CN105083315A - 一种车钩钩舌及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面，所述钩舌牵引曲面上设有钩舌销孔，所述钩舌销孔由n段依次相通、中心线重合且相邻两段直径不同的圆形孔组成，其中n为大于等于5的奇数。本发明提供的钩舌销孔，使钩舌内腕面一侧的疲劳强度根据其所承受的疲劳载荷的大小变化而进行了相应的高低调整，大大缓减了钩舌在钩舌牵引曲面内腕面一侧的疲劳强度分布不合理问题，从而极大提高了钩舌的疲劳寿命。

Description

一种车钩钩舌及其应用

技术领域

本发明涉及一种车辆的连接装置，特别涉及一种适用于列车与现有机车车辆的车钩钩舌。

背景技术

车钩作为机车车辆最重要的连接部件，直接关系列车运行是否安全和可靠，但也是车辆结构中最容易发生疲劳损坏的部件。尤其是重载货车车钩的钩舌，由于车钩的钩舌部分为刚性连接，加之使用工况恶劣，钩舌出现裂纹甚至断开的风险，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，国内外针对进一步提高车钩疲劳强度的技术手段和方法尚未有报道。

因此，如何在既有车钩上进一步提高其疲劳强度，成为业内亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本申请的发明人针对现有技术中的车钩钩舌，具体结构如图1-2所示。根据其实际使用中发生的疲劳损坏情况发现，钩舌牵引曲面的内腕面一侧是钩舌的疲劳裂纹源的重要产生部位，而且主要产生于接近钩舌销孔2’中部和两端的位置。通过有限元数值仿真及与大量的钩舌破坏实例比较分析发现，这主要是因为现有车钩钩舌的钩舌销孔2’的形状和尺寸的不合理导致了钩舌销孔2’方向上疲劳强度分布的不合理所造成的。要解决这一技术问题，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，便于生产。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面，所述钩舌牵引曲面上设有钩舌销孔，所述钩舌销孔由n段依次相通、中心线重合且相邻两段直径不同的圆形孔组成，其中n为大于等于5的奇数。

优选地，所述钩舌销孔由第一圆形孔、第二圆形孔、第三圆形孔、第四圆形孔、第五圆形孔、第六圆形孔和第七圆形孔依次连通而成。

更优选地，所述第一圆形孔、所述第三圆形孔、所述第五圆形孔和所述第七圆形孔直径均相同，直径为20-42mm；所述第二圆形孔、所述第四圆形孔和所述第六圆形孔的直径均相同，直径为25-60mm。

更优选地，所述第一圆形孔、所述第三圆形孔、所述第五圆形孔和所述第七圆形孔直径均相同，直径为20-38mm；所述第二圆形孔、所述第四圆形孔和所述第六圆形孔的直径均相同，直径为30-56mm。

更优选地，所述第一圆形孔、所述第三圆形孔、所述第五圆形孔和所述第七圆形孔直径均相同，直径为25-32mm；所述第二圆形孔、所述第四圆形孔和所述第六圆形孔的直径均相同，直径为30-42mm。

更优选地，所述第一圆形孔长度为25～60mm，第二圆形孔长度为5～40mm，第三圆形孔长度为5～40mm，第四圆形孔长度为5～40mm，第五圆形孔长度为5～40mm，第六圆形孔长度为5～40mm，第七圆形孔长度为25～60mm。

钩舌销孔为了进一步简化铸造工艺和提高铸造质量，本发明提供的车钩钩舌还具有与所述第四圆形孔连通的内腔，所述内腔沿所述第四圆形孔轴向垂直设置。

优选地，所述内腔和所述第四圆形孔平滑连接。

本发明还提供了一种车用车钩，包括上述任一项所述车钩钩舌。

本发明的优点在于，

(1)为了避免现有技术中因车钩钩舌的钩舌销孔直径变化所产生的疲劳强度不合理的问题，本发明提供的车钩钩舌的钩舌销孔采用5段、7段或9段依次相通且相邻两段直径不同的圆形孔构成的方式，解决了由于现有车钩钩舌钩舌销孔的结构设计所存在疲劳强度分布不合理而引起的钩舌牵引曲面疲劳寿命下降的问题，使钩舌牵引曲面内腕面一侧的疲劳强度根据其所承受的疲劳载荷的大小变化而进行了相应的高低调整，大大缓减了在钩舌牵引曲面内腕面一侧的疲劳强度分布不合理问题，从而较明显地提高了其疲劳寿命。

(2)本发明提供的钩舌销孔采用间断性的不同直径的特点，因此避免了在钩舌销孔中部产生热节的可能性，从而在铸造工艺上更容易控制缩孔缩松等铸造工艺缺陷的发生，易于技术推广。

(3)为了便于和现有的车钩钩舌相互换，本发明提供的车钩钩舌，对于钩舌销孔的多个不同直径的圆形孔中直径最小的圆形孔的直径设计可与现有技术中具有较小直径的一段钩舌销孔较小直径相一致，以保证与现有的车钩钩舌完全相同的互换性。

附图说明

图1为现有技术中的钩舌的结构示意图；

图2为现有技术中的钩舌的剖面结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的钩舌沿钩舌销孔轴向剖面结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的钩舌沿垂直于钩舌销孔轴向剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供了一种车钩钩舌，具体如图3-4所示，具有钩舌牵引曲面1，所述钩舌牵引曲面1上设有钩舌销孔2，所述钩舌销孔2由n段依次相通、中心线重合且相邻两段直径不同的圆形孔组成，其中n为大于等于5的奇数，优选5、7、9或11。以7段依次连通的圆形孔为例，所述钩舌销孔2由第一圆形孔21、第二圆形孔22、第三圆形孔23、第四圆形孔24、第五圆形孔25、第六圆形孔26和第七圆形孔27依次连通而成。

优选地，所述第一圆形孔21、所述第三圆形孔23、所述第五圆形孔25和所述第七圆形孔27直径均相同，直径为20-42mm，所述第二圆形孔22、所述第四圆形孔24和所述第六圆形孔26的直径均相同，直径为25-60mm。而本发明中可通过进一步减小车钩钩舌中构成所述钩舌销孔2的直径较小的圆形孔的直径，使钩舌牵引曲面1内腕面一侧的疲劳强度进一步提高，因此所述第一圆形孔21、第三圆形孔23、第五圆形孔25和第七圆形孔27的直径，以20-38mm为佳，以25-32mm为最佳；所述第二圆形孔22、第四圆形孔24和第六圆形孔26的直径，以30-56mm为佳，以30-42mm为最佳。

所述第一圆形孔21长度为25～60mm，第二圆形孔22长度为5～40mm，第三圆形孔23长度为5～40mm，第四圆形孔24长度为5～40mm，第五圆形孔25长度为5～40mm，第六圆形孔26长度为5～40mm，第七圆形孔27长度为25～60mm。

由于设计了7段不同直径的圆形孔依次相通构成所述钩舌销孔2，使钩舌销孔2沿轴线方向上的疲劳强度分布更加合理。

实施例1

本实施例提供的壁厚为18mm的车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面1，所述钩舌牵引曲面1上设有钩舌销孔2，所述钩舌销孔2由7段依次相通且相邻两段直径不同的圆形孔组成，所述第一圆形孔21长度为44mm，第二圆形孔22长度为24mm，第三圆形孔23长度为23mm，第四圆形孔24长度为22mm，第五圆形孔25长度为23mm，第六圆形孔26长度为24mm，第七圆形孔27长度为44mm；

其中所述第一圆形孔21、第三圆形孔23、第五圆形孔25和第七圆形孔27的直径均为42mm；所述第二圆形孔22、第四圆形孔24、第六圆形孔26的直径均为56mm。

实施例2

本实施例提供的壁厚为20mm的车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面1，所述钩舌牵引曲面1上设有钩舌销孔2，所述钩舌销孔2由7段依次相通且相邻两段直径不同的圆形孔组成，所述第一圆形孔21长度为60mm，第二圆形孔22长度为5mm，第三圆形孔23长度为20mm，第四圆形孔24长度为35mm，第五圆形孔25长度为20mm，第六圆形孔26长度为5mm，第七圆形孔27长度为60mm；

其中所述第一圆形孔21、第三圆形孔23、第五圆形孔25和第七圆形孔27的直径均为32mm；所述第二圆形孔22、第四圆形孔24、第六圆形孔26的直径均为56mm。

实施例3

本实施例提供的壁厚为18mm的车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面1，所述钩舌牵引曲面1上设有销孔2，所述销孔2由7段依次相通且相邻两段直径不同的圆形孔组成，所述第一圆形孔21长度为25mm，第二圆形孔22长度为5mm，第三圆形孔23长度为40mm，第四圆形孔24长度为40mm，第五圆形孔25长度为40mm，第六圆形孔26长度为20mm，第七圆形孔27长度为25mm；

其中所述第一圆形孔21、第三圆形孔23、第五圆形孔25和第七圆形孔27的直径均为32mm；所述第二圆形孔22、第四圆形孔24、第六圆形孔26的直径均为42mm。

实施例4

本实施例提供的车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面1，所述钩舌牵引曲面1上设有销孔2，所述销孔2由7段依次相通且相邻两段直径不同的圆形孔组成，所述第一圆形孔21长度为55mm，第二圆形孔22长度为30mm，第三圆形孔23长度为5mm，第四圆形孔24长度为40mm，第五圆形孔25长度为5mm，第六圆形孔26长度为30mm，第七圆形孔27长度为55mm；

其中所述第一圆形孔21、第三圆形孔23、第五圆形孔25和第七圆形孔27的直径均为20mm；所述第二圆形孔22、第四圆形孔24、第六圆形孔26的直径均为30mm。

对比例1

本对比例以现有技术中的车钩钩舌作为对比对象，该车钩钩舌的钩舌销孔2包括直径相同的第一段和第三段，具体直径为42mm，以及与所述第一段和第三段相通，且直径为56mm的中间段，其他结构和本发明的实施例1相同。

对比例2

本对比例以现有技术中的车钩钩舌作为对比对象，该车钩钩舌的钩舌销孔2包括直径相同的第一段和第三段，具体直径为32mm，以及与所述第一段和第三段相通，且直径为56mm的中间段，其他结构和本发明的实施例2相同。

根据有限元对现有技术的车钩钩舌和本发明提供的车钩钩舌的仿真结果，进行应力幅及寿命变化的计算，其中，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，进一步采用了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。最后以此二者平均值计算车钩钩舌在拉伸工况下的最大应力幅，计算公式如下式：

σa＝(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，进一步采用了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。最后以此二者平均值计算车钩钩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，σa_i为车钩钩舌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分别为现有技术的车钩钩舌和本发明提供的车钩钩舌的疲劳寿命，σ_olda，σ_newa分别为现有技术的车钩钩舌和本发明提供的车钩钩舌的疲劳最大应力幅。

表1壁厚18mm各车钩钩舌的疲劳应力幅及其寿命变化计算结果

表1的结果表明，钩舌壁厚为18mm时，与对比例1的钩舌相比，本发明提供的实施例1的钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了12.1％和5.7％。

表2壁厚20mm各车钩钩舌的疲劳应力幅及其寿命变化计算结果

表2的结果表明，钩舌壁厚为20mm时，与对比例2的钩舌相比，本发明提供的实施例2的车钩钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了13％和23.6％。

表3壁厚18mm各车钩钩舌的疲劳应力幅及其寿命变化计算结果

表3的结果表明，钩舌壁厚为18mm时，与对比例1的钩舌相比，本发明提供的实施例3的钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了29.4％和10.9％。

表4壁厚20mm各车钩钩舌的疲劳应力幅及其寿命变化计算结果

表4的结果表明，钩舌壁厚为20mm时，与对比例2的钩舌相比，本发明提供的实施例4的车钩钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了18.2％和27.1％。

由表3、4的结果可见，所述钩舌销孔2直径的减小，将具有更显著的提高疲劳寿命的效果，注，上述壁厚为图4中用a表示。

本发明提供的车钩钩舌，是车用车钩的重要组成部分，这种车钩广泛的应用在铁路车辆，具有巨大的经济效益，同时对于提高车辆运行安全可靠性具有重要的意义。

本发明提供的车钩钩舌特别适用于现有16号车钩钩舌或17号车钩钩舌的钩舌销孔改进，改进后的钩舌抗疲劳效果显著。

本发明提供的这种车钩钩舌的钩舌销孔，通过直径的改变，提高疲劳寿命的效果，从互换性的要求看只是需要对车钩钩体的钩耳做相应的变化即可，对于车钩的制造技术难度和成本都没有影响。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种车钩钩舌，具有钩舌牵引曲面(1)，所述钩舌牵引曲面(1)上设有钩舌销孔(2)，其特征在于，所述钩舌销孔(2)由n段依次相通、中心线重合且相邻两段直径不同的圆形孔组成，其中n为大于等于5的奇数。

2.根据权利要求1所述的车钩钩舌，其特征在于，所述钩舌销孔(2)由第一圆形孔(21)、第二圆形孔(22)、第三圆形孔(23)、第四圆形孔(24)、第五圆形孔(25)、第六圆形孔(26)和第七圆形孔(27)依次连通而成。

3.根据权利要求2所述的车钩钩舌，其特征在于，

所述第一圆形孔(21)、所述第三圆形孔(23)、所述第五圆形孔(25)和所述第七圆形孔(27)直径均相同，直径为20-42mm；

所述第二圆形孔(22)、所述第四圆形孔(24)和所述第六圆形孔(26)的直径均相同，直径为25-60mm。

4.根据权利要求3所述的车钩钩舌，其特征在于，

所述第一圆形孔(21)、所述第三圆形孔(23)、所述第五圆形孔(25)和所述第七圆形孔(27)直径均相同，直径为20-38mm；

所述第二圆形孔(22)、所述第四圆形孔(24)和所述第六圆形孔(26)的直径均相同，直径为30-56mm。

5.根据权利要求4所述的车钩钩舌，其特征在于，

所述第一圆形孔(21)、所述第三圆形孔(23)、所述第五圆形孔(25)和所述第七圆形孔(27)直径均相同，直径为25-32mm；

所述第二圆形孔(22)、所述第四圆形孔(24)和所述第六圆形孔(26)的直径均相同，直径为30-42mm。

6.根据权利要求2所述的车钩钩舌，其特征在于，

所述第一圆形孔(21)长度为25～60mm，第二圆形孔(22)长度为5～40mm，第三圆形孔(23)长度为5～40mm，第四圆形孔(24)长度为5～40mm，第五圆形孔(25)长度为5～40mm，第六圆形孔(26)长度为5～40mm，第七圆形孔(27)长度为25～60mm。

7.根据权利要求2所述的车钩钩舌，其特征在于，还具有与所述第四圆形孔(24)连通的内腔(3)，所述内腔(3)沿所述第四圆形孔(24)轴向垂直设置。

8.一种车用车钩，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述车钩钩舌。