者相差64%～92%。上述不均勻的應(yīng)力分布易，導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)用中，鉤體和鉤舌下?tīng)恳_(tái)首先出現(xiàn)裂紋，并產(chǎn)生早期疲勞失效。

4 結(jié)論

本次試驗(yàn)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?tīng)恳_(tái)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力明顯高于上牽引臺(tái)相對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力。鉤舌上牽引臺(tái)外邊緣處載荷應(yīng)力曲線斜率較大，表明上牽引臺(tái)存在局部受力情況。建議進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)上下?tīng)恳_(tái)間隙，強(qiáng)化牽引臺(tái)結(jié)構(gòu)。