17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，具體包括以下步驟：對(duì)車鉤進(jìn)行CAD參數(shù)化建模；對(duì)車鉤網(wǎng)格進(jìn)行局部簡(jiǎn)化和局部細(xì)化，對(duì)接觸對(duì)區(qū)域設(shè)定統(tǒng)一的網(wǎng)格；運(yùn)用赫茲接觸理論和有限元接觸算法，對(duì)鉤舌在拉伸工況下傳遞牽引力的狀態(tài)進(jìn)行分析；判斷車鉤結(jié)構(gòu)是否合理，如結(jié)構(gòu)不合理，則對(duì)車鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。采用本發(fā)明改進(jìn)后的車鉤具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低甚至消除了車鉤局部裂紋和變形破壞的現(xiàn)象，為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩峁┛煽勘Ｕ稀?br>【專利說明】
17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種機(jī)車車輛中連接使用的車鉤。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵路運(yùn)輸中，需要對(duì)貨運(yùn)車輛進(jìn)行多次編組，車鉤作為貨運(yùn)車輛的連掛裝置，主要 在車輛間起到連接和緩沖的作用，其必須滿足多種特性:首先，連掛裝置必須具有重載貨運(yùn) 的能力，這就需要貨運(yùn)車鉤整體能夠承受較大的載荷使得其滿足運(yùn)輸安全性要求;其次，鐵 路編組過程中，連掛裝置需要不斷地進(jìn)行摘鉤/連掛操作，因此貨運(yùn)車鉤在功能上必須能夠 滿足列車摘鉤/連掛的簡(jiǎn)易性，同時(shí)還需要在結(jié)構(gòu)上保證該裝置的耐用性和安全穩(wěn)定性。但 是由于車鉤是車輛結(jié)構(gòu)中最容易發(fā)生疲勞損壞的構(gòu)件之一，因此車鉤的整體強(qiáng)度直接關(guān)系 到列車運(yùn)行是否可靠與安全。
[0003] 鉤舌式車鉤作為全球多個(gè)國(guó)家鐵路貨運(yùn)列車的標(biāo)準(zhǔn)連掛裝置，經(jīng)過了一個(gè)多世紀(jì) 的發(fā)展，其連掛基本原理仍然保持了最初的設(shè)計(jì)形態(tài)。但是，車鉤作為一種通過傳統(tǒng)工業(yè)流 程設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，在使用過程出現(xiàn)的局部破壞案例，仍然反映出了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的缺陷，因 此，有必要探索提高車鉤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法，降低或消除車鉤局部裂紋和變形破壞現(xiàn)象，提高 鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩浴?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種針對(duì)車鉤的改進(jìn)方法，以降低或消除車鉤 局部裂紋和變形破壞現(xiàn)象，提高車鉤的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩峁┛煽勘Ｕ稀?br>[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0006] 17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，具體包括以下步驟：
[0007] A.對(duì)車鉤進(jìn)行CAD參數(shù)化建模；
[0008] B.對(duì)車鉤設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)接觸對(duì)區(qū)域設(shè)定統(tǒng)一的網(wǎng)格；
[0009] C.運(yùn)用赫茲接觸理論公式計(jì)算鉤舌S面內(nèi)側(cè)的線接觸應(yīng)力，并在有限元運(yùn)算中采 用控制單一變量的方法間接測(cè)定鉤舌S面內(nèi)側(cè)的接觸應(yīng)力的大小與分布；
[0010] D.根據(jù)鉤舌S面內(nèi)側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線與對(duì)照組曲線是否吻合判斷車鉤結(jié) 構(gòu)是否合理，如不吻合，進(jìn)行步驟E;
[0011] E.根據(jù)步驟C的分析結(jié)果和步驟D的判斷結(jié)果，對(duì)車鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn);并返回步驟C 和步驟D，直到車鉤結(jié)構(gòu)合理。
[0012] 上述17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，步驟A具體包括以下內(nèi)容：
[0013] A1.搜集車鉤的二維零件圖以及裝配圖資料，在Solidworks軟件中進(jìn)行數(shù)字建模；
[0014] A2.在拉伸狀態(tài)下裝配鉤舌和鉤身；
[0015] A3.對(duì)車鉤進(jìn)行干涉檢查。
[0016] 由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。
[0017] 本發(fā)明通過對(duì)車鉤進(jìn)行數(shù)字化建模，并結(jié)合赫茲接觸理論和有限元接觸算法對(duì)車 鉤進(jìn)行裝配受力分析，找出車鉤潛在的缺陷并分析造成缺陷的原因，以此提出改進(jìn)車鉤結(jié) 構(gòu)的合理方法，使改進(jìn)后的車鉤具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低甚至消除了車鉤局部裂紋和變 形破壞的現(xiàn)象，為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩峁┛煽勘Ｕ稀?br>【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明所述17型車鉤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明所述兩17型鉤舌配合的裝配圖；
[0020] 圖3為兩車鉤連掛拉伸狀態(tài)下的裝配圖；
[0021 ]圖4為兩車鉤鉤舌成線接觸狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖5為傳統(tǒng)17型車鉤鉤舌S面內(nèi)側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線與對(duì)照組曲線對(duì)比圖；
[0023] 圖6為設(shè)置對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的測(cè)試區(qū)域示意圖；
[0024] 圖7為17型車鉤改進(jìn)前鉤舌S面外側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖8為17型車鉤改進(jìn)后鉤舌S面外側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖9為17型車鉤改進(jìn)后鉤舌S面外側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線圖；
[0027]圖10為17型車鉤改進(jìn)后的鉤舌不意圖；
[0028]圖11為17型車鉤改進(jìn)后的上鉤耳結(jié)構(gòu)；
[0029]圖12為本發(fā)明的流程圖。
[0030]其中：1.鉤身，2.鉤舌，3.肋板，4.凹槽，5.加強(qiáng)筋。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032] -種17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，其流程如圖12所示，具體包括:對(duì)車鉤進(jìn)行CAD參數(shù) 化建模;對(duì)車鉤網(wǎng)格進(jìn)行局部簡(jiǎn)化和局部細(xì)化，對(duì)接觸對(duì)區(qū)域設(shè)定統(tǒng)一的網(wǎng)格;運(yùn)用赫茲接 觸理論和有限元接觸算法，對(duì)鉤舌在拉伸工況下傳遞牽引力的狀態(tài)進(jìn)行分析;判斷車鉤結(jié) 構(gòu)是否合理，如結(jié)構(gòu)不合理，則對(duì)車鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的內(nèi)容。
[0033] 本實(shí)施例以17型車鉤為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施，以以提高17型車 鉤的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性。具體改進(jìn)方法包括以下步驟。
[0034] A.對(duì)車鉤進(jìn)行CAD參數(shù)化建模。
[0035] 16/17型車鉤目前采用的材料為鑄造 E級(jí)鋼(ZG25MnCrNiMo)，鉤尾框采用的材料為 鍛造 E級(jí)鋼(25MnCrNiM〇A)，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、防脫離防跳鎖的能力強(qiáng)、曲線通過性能好的特 點(diǎn)，同時(shí)具有更小的連掛間隙。但是，作為我國(guó)貨運(yùn)列車最新型號(hào)的17型車鉤，其鉤舌作為 貨車鉤緩裝置的主要零件，在傳遞牽引力和制動(dòng)力的過程中與周圍零件間不斷產(chǎn)生沖擊和 碰撞，因此在運(yùn)行過程中，鉤舌、鉤身零件存在多處強(qiáng)度較薄弱區(qū)域;主要表現(xiàn)為局部出現(xiàn) 的裂紋及變形破壞。17型車鉤在惡劣工況下，鉤舌傳遞牽引力所經(jīng)過的接觸面面積較小且 分布集中，牽引載荷主要作用在鉤舌S面內(nèi)側(cè)的彎折處，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，鉤舌零件的S面內(nèi)側(cè)易 產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的產(chǎn)生主要是由于車鉤在拉伸狀態(tài)下，鉤舌S面內(nèi)側(cè)的應(yīng)力總體上由三 部分組成:一是車鉤縱向的拉伸應(yīng)力;二是伴隨拉伸過程中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力;三是由鉤舌相 互擠壓碰撞產(chǎn)生的接觸應(yīng)力。
[0036] A1.搜集車鉤的二維零件圖以及裝配圖資料，在Solidworks軟件中進(jìn)行數(shù)字建模； 建模過程中，圍繞零件的基準(zhǔn)模型進(jìn)行參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)模型設(shè)計(jì)的快速更改。
[0037]建模工作采用Solidworks軟件完成，建模所使用的二維零件圖以及裝配圖來自于 鄭州北車輛段的技術(shù)檔案資料，為中國(guó)北車集團(tuán)齊車公司設(shè)計(jì)的16/17型車鉤。其中鉤舌零 件的建模參考了 16型加厚型鉤舌零件圖，如圖1所示;鉤身零件的建模參考了 17型車鉤鉤體 零件圖，如圖1所示;鉤鎖鐵零件的建模參考了 16型車鉤鎖鐵組裝裝配圖，鉤舌銷零件的建 模參考了 16型車鉤鉤舌銷零件圖。兩鉤舌配合如圖2所示。
[0038] A2.在拉伸狀態(tài)下裝配鉤舌和鉤身。
[0039] 在拉伸狀態(tài)下，鉤舌上牽引突緣前端面22、下牽引突緣前端面21與鉤身對(duì)應(yīng)牽引 突緣的后端面相接觸，因此在兩零件xoz與xoy對(duì)應(yīng)平面對(duì)齊的基礎(chǔ)上，調(diào)整鉤舌與鉤身X方 向的相對(duì)位置，使?fàn)恳痪壗佑|面的間隙處于較小的狀態(tài)。完成鉤身與鉤舌的裝配后，將鉤 舌銷裝入二者銷孔中心位置，避免穿透;將鉤鎖鐵落于鉤舌鉤鎖承臺(tái)平面上，調(diào)整位置使其 與鉤舌、鉤身零件上的鉤舌鎖面接觸或留有較小間隙。
[0040] 兩車鉤連掛拉伸下的裝配如圖3所示，在兩車鉤xoz與xoy對(duì)應(yīng)平面對(duì)齊的基礎(chǔ)上， 調(diào)整兩車鉤鉤舌的相對(duì)位置，使兩鉤鉤舌S面的前側(cè)對(duì)齊，使一車鉤鉤舌S面外側(cè)與另一車 鉤鉤舌S面內(nèi)側(cè)相切，如圖3中的A點(diǎn)所示。
[0041 ] A3.對(duì)車鉤進(jìn)行干涉檢查。
[0042]對(duì)車鉤的裝配狀態(tài)進(jìn)行檢查，保證車鉤實(shí)現(xiàn)正確的裝配狀態(tài)，避免后續(xù)有限元分 析中造成網(wǎng)格初始穿透。當(dāng)干涉出現(xiàn)時(shí)，有可能是由于建模的錯(cuò)誤造成的，修改調(diào)整干涉區(qū) 域的零件特征，使之達(dá)到正確的裝配位置，即使裝配體處于完全無(wú)干涉的狀態(tài)，從而保證有 限元分析過程的順利進(jìn)行。
[0043] B.對(duì)車鉤設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過程中應(yīng)進(jìn)行局部簡(jiǎn)化和局部細(xì) 化，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸對(duì)區(qū)域設(shè)定統(tǒng)一的網(wǎng)格。
[0044] 本發(fā)明通過裝配體法和接觸算法相結(jié)合分析車鉤整體受力狀況;通過對(duì)約束條件 進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，可以準(zhǔn)確反映車鉤間的接觸位置與受力面積。在拉伸工況下，17型車鉤的主 要受力部件為鉤體、鉤舌、鉤鎖鐵及鉤舌銷，其中鉤舌零件為加厚型號(hào)。依據(jù)車鉤在閉鎖狀 態(tài)下的位置關(guān)系構(gòu)建出車鉤裝配體幾何模型，利用其裝配模塊完成各零部件的精準(zhǔn)定位。
[0045] 有限元分析軟件能夠解決赫茲接觸問題，且有限元分析結(jié)果的精確度取決于模型 接觸區(qū)域網(wǎng)格尺寸及單元接觸剛度值。接觸區(qū)域劃分網(wǎng)格時(shí)，網(wǎng)格尺寸要小于接觸區(qū)域半 寬，最好小于接觸半寬的50 %。在網(wǎng)格劃分中，對(duì)接觸面網(wǎng)格尺寸控制在5mm以下，小于理論 求解出的接觸半寬21.1_，其余部分尺寸控制在15mm~20mm左右，表面以四邊形網(wǎng)格為主， 混合三角形網(wǎng)格，內(nèi)部填充一階四面體單元。
[0046] C.運(yùn)用赫茲接觸理論和有限元接觸算法，對(duì)鉤舌在拉伸工況下傳遞牽引力的狀態(tài) 進(jìn)行分析。
[0047] 17型車鉤的數(shù)字建模及裝配完成后，即可將其模型導(dǎo)入至有限元分析軟件進(jìn)行分 析求解。在求解器求解之前，需要對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行相應(yīng)網(wǎng)格化處理，使之成為有限元模型， 另外對(duì)模型設(shè)定材料參數(shù)、接觸對(duì)和約束條件，使模型得到收斂且合理的求解。對(duì)鉤身零件 銷孔施加 l〇〇〇kN的拉力，沿X軸正向，另一側(cè)銷孔施加固定約束。在車鉤部件可能發(fā)生接觸 的位置設(shè)置接觸對(duì)。然后運(yùn)用赫茲接觸理論公式計(jì)算鉤舌S面內(nèi)側(cè)的線接觸應(yīng)力，并在有限 元運(yùn)算中采用控制單一變量的方法間接測(cè)定鉤舌S面內(nèi)側(cè)的接觸應(yīng)力的大小與分布。
[0048] 17型車鉤鉤舌S面赫茲接觸分析及接觸力的計(jì)算如下。
[0049] 當(dāng)兩車鉤鉤舌接觸時(shí)，在兩個(gè)主平面上具有不同的曲率半徑pl、p2。在載荷F的作 用下接觸，當(dāng)載荷F為0時(shí)，接觸為一點(diǎn)，接觸區(qū)域隨載荷增大逐漸變化成一橢圓，如圖4所 不。
[0050] 對(duì)于線接觸，赫茲應(yīng)力采用下式計(jì)算獲得。
[0051]
[0052]式中:F-一作用于接觸面上的總壓力；
[0053] B一一初始接觸線長(zhǎng)度；
[0054] P1和P2-一分別為零件1和零件2的初試接觸曲率半徑，其中正號(hào)用于外接觸，負(fù) 號(hào)用于內(nèi)接觸；
[0055] μL和μ2--分別為零件1和零件2的泊松比；
[0056] Ε1和Ε2--分別為零件1和零件2的彈性模量。
[0057] 具體到本實(shí)施例中，可通過在接觸面上施加不同的總壓力F，獲得17型車鉤鉤舌S 面內(nèi)側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線，如圖5中曲線a所示，實(shí)驗(yàn)組曲線a中心附近存在4處較為 明顯的峰值，最大值接近670MPa。
[0058] D.根據(jù)鉤舌S面內(nèi)側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線與對(duì)照組曲線是否吻合判斷車鉤結(jié) 構(gòu)是否合理，如不吻合，進(jìn)行步驟F。設(shè)置對(duì)照組曲線的目的是為了通過對(duì)比考察實(shí)驗(yàn)組中 區(qū)域α的接觸因素對(duì)該區(qū)域的影響，結(jié)合理論計(jì)算，作為改進(jìn)的參考。
[0059] 對(duì)照組的設(shè)置與運(yùn)算：將原先運(yùn)算結(jié)果設(shè)為實(shí)驗(yàn)組并在其基礎(chǔ)上，調(diào)整接觸設(shè)置 變量，刪除區(qū)域α所在位置的接觸對(duì)設(shè)置，使分屬于兩鉤舌的單元和節(jié)點(diǎn)在運(yùn)算中互不關(guān) 聯(lián)，定義區(qū)域α在對(duì)照組中的對(duì)應(yīng)位置為區(qū)域β。對(duì)模型的材料屬性、網(wǎng)格劃分和約束條件的 設(shè)置均保持不變。
[0000] 如圖6所示，分別將區(qū)域α和區(qū)域β所在位置從-140mm至140mm，以10mm為步長(zhǎng)取值， 共取25組應(yīng)力值，將數(shù)據(jù)點(diǎn)輸入坐標(biāo)，繪制成接觸區(qū)應(yīng)力曲線，如圖5所示，圖5中的曲線b為 對(duì)照組應(yīng)力曲線。從圖5中可以看出，兩組曲線呈先遞增后遞減的趨勢(shì)，與實(shí)驗(yàn)組應(yīng)力曲線a 相比，對(duì)照組曲線表現(xiàn)平滑且具有更好的對(duì)稱性;從圖6中可以看出，對(duì)照區(qū)域β處應(yīng)力大于 550MPa的面積Sb遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)組區(qū)域α處的應(yīng)力大于550MPa的面積Sa。
[0061] E.根據(jù)步驟C的結(jié)果和步驟D的判斷分析，對(duì)車鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
[0062]根據(jù)步驟C的結(jié)果和步驟D的判斷分析可以看出，17型車鉤的整體性能已達(dá)到鉤舌 式車鉤的極限，鉤舌作為車鉤的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連掛和快速摘鉤的核心零件，其作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的 同時(shí)，還需要承擔(dān)所有的拉伸和壓縮載荷，鉤舌一些特征的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)功能，不得不 在其強(qiáng)度性能上有所妥協(xié)，這些因素是造成17型車鉤不能大幅提高承載能力的主要原因。 由于同樣的原因，鉤身零件的主要薄弱環(huán)節(jié)集中在了鉤頭特征，與13型系列車鉤相比，17型 車鉤最明顯的改進(jìn)處體現(xiàn)在了鉤頭的重新設(shè)計(jì)上，新的鉤頭設(shè)計(jì)不僅提高了鉤身零件的安 全性，同時(shí)最大程度的減少了鉤舌零件承受惡劣載荷的可能，但是該設(shè)計(jì)使得鉤身零件的 復(fù)雜性大大提高，同時(shí)增大了車鉤整體的重量，這些因素增大了車鉤的制造難度和制造成 本。
[0063]為了使17型車鉤的鉤舌S面內(nèi)側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線與對(duì)照組曲線相符合， 在本發(fā)明中，通過改變鉤舌S面接觸點(diǎn)的位置來有效減小區(qū)域α的接觸應(yīng)力。根據(jù)有限元分 析的結(jié)果，鉤舌S面外側(cè)受力較小，同時(shí)考慮到車鉤通用性因素，確定對(duì)鉤舌S面外側(cè)輪廓進(jìn) 行適當(dāng)修改即可滿足減小區(qū)域α接觸應(yīng)力的要求。
[0064 ]首先，對(duì)車鉤鉤舌S面的外側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)前鉤舌S面外側(cè)結(jié)構(gòu)如圖7所示。 根據(jù)有限元分析的結(jié)果，鉤舌S面外側(cè)受力較小，同時(shí)考慮到車鉤通用性因素，確定對(duì)鉤舌S 面外側(cè)輪廓進(jìn)行適當(dāng)修改，即使鉤舌S面內(nèi)外側(cè)輪廓相對(duì)0點(diǎn)中心對(duì)稱，改進(jìn)后的鉤舌S面外 側(cè)結(jié)構(gòu)如圖8所示。圖8中R45和R95處即為鉤舌S面外側(cè)改進(jìn)后的具體結(jié)構(gòu)，與原鉤舌輪廓相 比，修改后的鉤舌S面內(nèi)外側(cè)輪廓相對(duì)中心點(diǎn)0中心對(duì)稱，可在拉伸工況下消除區(qū)域α處的赫 茲接觸。
[0065] 對(duì)改進(jìn)外側(cè)結(jié)構(gòu)后的鉤舌再進(jìn)行步驟C的分析，改進(jìn)后鉤舌S面外側(cè)在拉伸工況下 的應(yīng)力曲線如圖9中曲線c所示，可以看出在拉伸工況下的應(yīng)力曲線比改進(jìn)前的實(shí)驗(yàn)組曲線 a消除了由于赫茲接觸造成的局部應(yīng)力峰值，提高了車鉤連掛的安全性。
[0066] 另外，通過對(duì)鉤舌S面外側(cè)輪廓進(jìn)行改進(jìn)，充分考慮了對(duì)于現(xiàn)役車鉤的通用性，使 得改進(jìn)的鉤舌零件既可以安裝在現(xiàn)役16/17型鉤身上，同時(shí)不對(duì)其他所有現(xiàn)役車鉤的連掛 功能造成任何不利影響。而對(duì)于現(xiàn)存的鉤舌零件，可以通過打磨去除部分鉤舌S面外輪廓的 工藝進(jìn)行改造，使之符合要求。
[0067] 其次，對(duì)車鉤鉤舌S面的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)不考慮鉤舌與現(xiàn)役車鉤的通用性 時(shí)，可選擇在鉤舌S面中心區(qū)域添加一處肋板3,其中肋板寬度為10mm，拔模斜度為12°，如圖 10所示，增加該區(qū)域的剛度，同時(shí)需要在鉤舌S面外側(cè)去除相應(yīng)的空間以保證車鉤的正常連 掛。當(dāng)對(duì)鉤舌S面內(nèi)側(cè)最低處設(shè)置10mm高度的肋板3時(shí)，，在鉤舌S面外側(cè)切除深度為15mm、寬 度為15_的凹槽4,如圖10所示，以便在連掛狀態(tài)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)干涉。
[0068] 對(duì)改進(jìn)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)后的鉤舌再進(jìn)行步驟C的分析，可以看出，對(duì)于新增的肋板特征， 在圓角和拔模斜度的基礎(chǔ)上，對(duì)肋板根部進(jìn)一步增加圓角并對(duì)肋板末段分叉處設(shè)置尖角橋 接進(jìn)行圓角圓滑處理，可以進(jìn)一步降低局部的應(yīng)力集中情況;對(duì)于溝槽特征進(jìn)行相同圓滑 處理同樣能夠進(jìn)一步降低該區(qū)域的應(yīng)力集中情況。
[0069] 改進(jìn)后的鉤舌與現(xiàn)役車鉤具有通用性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可同時(shí)開展鉤舌的更換和現(xiàn) 有鉤舌的改造工作。一方面可以通過擴(kuò)大新型鉤舌的制造使用規(guī)模進(jìn)行更新推廣，將需要 更換的鉤舌零件更換為新型號(hào)；另一方面，將能夠正常使用的現(xiàn)役車鉤通過在其S面外側(cè)開 出溝槽、內(nèi)側(cè)增加肋板的方式，使之能在不降低整體安全性的前提下實(shí)現(xiàn)與新型鉤舌的連 掛匹配。
[0070] 最后，對(duì)車鉤鉤身進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)車鉤鉤身零件的改進(jìn)主要集中在上下牽引突緣 和上下鉤耳。通過步驟C分析可知，牽引突緣根部易出現(xiàn)應(yīng)力集中情況，其中上牽引突緣根 部圓角較小，圓角輪廓處出現(xiàn)了明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此可通過以下三種方式來降低上鉤 耳后側(cè)載荷傳遞區(qū)域的應(yīng)力，其一是增大車鉤鉤身上牽引突緣的圓角，其二為直接增加上 鉤耳壁厚，其三是在鉤耳背側(cè)增加加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)。本實(shí)施例中，參照下鉤耳背側(cè)特征，對(duì)上鉤 耳增加6處厚度為5mm的加強(qiáng)筋5來降低上鉤耳后側(cè)載荷傳遞區(qū)域的應(yīng)力，改進(jìn)后的上鉤耳 結(jié)構(gòu)如圖11所示，這些加強(qiáng)筋處于鉤耳碰撞區(qū)和碰撞區(qū)后側(cè)高應(yīng)力區(qū)域的外側(cè)輪廓，能夠 起到減小上鉤耳受載變形的效果，因而降低鉤耳出現(xiàn)裂紋破壞的可能。
[0071]本發(fā)明通過運(yùn)用赫茲接觸理論，計(jì)算出其接觸應(yīng)力；在有限元運(yùn)算中控制裝配單 元的接觸對(duì)，得到接觸表面的應(yīng)力云圖對(duì)比，統(tǒng)計(jì)并繪制出接觸區(qū)域應(yīng)力插值曲線圖。通過 比對(duì)判斷出接觸區(qū)域存在的多處應(yīng)力峰值，從而提出對(duì)了 17型車鉤的改進(jìn)，使得改進(jìn)后的 17型車鉤具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低、甚至消除了車鉤局部裂紋和變形破壞的現(xiàn)象，為鐵路 運(yùn)輸?shù)陌踩峁┛煽勘Ｕ稀?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1.17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，其特征在于，具體包括以下步驟： A. 對(duì)車鉤進(jìn)行CAD參數(shù)化建模； B. 對(duì)車鉤設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)接觸對(duì)區(qū)域設(shè)定統(tǒng)一的網(wǎng)格； C. 運(yùn)用赫茲接觸理論公式計(jì)算鉤舌S面內(nèi)側(cè)的線接觸應(yīng)力，并在有限元運(yùn)算中采用控 制單一變量的方法間接測(cè)定鉤舌S面內(nèi)側(cè)的接觸應(yīng)力的大小與分布； D. 根據(jù)鉤舌S面內(nèi)側(cè)在拉伸工況下的應(yīng)力曲線與對(duì)照組曲線是否吻合判斷車鉤結(jié)構(gòu)是 否合理，如不吻合，進(jìn)行步驟E; E. 根據(jù)步驟C的分析結(jié)果和步驟D的判斷結(jié)果，對(duì)車鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn);并返回步驟C和步 驟D，直到車鉤結(jié)構(gòu)合理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的17型車鉤結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，其特征在于，步驟A具體包括以下內(nèi) 容： A1.搜集車鉤的二維零件圖以及裝配圖資料，在Solidworks軟件中進(jìn)行數(shù)字建模； A2.在拉伸狀態(tài)下裝配鉤舌和鉤身； A3.對(duì)車鉤進(jìn)行干涉檢查。
【文檔編號(hào)】B61G3/10GK105975715SQ201610348923
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】花廣如, 李文浩, 王雨辰
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）