CN105083316A - 一种钩舌及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钩舌，具有钩舌牵引曲面，所述钩舌牵引曲面上设有钩舌销孔，所述钩舌销孔为圆柱孔。本发明提供的车钩钩舌是将现有16号车钩钩舌或17号车钩钩舌的钩舌销孔改变为圆柱孔结构，解决了由于现有钩舌销孔的变直径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，极大的提高了钩舌的抗疲劳强度，从而大大减少了钩舌的损坏率和车钩的更换次数。

Description

一种钩舌及其应用

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现有铁路车辆的车钩钩舌。

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

本申请的发明人对现有技术中的钩舌，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，钩舌牵引曲面的钩舌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。进一步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，这主要是因为现有钩舌销孔2’，是由不同直径的圆柱孔组成的通孔，由于这些不同直径圆柱孔的长度变化和直径变化的不合理导致了疲劳强度分布不合理的缘故。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钩舌，具有钩舌牵引曲面，所述钩舌牵引曲面上设有钩舌销孔，所述钩舌销孔为圆柱孔。

优选地，所述钩舌销孔沿其轴向的横截面形状为长方形。

优选地，所述钩舌销孔的直径为20-42mm。

更优选地，所述钩舌销孔的直径为25-38mm。

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

优选地，所述内腔和所述钩舌销孔连接处圆弧连接。

本发明还提供了一种车用车钩，包括上述任一项所述钩舌。

本发明的优点在于，为了避免现有技术中因钩舌销孔直径变化所产生的疲劳强度不合理的问题，本发明提供的钩舌销孔采用圆柱孔结构，解决了由于现有钩舌销孔的变直径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，极大的提高了钩舌的抗疲劳强度，从而大大减少了钩舌的损坏率和车钩的更换次数。

同时，为了便于和现有的钩舌相互换，本发明提供的钩舌，对于钩舌销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直径相一致，以保证与现有的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为圆柱孔，还具有与所述钩舌销孔2连通的内腔3，所述内腔3垂直所述钩舌销孔2设置，并和所述钩舌销孔2连接处平滑连接。由于设计了直径完全一致的钩舌销孔2，使钩舌销孔沿轴线方向上的疲劳强度分布更加合理。

为了保证本发明提供的钩舌能够和现有的钩舌实现互换，因此，上述钩舌销孔2的直径和现有技术中钩舌直径较小一段钩舌销孔直径相一致，如图2所示，现有技术中钩舌销孔包括直径相同的第一段和第三段，以及与所述第一段和第三段相通，且具有更大直径的中间段。因此上述钩舌销孔直径和第一段直径相一致。

优选地，所述钩舌销孔2的直径为20-42mm，而本发明中可通过进一步减小钩舌销孔直径，使钩舌牵引曲面1内腕面一侧的疲劳强度进一步提高，因此钩舌销孔2直径的设置，以25-38mm为最佳。

实施例1

本实施例提供的壁厚为18mm的钩舌，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为圆柱孔，所述钩舌销孔2的直径为42mm钩舌销孔2。

实施例2

本实施例提供的壁厚为20mm的钩舌，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为圆柱孔，所述钩舌销孔2的直径为42mm。

实施例3

本实施例提供的壁厚为18mm的钩舌，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为圆柱孔，所述钩舌销孔2的直径为32mm。

实施例4

本实施例提供的壁厚为20mm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为圆柱孔，所述钩舌销孔2的直径为32mm。

对比例1

本对比例以现有技术中的钩舌作为对比对象，该钩舌销孔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钩舌作为对比对象，该钩舌销孔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2相同。

本发明提供的钩舌采用铸造的方法对钩舌销孔进行成型铸造，特别的，对于钩舌销孔中部，为避免热节可能形成的缩松、缩孔等铸造缺陷，可适当采取增设冷铁等铸造工艺措施；本发明的钩舌销孔直径的一致化，有利于降低钩舌铸造砂型制作的制作难度。

根据有限元对现有技术的钩舌和本发明提供的钩舌的仿真结果，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分别为现有技术的钩舌和本发明提供的钩舌的疲劳寿命，σ_oida，σ_newa分别为现有技术的钩舌和本发明提供的钩舌的疲劳最大应力幅。

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1的结果表明，所述钩舌壁厚为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37.7％和25.3％。

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2的结果表明，所述钩舌壁厚为20mm时，与对比例2的钩舌相比，本发明提供的实施例2的钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了18.4％和25.3％。

表3壁厚18mm各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，所述钩舌壁厚为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53.5％和32.4％。

表4壁厚20mm各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，所述钩舌壁厚为20mm时，与对比例2的钩舌相比，本发明提供的实施例4的钩舌在拉伸和压缩工况下的疲劳寿命分别提高了22.1％和40.0％。

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。

本发明提供的钩舌，是车用车钩的重要组成部分，这种车钩广泛的应用在列车、机动车、动车等车辆上，用来将多个车厢进行连接。

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 (7)

1.一种钩舌，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)为圆柱孔。

2.根据权利要求1所述的钩舌，其特征在于，所述钩舌销孔(2)沿其轴向的横截面形状为长方形。

3.根据权利要求1所述的钩舌，其特征在于，所述钩舌销孔(2)的直径为20-42mm。

4.根据权利要求3所述的钩舌，其特征在于，所述钩舌销孔(2)的直径为25-38mm。

5.根据权利要求1所述的钩舌，其特征在于，还具有与所述钩舌销孔(2)连通的内腔(3)，所述内腔(3)沿所述钩舌销孔(2)轴向垂直设置。

6.根据权利要求5所述的钩舌，其特征在于，所述内腔(3)和所述钩舌销孔(2)连接处圆弧连接。

7.一种车用车钩，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述钩舌。