设有挡肩的尾端圆弧接触重载车钩稳钩能力研究

以尾端圆弧接触重载车钩结构为基础,提出一种改进车钩,在车钩尾端两侧添加挡肩止挡,以提高圆弧尾端接触车钩的稳钩能力。分析改进车钩的运动及受力特性,并建立车钩连接的三节重联机车多体动力学模型,模型中考虑到车钩挡肩止挡的回复作用,研究车钩的稳钩能力及其与机车悬挂参数匹配规律。结果表明:设置挡肩止挡并保证较小止挡间隙,以及增加机车二系横向刚度可以明显提高较大压缩载荷作用下尾端圆弧车钩的受压稳定性。止挡间隙值较大时,由于车钩失稳引起的冲击作用,即使止挡接触,也不能保证较大纵向压缩力作用下的车钩稳定性。挡肩止挡间隙为5 mm、机车二系横向刚度为100kN/m时,车钩满足最大纵向载荷为2 500kN计算工况稳定性的要求;当止挡间隙为7mm时,机车二系簧横向刚度需提高一倍才满足该纵向载荷作用下车钩稳定要求。

不同强韧性匹配的重载车钩材料高周疲劳行为研究

研究了不同强韧性匹配重载车钩材料的高周疲劳行为。通过不同热处理工艺获得的重载车钩材料25MnCrNiMoA钢三种不同强韧性匹配的试样,即:高强低韧、中强高韧和低强高韧三种组合的试样。采用旋转弯曲疲劳试验方法,测定了车钩材料的疲劳极限。绘制了p-S-N曲线,观察了疲劳断口,分析了在不同回火温度下获得的不同强韧性匹配对车钩材料高周疲劳行为的影响。结果表明,强韧性匹配对重载车钩材料的高周疲劳行为影响显著。经过处理的中强高韧强韧性匹配车钩材料具有较高的疲劳极限和寿命水平,与低周疲劳试验研究结果一致,本研究为车钩设计的选材和生产提供重要的理论依据。

E+级钢及其在重载车钩中的应用

对重载车钩发展进行了回顾,分析了其关键承载件的裂纹类型及产生的原因。介绍了重载车钩的最新研究成果与应用情况,对重载车钩,特别是钩舌的研究与开发,提出几点建议。

一种重载货车车钩强度的分析方法

以重载货车常用的16型、17型车钩为研究对象,设计一种比耦合车钩强度分析更便捷和准确的单车钩强度分析方法。进行车钩装配体的对拉试验,得到关键部位的应力测试结果;建立耦合车钩装配体有限元模型,得到车钩的应力状态。结果表明钩体仿真与试验较为吻合,钩舌仿真与试验存在较大差异。对17型车钩进行了详细的准静态受力分析,确定影响车钩载荷分布的关键参数,表明车钩自质量和纵向载荷作用点距车钩中线的距离对应力状态有较大的影响。通过调节车钩关键参数,采用单车钩模型对结构进行应力分析,钩舌与钩体的仿真与试验结果具有较好的一致性。该研究成果为重载货车车钩强度分析提供了一种新方法,具有一定的理论和运用价值。

重载机车车钩静态最大稳钩能力分析

研究关键参数对重载机车车钩稳定性的影响规律,以快速估算车钩的承载稳定性。分析重载机车车钩的结构及稳钩原理,根据车钩受力分析以及失稳条件,利用力平衡方法计算静态重载机车车钩满足稳定条件的最大承载能力。结果表明:重载机车车钩通过不等半径圆弧接触实现接触点的横移,从而实现减小车钩实际传力线的转角,以减小车钩横向力。重载机车车钩需要尽可能大的机车二系横向悬挂刚度与之匹配,并且保证圆弧接触面较大的摩擦系数。

基于假设分布的重载货车关键结构剩余寿命预测方法

针对状态修中的关键结构剩余寿命问题,提出基于假设分布的剩余寿命预测方法,并以车钩为例,对该方法进行验证。基于线路测试或动力学仿真,获取车钩载荷时间历程,并编制其疲劳台架试验载荷谱;开展台架试验,获取车钩退化数据;基于假设分布对裂纹尺寸数据进行拟合优度检验,确定良好假设分布类型,得到结构累积失效概率图;基于累积失效概率图,对车钩剩余寿命进行预测。对于无可用试验数据的情况,结合断裂力学理论,给出基于有限元法的结构裂纹扩展分析流程,并以车钩为对象,预测一定裂纹尺寸下的剩余服役寿命。研究结果表明,基于假设分布的钩体剩余寿命预测均值与实际剩余寿命趋势一致,随探伤里程的增大,预测精度逐渐提高,整体来看,平均相对误差为38.35%,在工程应用可接受范围之内;基于数值仿真预测的钩体剩余服役寿命相对保守,可考虑结构不同部位多裂纹对系统可靠度的影响来提高预测精度。

100型钩缓装置受压稳定性模型及应用

为了研究100型钩缓装置的受压稳定性，根据摩擦圆理论，分析不同车钩转角下车钩的受力状态，总结了该类车钩的结构特点。建立4节重联机车及详细结构的车钩多体动力学模型，仿真重载机车紧急制动及车钩失稳过程，分析相关参数对车钩失稳的影响。结果表明该类车钩在小转角内，具有自稳定特征，车钩横向力较小；车钩在较大转角时，传力线转角小于实际车钩转角，有利于减小车钩横向力和倾覆力矩，提高其稳定性。增加车钩尾端圆弧接触面摩擦系数有利于车钩的稳定，随着车钩最大纵向压缩力的增加，满足车钩稳定所需要的圆弧接触面摩擦系数增加。通过增加机车二系横向刚度和减小二系横向止挡间隙，显著提高了机车的稳钩能力，当最大车钩压缩力为2500kN时，所需要的圆弧接触面摩擦系数由原来的0．6减小为0．35，降低了机车因车钩力引起脱轨的风险。车钩临界失稳角主要与车钩圆弧接触面摩擦系数有关；当摩擦系数为0．3，车钩临界失稳角为4．0°～4．5°。分析结果对提高该类车钩的稳钩能力以及机车悬挂参数的合理匹配具有意义。

重载货车车钩准静态受力分析与纵向载荷分配规律

针对重载货车车钩在车钩间隙、重力与纵向牵引力综合作用下的受力状态改变问题,对车钩进行了准静态受力分析,研究了其纵向载荷分配规律;设计了钩舌上下牵引凸缘根部的应变试验,得到了测点弹性应变随牵引力的变化关系,分析了上下牵引凸缘承载程度变化趋势;对车钩进行了详细的受力分析,推导了载荷传递部位等效力解析解,得到了车钩承受不同牵引力作用时所对应的仿真边界条件;对车钩结构进行了仿真分析,得到了节点应变随牵引力变化的响应曲线,通过与应变测试试验结果的对比分析,证明了车钩载荷传递部位等效力解析解和仿真模型的可靠性;研究了牵引力与钩舌内腕面、上下牵引凸缘等效力的关系式中关键参数对等效力的影响规律。研究结果表明:当牵引力小于13.5kN时,上受压推台受力;牵引力为13.5~1725.0kN时,车钩系统上下牵引凸缘同时承载,随着牵引力的逐渐增大,下牵引凸缘承载比例逐渐减小并趋近于0.53,上牵引凸缘承载比例逐渐增大并趋近于0.47,承载比例与系统参数有线性关系,其中钩舌内腕面等效力作用位置对此影响极大。研究结果作为研究车钩疲劳裂纹萌生和扩展仿真的基础,对铁路重载车钩服役安全性具有极强的指导意义和参考价值。

表面热处理对钩舌疲劳性能影响试验研究

针对某公司新改进的加强型F51AE铸钢钩舌,分别借助疲劳试验、硬度表征试验、金相组织观测试验、钩舌疲劳寿命仿真计算,从材料的宏微观结构角度着手,较全面研究分析了表面淬火及其边界效应对铸钢钩舌疲劳性能的影响。