CN105035114A - 一种车钩钩舌及车辆车钩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车钩钩舌，包括钩舌基体，钩舌基体包括位于钩舌尾部的尾部止挡，连接于尾部止挡下方的钩舌内腕，位于钩舌中部的钩舌销孔以及位于钩舌舌尖部的钩鼻；尾部止挡和钩舌销孔之间设置有钩舌内腔，钩鼻的内侧形成有钩舌S面，钩舌内腕的内壁为圆弧曲面a且其与尾部止挡内壁e以圆弧曲面b过渡连接，钩舌内腕的内壁下端以圆弧曲面c与钩舌S面的内侧过渡连接，钩舌S面的内侧下端以圆弧曲面d过渡连接到钩鼻。本发明能够明显提高钩舌的疲劳强度，有效地提高了钩舌S面内腕面一侧的疲劳寿命，从而降低了钩舌的损坏率和减少了车钩的更换次数。

Description

一种车钩钩舌及车辆车钩

技术领域

本发明属于运输设备技术领域，涉及一种车钩钩舌，本发明还涉及一种车辆车钩。

背景技术

车钩作为机车车辆最重要的连接部件之一，直接关系到列车运行是否安全、可靠，但也是车辆结构中最容易发生疲劳破坏的部件之一。尤其是重载货车车钩的钩舌，在短期内即会出现大量钩舌裂纹甚至断开问题，严重危及行车安全。但是，由于受车钩的结构空间限制以及车钩自身的互换性等要求限制，国内外很少有新的提高车钩疲劳强度的技术手段和方法。因此，如何在现有车钩上进一步提高其疲劳强度，成为一个重要的关键技术问题。

根据车辆实际运行中发生的疲劳破坏情况和相关试验研究结果可知，钩舌S面的内腕面一侧是钩舌的疲劳裂纹源的产生部位之一。而在S面内腕面一侧，裂纹源又集中多产生于接近钩舌销孔附近的中部和两端。通过有限元数值仿真分析发现，这主要是因为现有钩舌的截面积大小和形状的变化速度不合理而引起了疲劳强度分布不合理的缘故。要解决这一问题，必须对钩舌进行结构改进，同时还需要兼顾钩舌制造工艺的便利性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车钩钩舌，解决了现有技术中钩舌的截面积大小和形状的变化速度不合理而使钩舌易产生疲劳裂纹的问题。

本发明的另一目的是提供一种车辆车钩。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种车钩钩舌，包括钩舌基体，钩舌基体包括位于钩舌尾部的尾部止挡，连接于尾部止挡下方的钩舌内腕，位于钩舌中部的钩舌销孔以及位于钩舌舌尖部的钩鼻；尾部止挡和钩舌销孔之间设置有钩舌内腔，钩鼻的内侧形成有钩舌S面，钩舌内腕的内壁为圆弧曲面a且其与尾部止挡内壁e以圆弧曲面b过渡连接，钩舌内腕的内壁下端以圆弧曲面c与钩舌S面的内侧过渡连接，钩舌S面的内侧下端以圆弧曲面d过渡连接到钩鼻。

本发明的特点还在于，圆弧曲面a的圆弧半径R＝150～500mm，圆弧曲面b的圆弧半径R＝3～20mm，圆弧曲面c的圆弧半径R＝10～60mm，圆弧曲面d的圆弧半径R＝3～40mm。

本发明的特点还在于，圆弧曲面a的圆弧半径R＝272mm，圆弧曲面b的圆弧半径R＝6mm，圆弧曲面c的圆弧半径R＝36mm，圆弧曲面d的圆弧半径R＝12mm。

本发明的特点还在于，所述钩鼻还设置有鼻腔。

本发明的特点还在于，所述钩舌销孔的直径为25～40mm。

本发明的特点还在于，钩舌销孔与钩舌S面之间的最小距离为30～40mm。

本发明的特点还在于，尾部止挡内壁e为直线。

本发明采用的另一技术方案是，一种车辆车钩，包括上述的车钩钩舌。

本发明的有益效果如下：

本发明能够解决现有技术中钩舌的截面积大小和形状的变化速度不合理而使钩舌易产生疲劳裂纹的问题，本发明提供的车钩钩舌，能够明显提高钩舌的疲劳强度，有效地提高了钩舌S面内腕面一侧的疲劳寿命，从而降低了钩舌的损坏率和减少了车钩的更换次数，同时能够保留在现有钩舌铸造工艺条件下生产制造本发明钩舌的便利性和低成本的优点。

附图说明

图1为现有钩舌结构示意图；

图2为本发明钩舌结构示意图；

图中，1.尾部止挡，2.钩舌内腕，3.钩舌销孔，4.钩鼻，5.牵引台内腔，6.钩舌S面，7.圆弧曲面a，8.圆弧曲面b，9.圆弧曲面c，10.圆弧曲面d，11.鼻腔，12.尾部止挡内壁e。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2示出了本发明实施例提供的一种车钩钩舌的结构。如图2所示，本发明实施例的车钩钩舌，包括：钩舌基体，钩舌基体包括：位于钩舌尾部的尾部止挡1，连接于尾部止挡1下方的钩舌内腕2，位于钩舌中部的钩舌销孔3以及位于钩舌舌尖部的钩鼻4；尾部止挡1和钩舌销孔3之间设置有钩舌内腔5，钩鼻4的内侧形成有钩舌S面6，钩舌内腕2的内壁为圆弧曲面a7且其与尾部止挡内壁e12以圆弧曲面b8过渡连接，钩舌内腕2的内壁下端以圆弧曲面c9与钩舌S面6的内侧过渡连接，钩舌S面6的内侧下端以圆弧曲面d10过渡连接到钩鼻4。

作为本发明实施例的一优选方式，圆弧曲面a7的圆弧半径R＝150～500mm，圆弧曲面b8的圆弧半径R＝3～20mm，圆弧曲面c9的圆弧半径R＝10～60mm，圆弧曲面d10的圆弧半径R＝3～40mm。

作为本发明实施例的一优选方式，圆弧曲面a7的圆弧半径R＝272mm，圆弧曲面b8的圆弧半径R＝6mm，圆弧曲面c9的圆弧半径R＝36mm，圆弧曲面d10的圆弧半径R＝12mm。

作为本发明实施例的一优选方式，钩鼻4还设置有鼻腔11。

作为本发明实施例的一优选方式，钩舌销孔3的直径为25～40mm。

作为本发明实施例的一优选方式，钩舌销孔3与钩舌S面6之间的最小距离为30～40mm。

作为本发明实施例的一优选方式，尾部止挡内壁e12为直线。

一种车辆车钩，包括有上述车钩钩舌。

下面结合附图和具体实施例来进行详细说明。

如图2所示，本发明实施例的车钩钩舌包括：钩舌基体，钩舌基体包括位于钩舌尾部的尾部止挡1，连接于尾部止挡1下方的钩舌内腕2，位于钩舌中部的钩舌销孔3以及位于钩舌舌尖部的钩鼻4；尾部止挡1和钩舌销孔3之间设置有钩舌内腔5，钩鼻4的内侧形成有钩舌S面6，钩舌内腕2的内壁为圆弧曲面a7且其与尾部止挡内壁e12以圆弧曲面b8过渡连接，钩舌内腕2的内壁下端以圆弧曲面c9与钩舌S面6的内侧过渡连接，钩舌S面6的内侧下端以圆弧曲面d10过渡连接到钩鼻4。其中，圆弧曲面a7的圆弧半径R＝150～500mm，圆弧曲面b8的圆弧半径R＝3～20mm，圆弧曲面c9的圆弧半径R＝10～60mm，圆弧曲面d10的圆弧半径R＝3～40mm。作为其中的优选方案，圆弧曲而a7的圆弧半径R＝272mm，圆弧曲面b8的圆弧半径R＝6mm，圆弧曲面c9的圆弧半径R＝36mm，圆弧曲面d10的圆弧半径R＝12mm。钩鼻4还设置有鼻腔11。钩舌销孔3的直径为25～40mm。钩舌销孔3与钩舌S面6之间的最小距离为30～40mm。在本实施例中，尾部止挡内壁e12为直线，另外，尾部止挡内壁e12还可以为接近于直线的弧线。

根据有限元对现有钩舌和本发明的钩舌的仿真结果，进行应力幅及寿命变化的计算。疲劳寿命变化的计算采用相对疲劳寿命比较法，主要的计算依据具体如下：

1.疲劳应力幅的计算

(1)拉伸工况时：首先选定最大主应力节点。为保证计算结果的可靠性，采用取平均值计算应力幅的方法：以该节点为中心取相邻的9个节点(面积约8～9mm²以上)、分别在拉伸工况下的最大主应力的平均值σ_拉伸、压缩工况下的最小主应力的平均值σ_拉伸。最后以此二平均值计算钩舌在拉伸工况下的最大应力幅，计算公式如下式：

σ_a＝(σ_拉伸-σ_压缩)/2(1)

(2)压缩工况时：首先选定最小主应力节点。为保证计算结果的可靠性，采用取平均值计算应力幅的方法：以该节点为中心取相邻的9个节点(面积约8～9mm²以上)、分别在拉伸工况下的最大主应力的平均值σ_拉伸、压缩工况下的最小主应力的平均值σ_拉伸。最后以此二平均值计算钩舌在压缩工况下的最大应力幅，计算公式如式(1)。

2.相对疲劳寿命的计算

各应力水平下的疲劳寿命计算的一般表式如下：

${{\mathrm{\σ}}_{a_i}}^m{N}_i=C,(i=\mathrm{1,2}...)---\left(2\right)$

式中，σ_ai为钩舌S面上的最大应力幅，其中1，2分别为拉伸工况和压缩工况。由上式可计算获得原结构和新结构的疲劳寿命比，即：

$\frac{N_{\mathrm{new}}}{N_{\mathrm{old}}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{olda}}^m}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{newa}}^m}---\left(3\right)$

式中，N_new，N_old分别为现有钩舌和本发明钩舌的疲劳寿命，σ_olda，σ_newa分别为现有钩舌和本发明钩舌的疲劳最大应力幅。

表1是壁厚为18mm的现有钩舌和本发明钩舌分别在拉伸和压缩工况下的应力幅及寿命变化的计算结果；

表1壁厚18mm各钩舌的疲劳应力幅及其寿命变化计算结果

表2是壁厚20mm的现有钩舌和本发明新钩舌分别在拉伸和压缩工况下的应力幅及寿命变化的计算结果；

表2壁厚20mm各钩舌的疲劳应力幅及其寿命变化计算结果

表1的结果表明，与壁厚为18mm的现有钩舌相比，本发明的钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了21.1％和9.4％。而表2的结果表明，与壁厚为20mm的现有钩舌相比本发明的新钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了13.5％和3.7％。同时，无论对于18mm壁厚的钩舌还是对于壁厚20mm的钩舌，本发明均仍具有较明显的提高钩舌S面内腕面一侧疲劳寿命的效果，具有年均上亿元人民币的直接经济效益，并具有更为巨大的减少车钩更换次数的间接经济效益。

在本发明实施例的车钩钩舌中，将钩舌销孔直径设计为25～40mm，能够使钩舌S面内腕面一侧的疲劳强度进一步提高。与上述同样的有限元仿真结果表明，对于壁厚为18mm壁厚的钩舌，钩舌销孔直径从原来的42mm减小到32mm，可使S面内腕面一侧的疲劳寿命在拉伸工况和压缩工况下分别提高23.3％1和8.4％；对于壁厚为20mm壁厚的钩舌，钩舌销孔直径从原来的42mm减小到32mm，可使S面内腕面一侧的疲劳寿命在拉伸工况和压缩工况下分别提高18.1％和15.4％；可见，钩舌销孔直径的减小，将具有更显著的提高疲劳寿命的效果。

表3给出了几种本发明实施例车钩钩舌的设计参数。各实施例中的钩舌设计参数如下：

表3钩舌设计参数

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车钩钩舌，包括钩舌基体，其特征在于，所述钩舌基体包括位于钩舌尾部的尾部止挡(1)，连接于尾部止挡(1)下方的钩舌内腕(2)，位于钩舌中部的钩舌销孔(3)以及位于钩舌舌尖部的钩鼻(4)；所述尾部止挡(1)和钩舌销孔(3)之间设置有钩舌内腔(5)，所述钩鼻(4)的内侧形成有钩舌S面(6)，钩舌内腕(2)的内壁为圆弧曲面a(7)且其与尾部止挡内壁e(12)以圆弧曲面b(8)过渡连接，钩舌内腕(2)的内壁下端以圆弧曲面c(9)与钩舌S面(6)的内侧过渡连接，钩舌S面(6)的内侧下端以圆弧曲面d(10)过渡连接到钩鼻(4)。

2.根据权利要求1所述的一种车钩钩舌，其特征在于，圆弧曲面a(7)的圆弧半径R＝150～500mm，圆弧曲面b(8)的圆弧半径R＝3～20mm，圆弧曲面c(9)的圆弧半径R＝10～60mm，圆弧曲面d(10)的圆弧半径R＝3～40mm。

3.根据权利要求2所述的一种车钩钩舌，其特征在于，圆弧曲面a(7)的圆弧半径R＝272mm，圆弧曲面b(8)的圆弧半径R＝6mm，圆弧曲面c(9)的圆弧半径R＝36mm，圆弧曲面d(10)的圆弧半径R＝12mm。

4.根据权利要求1所述的一种车钩钩舌，其特征在于，所述钩鼻(4)还设置有鼻腔(11)。

5.根据权利要求1所述的一种车钩钩舌，其特征在于，所述钩舌销孔(3)的直径为25～40mm。

6.根据权利要求1所述的一种车钩钩舌，其特征在于，所述钩舌销孔(3)与钩舌S面(6)之间的最小距离为30～40mm。

7.根据权利要求1所述的一种车钩钩舌，其特征在于，尾部止挡内壁e(12)为直线。

8.一种车辆车钩，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的车钩钩舌。