【摘 要】
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自改革开放以来我国重载铁路蓬勃发展,重载货车最大牵引重量已由最初的3500吨发展到现在的2万吨、3万吨。钩舌作为车钩主要的传力部件承受着绝大部分的纵向载荷,随着牵引重量的不断增加,其服役条件进一步恶化,使得钩舌服役寿命降低,出现裂纹的几率增加。为此,本文结合钩舌的实际运用条件,对其裂纹扩展寿命进行研究,为延长钩舌使用寿命及制定合理的检修周期提供理论依据。首先,以神华线1万吨编组列车线路实测载荷为例
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自改革开放以来我国重载铁路蓬勃发展,重载货车最大牵引重量已由最初的3500吨发展到现在的2万吨、3万吨。钩舌作为车钩主要的传力部件承受着绝大部分的纵向载荷,随着牵引重量的不断增加,其服役条件进一步恶化,使得钩舌服役寿命降低,出现裂纹的几率增加。为此,本文结合钩舌的实际运用条件,对其裂纹扩展寿命进行研究,为延长钩舌使用寿命及制定合理的检修周期提供理论依据。首先,以神华线1万吨编组列车线路实测载荷为例,开展了车钩纵向载荷谱编制方法研究,并以列车实际线路条件和列车编组形式为输入,进行了1万吨车钩纵向载荷的仿真并编制了载荷谱,基于等损伤原理将该载荷谱下的总损伤与线路实测结果进行对比,验证了车钩纵向载荷仿真结果和列车纵向动力学仿真模型的可靠性;在此基础上,开展了神华线2万吨编组车钩纵向载荷的仿真,并编制对应的载荷谱,为车钩疲劳台架试验和裂纹扩展仿真提供载荷输入。其次,对钩舌失效形式进行了统计分析,发现钩舌下牵引台裂纹率高达68%,采用与线路形式一致的耦合车钩有限元模型进行仿真,其仿真结果与实际结果存在较大差异;因此,开展了钩舌应力测试和车钩受力分析,并对仿真模型进行修正,修正后的单车钩有限元模型与实际线路结果和试验结果较为吻合,最终采用单车钩有限元模型作为基础开展裂纹扩展计算。然后,基于含有三维裂纹的钩舌子模型,分别计算了钩舌不同部位的裂纹长度与运行里程的关系,并确定了下牵引台和S面裂纹的临界安全尺寸分别为55 mm和90 mm,对应的裂纹扩展寿命分别为48万公里和52.8万公里。为验证仿真结果的可靠性,开展了钩舌疲劳裂纹扩展试验,并将仿真结果与试验结果进行了对照,结果表明,钩舌下牵引台和S面的安全运行里程分别在试验断裂寿命95%～99%和99%～99.9%存活率之间且仿真计算的裂纹长度变化规律与试验均值接近,仿真结果具有较高的可靠性。最后,从优化车钩载荷分配和减少应力集中两个方面着手,采用降低下牵引台高度、增大牵引台根部圆角以及增加S面壁厚的方法对钩舌进行结构改进,改进后钩舌下牵引台和S面的裂纹扩展寿命分别提高了17.1%和23.7%。
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