一種鉤舌及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種車輛的連接裝置，特別涉及一種適用于現有鐵路車輛的車鉤鉤 舌。
【背景技術】
[0002] 車鉤作為機車車輛最重要的連接部件，直接關系列車運行是否安全和可靠，但也 是車輛結構中最容易發生疲勞損壞的部件。尤其是重載貨車車鉤的鉤舌，由于車鉤的鉤舌 部分為剛性連接，加之使用工況惡劣，鉤舌出現裂紋甚至斷開的風險，嚴重危及行車安全。 但是，由于受車鉤的結構空間限制以及車鉤自身的互換性等要求限制，國內外針對進一步 提高車鉤疲勞強度的技術手段和方法尚未有報道。
[0003] 因此，如何在既有車鉤上進一步提高其疲勞強度，成為業內亟待解決的關鍵技術 問題。
【發明內容】
[0004] 本申請的發明人對現有技術中的鉤舌，具體結構如圖1-2所示，根據其實際使用 中發生的疲勞損壞情況發現，鉤舌牽引曲面的鉤舌內腕面一側是鉤舌的疲勞裂紋源的重要 產生部位，而且主要產生于接近鉤舌銷孔2'中部和兩端的位置。進一步通過有限元數值仿 真及與大量的鉤舌破壞實例比較分析發現，這主要是因為現有鉤舌銷孔2'，是由不同直徑 的圓柱孔組成的通孔，由于這些不同直徑圓柱孔的長度變化和直徑變化的不合理導致了疲 勞強度分布不合理的緣故。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種鉤舌，具有鉤舌牽引曲面，所述鉤舌牽引 曲面上設有鉤舌銷孔，所述鉤舌銷孔為圓柱孔。
[0006] 優選地，所述鉤舌銷孔沿其軸向的橫截面形狀為長方形。
[0007] 優選地，所述鉤舌銷孔的直徑為20-42mm。
[0008] 更優選地，所述鉤舌銷孔的直徑為25-38mm。
[0009] 為了進一步簡化鑄造工藝和提高鑄造質量，本發明提供的鉤舌還具有與所述鉤舌 銷孔連通的內腔，所述內腔沿所述鉤舌銷孔軸向垂直設置。
[0010] 優選地，所述內腔和所述鉤舌銷孔連接處圓弧連接。
[0011] 本發明還提供了一種車用車鉤，包括上述任一項所述鉤舌。
[0012] 本發明的優點在于，為了避免現有技術中因鉤舌銷孔直徑變化所產生的疲勞強度 不合理的問題，本發明提供的鉤舌銷孔采用圓柱孔結構，解決了由于現有鉤舌銷孔的變直 徑結構設計所存在疲勞強度分布不合理而引起的鉤舌牽引曲面疲勞壽命下降的問題，極大 的提高了鉤舌的抗疲勞強度，從而大大減少了鉤舌的損壞率和車鉤的更換次數。
[0013] 同時，為了便于和現有的鉤舌相互換，本發明提供的鉤舌，對于鉤舌銷孔的直徑設 計可與現有技術中具有較小直徑的一段鉤舌銷孔直徑相一致，以保證與現有的鉤舌完全相 同的互換性。
【附圖說明】
[0014] 圖1為現有技術中的鉤舌的示意圖；
[0015] 圖2為現有技術中的鉤舌的剖面結構示意圖；
[0016] 圖3為本發明具體實施例提供的鉤舌沿鉤舌銷孔軸向剖面結構示意圖；
[0017] 圖4為本發明具體實施例提供的鉤舌沿垂直于鉤舌銷孔軸向剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案能予以實施，下面結合附圖 和具體實施例對本發明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0019] 本發明提供了一種鉤舌，具體如圖3-4所示，具有鉤舌牽引曲面1，所述鉤舌牽引 曲面1上設有鉤舌銷孔2,所述鉤舌銷孔2為圓柱孔，還具有與所述鉤舌銷孔2連通的內腔 3,所述內腔3垂直所述鉤舌銷孔2設置，并和所述鉤舌銷孔2連接處平滑連接。由于設計 了直徑完全一致的鉤舌銷孔2,使鉤舌銷孔沿軸線方向上的疲勞強度分布更加合理。
[0020] 為了保證本發明提供的鉤舌能夠和現有的鉤舌實現互換，因此，上述鉤舌銷孔2 的直徑和現有技術中鉤舌直徑較小一段鉤舌銷孔直徑相一致，如圖2所示，現有技術中鉤 舌銷孔包括直徑相同的第一段和第三段，以及與所述第一段和第三段相通，且具有更大直 徑的中間段。因此上述鉤舌銷孔直徑和第一段直徑相一致。
[0021] 優選地，所述鉤舌銷孔2的直徑為20-42_，而本發明中可通過進一步減小鉤舌銷 孔直徑，使鉤舌牽引曲面1內腕面一側的疲勞強度進一步提高，因此鉤舌銷孔2直徑的設 置，以25_38mm為最佳。
[0022] 實施例1
[0023] 本實施例提供的壁厚為18mm的鉤舌，具有鉤舌牽引曲面1，所述鉤舌牽引曲面1上 設有鉤舌銷孔2,所述鉤舌銷孔2為圓柱孔，所述鉤舌銷孔2的直徑為42mm鉤舌銷孔2。
[0024] 實施例2
[0025] 本實施例提供的壁厚為20mm的鉤舌，具有鉤舌牽引曲面1，所述鉤舌牽引曲面1上 設有鉤舌銷孔2,所述鉤舌銷孔2為圓柱孔，所述鉤舌銷孔2的直徑為42mm。
[0026] 實施例3
[0027] 本實施例提供的壁厚為18mm的鉤舌，具有鉤舌牽引曲面1，所述鉤舌牽引曲面1上 設有鉤舌銷孔2,所述鉤舌銷孔2為圓柱孔，所述鉤舌銷孔2的直徑為32mm。
[0028] 實施例4
[0029] 本實施例提供的壁厚為20mm鉤舌，具有鉤舌牽引曲面1，所述鉤舌牽引曲面1上設 有鉤舌銷孔2,所述鉤舌銷孔2為圓柱孔，所述鉤舌銷孔2的直徑為32mm。
[0030] 對比例1
[0031] 本對比例以現有技術中的鉤舌作為對比對象，該鉤舌銷孔包括直徑相同的第一段 和第三段，具體直徑為42mm，以及與所述第一段和第三段相通，且直徑為56mm的中間段，其 他結構和本發明的實施例1相同。
[0032] 對比例2
[0033] 本對比例以現有技術中的鉤舌作為對比對象，該鉤舌銷孔包括直徑相同的第一段 和第三段，具體直徑為42mm，以及與所述第一段和第三段相通，且直徑為56mm的中間段，其 他結構和本發明的實施例2相同。
[0034] 本發明提供的鉤舌采用鑄造的方法對鉤舌銷孔進行成型鑄造，特別的，對于鉤舌 銷孔中部，為避免熱節可能形成的縮松、縮孔等鑄造缺陷，可適當采取增設冷鐵等鑄造工藝 措施；本發明的鉤舌銷孔直徑的一致化，有利于降低鉤舌鑄造砂型制作的制作難度。
[0035] 根據有限元對現有技術的鉤舌和本發明提供的鉤舌的仿真結果，進行應力幅及壽 命變化的計算，其中，疲勞壽命變化的計算采用相對疲勞壽命比較法，主要的計算依據具體 如下：
[0036] L疲勞應力幅的計算
[0037] (1)拉伸工況時：首先選定最大主應力節點。為保證計算結果的可靠性，進一步采 用了取平均值計算應力幅的方法：以該節點為中心取相鄰的9個節點（面積約8~9mm 2以 上）、分別在拉伸工況下的最大主應力的平均值σ拉伸、壓縮工況下的最小主應力的平均 值σ拉伸。最后以此二者平均值計算鉤舌在拉伸工況下的最大應力幅，計算公式如下式：
[0038] 〇 a = ( 〇 拉伸-σ 壓縮）/2 (I)
[0039] (2)壓縮工況時：首先選定最小主應力節點。為保證計算結果的可靠性，進一步采 用了取平均值計算應力幅的方法：以該節點為中心取相鄰的9個節點（面積約8~9mm 2以 上）、分別在拉伸工況下的最大主應力的平均值σ拉伸、壓縮工況下的最小主應力的平均 值σ拉伸。最后以此二者平均值計算鉤舌在壓縮工況下的最大應力幅，計算公式如式（1)。
[0040] 2.相對疲勞壽命的計算
[0041] 各應力水平下的疲勞壽命計算的一般表式如下：
[0043] 式中，Qa1為鉤舌S面上的最大應力幅，其中1，2分別為拉伸工況和壓縮工況。由 上式可計算獲得原結構和新結構的疲勞壽命比，即：
[0045] 式中，N_，Ncild*別為現有技術的鉤舌和本發明提供的鉤舌的疲勞壽命，σ Mda， σn_分別為現有技術的鉤舌和本發明提供的鉤舌的疲勞最大應力幅。
[0046] 表1壁厚18mm各鉤舌的疲勞應力幅及其壽命變化計算結果
[0048] 表1的結果表明，所述鉤舌壁厚為18mm時，與對比例1的鉤舌相比，本發明提供的 實施例1的鉤舌在拉伸和壓縮工況下的疲勞壽命分別提高了 37. 7%和25. 3%。
[0049] 表2壁厚20mm各鉤舌的疲勞應力幅及其壽命變化計算結果
[0051] 表2的結果表明，所述鉤舌壁厚為20_時，與對比例2的鉤舌相比，本發明提供的 實施例2的鉤舌在拉伸和壓縮工況下的疲勞壽命分別提高了 18. 4%和25. 3%。
[0052] 表3壁厚18_各鉤舌的疲勞應力幅及其壽命變化計算結果
[0054] 表3的結果表明，所述鉤舌壁厚為18_時，與對比例1的鉤舌相比，本發明提供的 實施例3的鉤舌在拉伸和壓縮工況下的疲勞壽命分別提高了 53. 5%和32. 4%。
[0055] 表4壁厚20mm各鉤舌的疲勞應力幅及其壽命變化計算結果
[0057] 表4的結果表明，所述鉤舌壁厚為20mm時，與對比例2的鉤舌相比，本發明提供的 實施例4的鉤舌在拉伸和壓縮工況下的疲勞壽命分別提高了 22. 1 %和40. 0%。
[0058] 由表3、4的結果可見，所述鉤舌銷孔2直徑的減小，將具有更顯著的提高疲勞壽命 的效果，注，上述壁厚為圖4中用a表示。
[0059] 本發明提供的鉤舌，是車用車鉤的重要組成部分，這種車鉤廣泛的應用在列車、機 動車、動車等車輛上，用來將多個車廂進行連接。
[0060] 本發明提供的車鉤鉤舌特別適用于現有16號車鉤鉤舌或17號車鉤鉤舌的鉤舌銷 孔改進，改進后的鉤舌抗疲勞效果顯著。
[0061] 本發明提供的這種鉤舌銷孔，通過直徑的改變，提高疲勞壽命的效果，從互換性的 要求看只是需要對車鉤鉤體的鉤耳做相應的變化即可，對于車鉤的制造技術難度和成本都 沒有影響。
[0062] 以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限 于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護 范圍之內，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【主權項】
1. 一種鉤舌，具有鉤舌牽引曲面（I)，所述鉤舌牽引曲面（1)上設有鉤舌銷孔（2)，其特 征在于，所述鉤舌銷孔（2)為圓柱孔。2. 根據權利要求1所述的鉤舌，其特征在于，所述鉤舌銷孔（2)沿其軸向的橫截面形狀 為長方形。3. 根據權利要求1所述的鉤舌，其特征在于，所述鉤舌銷孔（2)的直徑為20-42mm。4. 根據權利要求3所述的鉤舌，其特征在于，所述鉤舌銷孔（2)的直徑為25-38mm。5. 根據權利要求1所述的鉤舌，其特征在于，還具有與所述鉤舌銷孔（2)連通的內腔 (3)，所述內腔（3)沿所述鉤舌銷孔（2)軸向垂直設置。6. 根據權利要求5所述的鉤舌，其特征在于，所述內腔（3)和所述鉤舌銷孔（2)連接處 圓弧連接。7. -種車用車鉤，其特征在于，包括權利要求1-6任一項所述鉤舌。
【專利摘要】本發明提供了一種鉤舌，具有鉤舌牽引曲面，所述鉤舌牽引曲面上設有鉤舌銷孔，所述鉤舌銷孔為圓柱孔。本發明提供的車鉤鉤舌是將現有16號車鉤鉤舌或17號車鉤鉤舌的鉤舌銷孔改變為圓柱孔結構，解決了由于現有鉤舌銷孔的變直徑結構設計所存在疲勞強度分布不合理而引起的鉤舌牽引曲面疲勞壽命下降的問題，極大的提高了鉤舌的抗疲勞強度，從而大大減少了鉤舌的損壞率和車鉤的更換次數。
【IPC分類】B61G7/00, B61G3/02
【公開號】CN105083316
【申請號】CN201510559475
【發明人】王生武, 溫愛玲, 朱澤清, 魏鴻亮, 姜巖, 孟慶民, 崔英俊, 趙天軍, 代景安, 于躍斌
【申請人】大連交通大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月7日