CRH1A型动车组自动车钩工作原理及故障分析

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文）

CRH1A型动车组自动车钩工作原理及故障分析

年 级:2008级 学 号:20087739 姓 名:李富国 专 业:铁道车辆 指导老师:王海军

2012年6月

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院 系 峨眉校区机械工程系 专 业 铁道车辆 年 级 2008 姓 名 李富国 题 目 CRH1A型动车组自动车钩工作原理及故障分析 指导教师

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毕业设计（论文）任务书

班 级 2008级铁道车辆 学生姓名 李富国 学 号 20087739 发题日期：2012年2月27日 完成日期：毕业当年的 6月15日 题 目 CRH1A型动车组车自动车钩工作原理及故障分析 1、本论文的目的、意义 目前，我国铁路正处在高速发展阶段，动车组在引进加拿大、德国、法国、日本的技术后，通过消化、吸收，已逐渐掌握了关键技术，并设计、生产了拥有自主知识产权的动车组。而动车组投入商业运营的时间不长，需要监测各运行阶段的状态，发现运行中出现的问题。自动车钩是用于多重列车车组的编组连接，其可靠性是行车安全的保障，因此有必要对其工作原理和检修记录进行分析，找出故

障及其原因，提出解决方案，以确保运行的安全。

2、学生应完成的任务 通过对CRH1A型动车组的自动车钩工作原理、载荷传递、运

行情况进行分析，列出常见故障，并分析其原因，提出解决方案。具体任务如下：

（1）毕业论文一本；

（2）六千外文字符的翻译；

（3）绘制CRH1A型动车组自动车钩的三维图； （4）使用软件对CRH1A型动车组自动车钩的强度进行计算与校核。

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3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）

第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 第八部分 第九部分

备 注 参考文献：（1）《车辆工程》；（2）《CRH1A型动车组》；（3）《机械设计》；

收集资料及实习，确定设计思路和设计方法 (2周) 完成六千外文字符的翻译 (1周) 分析CRH1A型动车组自动车钩的运用情况及常见故障 (1周) 分析CRH1A型动车组自动车钩的构造与工作原理 (2周) 分析自动车钩的载荷传递情况，并确定其载荷值 (1周) 绘制自动车钩三维图

(2周) (3周)

利用软件对自动车钩进行强度计算与校核

提出CRH1A型动车组自动车钩的故障解决方案 (2周) 毕业论文的书写

(2周)

（4）《动车组牵引与制动》；（5）《高速动车组总体及转向架》

指导教师： 审 批 人：

年 月 日

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摘 要

CRH1A型动车组自动车钩通常用于连接两列短编动车组，承受来自列车的纵向作用力，其性能关系到CRH1A型动车组运行的安全性和平稳性。CRH1A型动车组的检修人员需要对其自动车钩的构造、工作原理有深入的认识，并能分析其故障，寻求解决故障的方法。

本文分析了CRH1A型动车组自动车钩机械连接、电气连接和空气管路连接主要部件的结构及其作用，待挂、连接和解钩三态作用的工作原理，绘制了CRH1A型动车组自动车钩的三维造型。对自动车钩进行受力分析，采用有限元分析软件建立主要受力件的分析模型，计算在规定的两种工况时的静强度，通过计算得出应力较大的部件及其位置，这也是自动车钩可能会出现问题的部位，然后对自动车钩进行机械损伤分析。对壳体和钩头内部关键零件进行了模态分析，判定车钩不会产生共振。根据其关键位置容易出现的不同问题，将故障分为脆断、机械故障、解钩故障以及电气故障进行分析，并给出相应的解决措施。提出了日常维护时的注意事项。

根据理论的分析， CRH1A型动车组自动车钩不存在设计缺陷，只要确保日常检修的符合规范，就能保证自动车钩的安全实用，从而降低事故的发生率。

关键词： 动车组；自动车钩；工作原理；强度；故障

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Abstract

The EMU CRH1A type automatic coupler is usually used to connect two short compilation of EMU, and to withstand the longitudinal forces from the train. Its

performance is related to the security and smooth of the type of CRH1A. Maintenance staff should be familiar with the automatic couple’s structure and working principle, and analysis its failure to seek a solution to the failure.

This paper analyzes the EMU CRH1A type automatic coupler mechanical connection, electrical connections and air pipe to connect the main components of the structure and function, to be hung, connecting and uncoupling tri-state the role of the hook of the reconciliation works as well, and then the paper has drawn the automatic coupler CRH1A type EMU three-dimensional shape. The paper has finited element analysis software to establish the mainly affected component’s analysis model to calculate the static strength in the provisions of the two conditions, obtained by calculating the stress components and their locations, where problems may arise, Then this paper has analyzed the automatic couple’s. Modal analysis of the key parts of the shell and inside the hook has been done, to determine the coupler does not produce resonance. According to its key location prone to different problems, the fault is divided into brittle fracture, mechanical failure, the failure of the uncoupling and electrical failure analysis. At last ,the paper gave and gives the corresponding solutions, and precautions for routine maintenance.

According to the theoretical analysis, the EMU CRH1A type automatic coupler design flaw, as long as routine maintenance to ensure compliance, we can guarantee the security utility of the automatic coupler, thereby reducing the incidence of accidents.

Keywords：CRH1 EMU; automatic coupler; working principle; strength checking; breakdown

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目 录

第1章 绪论 .......................................................... 1 1.1 本文背景与意义 ................................................... 1 1.2 本文主要内容 ..................................................... 2 第2章 自动车钩结构及工作原理 ........................................ 4 2.1 概述 ............................................................. 4 2.2 机械连接装置 ..................................................... 5

2.2.1 钩头........................................................ 5 2.2.2 钩身........................................................ 6 2.2.3 闭锁装置.................................................... 8 2.2.4 解钩气缸.................................................... 9 2.2.5 缓冲装置.................................................... 9 2.2.6 连接卡环................................................... 10 2.3 电气连接装置 .................................................... 10

2.3.1 电动端头................................................... 11 2.3.2 控制机构................................................... 11 2.4 压缩空气连接装置 ................................................ 12

2.4.1 制动空气管路............................................... 12 2.4.2 主风缸空气管路和解钩管路连接............................... 14 2.5 车钩三态作用原理 ................................................ 14 2.6 自动车钩技术规范 ................................................ 16 2.7 本章小结 ........................................................ 17 第3章 自动车钩损伤理论分析 ......................................... 18 3.1 自动车钩受力分析 ................................................ 18

3.1.1 自动车钩钩头各部件受力..................................... 18 3.1.2 缓冲装置受力过载分析....................................... 21 3.2 车钩有限元强度校核 .............................................. 23

3.2.1 概述....................................................... 23

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3.2.2 零件实体造型............................................... 25 3.2.3 各部件校核数据及结果....................................... 28 3.3 模态分析 ........................................................ 33

3.3.1 概述....................................................... 33 3.3.2 分析条件设定............................................... 34 3.3.3 结果处理................................................... 35 3.4 本章小结 ........................................................ 37 第4章 损伤和故障及其解决方案 ....................................... 38 4.1 机械失效分析 .................................................... 38

4.1.1 机械失效常见形式和分析..................................... 38 4.1.2 机械失效的原因............................................. 39 4.1.3 失效分析的意义和设备使用中应注意的问题..................... 39 4.2 自动车钩机械损伤分析 ............................................ 40

4.2.1 低应力脆断................................................. 40 4.2.2 整体断裂................................................... 41 4.2.3 自动车钩零件表面的破坏..................................... 42 4.3 机械故障 ........................................................ 42

4.3.1 连挂故障................................................... 43 4.3.2 解钩故障及车钩分离......................................... 43 4.4 空气连接部件故障 ................................................ 44 4.5 电气头操作和电气头故障 .......................................... 44 结论及展望 ........................................................... 46 致 谢 ............................................................. 47 参考文献 ............................................................. 48

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第1章 绪论

1.1 本文的背景与意义

2007 年 4 月 18 日，中国铁路第六次大提速正式实施，在京哈、京沪、京广等干线大量开行具有自主知识产权的时速 200 km 至250 km“和谐号”高速动车组列车。 这标志着中国铁路一举进入高速时代。目前，我国高速铁路的营业里程已达7531km，成为世界上高铁运营里程最长的国家。在此过程中我国系统的掌握了动车组的九大关键技术。在自主研制350公里动车组时，我国展开了系统的创新，在轮轨动力学、气动力学控制、车体结构、转向架、牵引系统、制动系统、环境控制、系统集成等制约速度提升的关键技术上实现了重大突破。在大量科学研究试验和运营经验积累的基础上，再开展一系列技术创新，成功研制时速 380 公里新一代高速列车，用于京沪高铁。在这一台阶，我们在流线型头型、气密强度与气密性、振动模态、转向架、减振降噪、牵引系统、弓网受流、制动系统、旅客界面、智能化等十大关键技术上取得了重要突破。

CRH1A型动车组是第一批引进消化吸收的动车组。目前，成都铁路局的20组动车组（CRH1A021~CRH1A040）承载着两条时速200km/h的高速线路，4.2万人的日均发送量。未来10年将新增营业里程1200公里，新建成成绵乐客运专线、成都至都江堰铁路彭州支线高速客运专线。

当然，任何设计都会出现问题，本文将对CRH1A自动车钩在运营过程中出现问题应用现有的资料和已掌握的知识和技能对其故障做一分析。分析思路大致为：先是对自动车钩的工作原理做介绍；然后用CATIA V5R20和ABAQUS 6-11.1对自动车钩做强度和模态分析；最后把分析的结论和现场运用过程中出现的故障进行对比分析，提出一些运行应注意的问题以及简单的设计要求。

目前，世界上的机车货车车钩主要是以美国研制的E型和F型车钩为主，主要生产厂家有ASF·Keystone公司、McConway&Torley铸钢公司以及哥伦布铸钢公司等。这些公司开发能力都很强、专业化生产程度高、生产规模大；他们大都采用计算机控制的大型电炉熔炼、潮模砂冲击造型生产线等现代化铸造设备，铸件采用Pro／

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E三维CAD设计，Pro．Mechanica FEA有限元应力分析和铸造工艺凝固模拟等先进技术。这些公司平均日产车钩数百套。客车用车钩主要以德国的Schaku(已被福伊特公司收购)方锥形密接车钩最具代表性，瑞典Dellner公司生产的车钩与Schaku公司生产的车钩基本相同，其中Schaku密接式车钩装置占据了欧洲高速列车的大部分市场，德国ICE系列与法国TGV系列高速列车全部装用Schaku密接式车钩。我国能批量生产客车密接式车钩缓冲器的还只有四方车辆研究所，直接参与的有300-400人，目前通过消化改进技术国外技术已经生产出国产化的密接车钩用于试验。相对于欧系的旅客列车而言，在日系车辆中主要采用的是柴田式自动车钩。

本文是除了本科毕业设计的一部分之外，还是作为成都铁路局实习的一部分。从我国铁路大提速以来，经历的时间并不是很长，和谐号动车组开行时间就只有几年的时间，而国外已有很多年的经验。国外的动车组上的自动车钩主要是沙库车钩，Deller车钩和日本的差事自动车钩，而CRH1A型动车组采用的车钩是Scharfenberg type10 型自动车钩，是相对于其他型号较为稳定的，没有在使用过程中出现大的故障，是很可靠的自动车钩。目前CRH1A的使用已有3~5年的时间不等，已经机械设备故障的高发阶段，处于平稳状态。

成都铁路局管辖内成都-遂宁-重庆北高铁线路现阶段配属的动车组为CRH1A型动车组，旅客较多，因此，动车组重联的情况也就多了。这样就要求在调度使用动车组是考虑整体的情况，使动车组所有的自动车钩都基本处于同一个使用状态。这就需要我们掌握车钩在使用过程中的故障，或者是正常磨耗带来的影响，这样才能制定科学的调配制度。本文就通过软件对实际问题进行论证分析，求证故障的根本原因，以提出科学的使用方法和规范的故障处理程序，以及预防故障应注意的地方。以负责人的态度确保乘客以及列车的安全。

1.2 本文的主要内容

本论文主要是利用CATIA建立的CRH1A的三维模型，再用ABAQUS 6.11-1对三维模型进行静强度分析和模态分析，得出应力较大部位和固有频率。利用这些结果提出对时间维护过程当中有效的故障解决方案。本文的主要内容有几下几点： （1）利用已有资料对自动车钩的结构和原理进行介绍，分析了车钩三态作用原理；

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（2）用CATIA软件对自动车钩的钩头做三维造型； （3）用ABAQUS 6.11-1对模型静强度校核和模态分析； （4）对自动车钩常发生的故障进行分析，提出解决方法。

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第2章 自动车钩结构及工作原理

自动车钩是一列多编组车组各编组之间的机械连接部分，车钩中还包括压缩空气连接装置，是连接制动风管和主风缸空气管路。另外还有传输数据通信的电气连接部分。电气连接钩头是活动的，在多重连挂和结构式可以前后推动。

2.1 概述

沙库自动车钩是实现铁道车辆自动连挂的装置。如果两车存在一定的横向和垂向偏移角度，也能实现两车自动连挂。在通过曲线时，允许车辆之间存在一定的横向和垂向的角度，这样就可以就能使两车有相对的转动，而顺利的通过曲线。

自动车钩不仅能使两车自动连挂，而且能使车辆之间需要的电气、通信和空气管路自动连接。车钩钩身上有一个气压控制的缩回装置使车钩在解钩状态下缩回350mm。空气管路的连接是和机械连挂同时发生的。司机可以通过远距离控制车钩解钩，也可以通过车钩本身自带的提杆解钩。车钩头连接面处和电动车钩上都有加热器，可以防止列车在高寒地区运行时，由于冰雪带来故障。

图 2-1 自动车钩总体图

1—车钩头 2—解钩气缸 3、13—空气管路连接4—空气管路连接5—电气钩头操作机构6—车钩钩身8—电气钩头15—空气管路件17—支撑18—电气部件25—空气管路件28—电气部件36—套筒连接43—接地电缆

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2.2 机械连接装置

机械部分是自动车钩的基础部分，一切功能都要在机械部分良好作用的状态下。主要包括钩头、钩身和缓冲器等部分。

2.2.1 钩头

图 2-2 车钩结构

a—凸锥（凹锥） b—车钩连接面 c—连杆 1—棘爪 2—棘爪 3—连杆销4—吊板5—中心轴销 6—拉伸弹簧7—弹簧支座 8—导杆9—车钩头体

自动车钩是CRH1A动车组重联时，保证两组车能够顺利连接，并保持连接状态良好的关键部件，而其中钩头是自动车钩中，起这些作用的关键部分。最小连挂速度要求为0.6 km/h。连挂时，钩锁铁可以提供牢固，无间隙机械，气动和电动连接。只有钩头部分的良好连接方能保证电气连接端头、制动风管、主风管、解钩风管和解钩风缸的安装状态正常。

机械钩头的材料需要采用较高强度的钢，需要有非常高的屈服极限要求，并且还要有较高的能量吸收率。因此，在本文的静强度校核中国，采用ZG35CrMo作为壳体（包括钩头体和凸锥面板）的材料选择。这种材料是经过调质处理和表面喷丸，强度极限大于830MPa。而钩头内部的钩锁铁都是采用的E级钢，材料的强度极限也不

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低于830MPa。

车钩连接面是车钩受压时，很重要的部位。当两车钩相互挤压时，都是通过车钩连前端接面传递受力。端面上配有凸锥和凹锥，可以在车钩连挂时保证车钩的接合和对中。最小连挂速度要求为0.6 kph。连挂时，钩锁铁可以提供牢固，无间隙机械，气动和电动连接。

图 2-3 车钩连接面

1—前接触面 2—凸锥 3—导向面 4—凸锥 5—.导向角臂（杆）

2.2.2 钩身

自动车钩钩身是承受自动车钩钩头到车体的拉伸和压缩的力的部件，具有很好的承受抗冲击的性能，同时具有一定的抗切和抗扭的能力。车钩钩身配有一个连接卡环，车钩解钩时，连接卡环将车钩缩回到前盖板的后面，并且在前盖板打开之后会将车钩伸开到待连挂位置。位于车钩钩身后部的气缸将车钩伸开直到全部打开。车钩钩身由一个气动锁闭装置锁闭在打开位置上。如果要缩回车钩钩身，则必须松开这个气动锁闭装置。当车钩钩身位于缩回位置上时，则车钩钩身由一个内置锁闭螺栓锁闭，其主要的组成部分有自动伸缩装置，闭锁装置，压馈管，中空橡胶垫。

车钩钩身用来连接车钩头和车体底架。车钩钩身包括中空橡胶弹簧。钩身上有一个气动伸缩装置，可控制车钩前后伸缩350mm。一个锁闭机构将钩身保持在各自位置。

如下图2-4所示自动车钩钩身的结构图：

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图2-4 钩身结构

1—板 2—牵引杆 3—橡胶环 4—弹性板 6—衬套 16—衬套 24—润滑油嘴 25—防尘帽 26—盖 30—锁紧垫片 41—开口销 85—气缸 90—闭锁装置

1.连接 车钩钩身的前端配有一个钩环可以通过易分离式套筒连接将车钩钩身连接到车钩头上。车钩钩身的后部通过4个螺拴栓固定在车体底架上。缓冲装置和伸缩装置通过法兰连接。

2.能量吸收 冲击和牵引不一致产生的载荷由中空橡胶弹簧吸收，每个中空橡胶弹簧最大位移量45mm。过量载荷通过车钩传递到车底底架。直至底架上剪切部件作用，车钩被推到底架内。

3.车钩支架 中空橡胶弹簧把车钩保持在直线位置上，除此之外，车钩还配有支撑弹簧（位于车钩钩身和车体底架之间）。车钩位于轨道面之上的高度可以通过两个

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螺栓进行调整。此外，支撑弹簧和中空橡胶弹簧将解钩车钩保持在中线上防止车钩横向摆动。

4.对中调整 中空橡胶弹簧将车钩保持在中线位置上并且使车钩钩身在列车通过曲线轨道之后重新回到轴对称位置。

5.伸缩机构 钩身具有一个伸缩机构，当不连挂时，车钩将收缩，位于前导流罩后面，当需要连挂时，前导流罩打开，伸出车钩，位于车钩钩身后面的气缸将钩身前部连同钩头推倒完全伸出位置，一个气控闭锁机构将钩身锁定在伸出位置，如果需要收回车钩，这个闭锁机构需要重新解锁，在车钩回收位置，钩身将被其内部的一个闭锁栓锁住。

2.2.3 闭锁装置

自动车钩闭锁装置是自动车钩的自动伸缩装置的重要组成部分，两个闭锁栓承受了自动车钩的压缩和拉伸载荷，安装在其上的气缸作为自动车钩的开锁机构。

图 2-5 自动车钩闭锁装置

2—栓；3—中心销；4—杆；5—叉形头；6—拉伸弹簧；7—套管；11—中心销；12—中心销； 13—弹性圆柱销；14—弹性圆柱销；15—开口销；16—滑动轴承；17—消声装置；20—气缸

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自动车钩的闭锁装置在不联挂的时候是处于缩回的状态，此时的自动车钩钩头没有伸出，处于待联挂位置；当需要进行联挂时，在司机室的司机或者在轨道旁的手动操作员按照操作就可以将自动伸缩装置伸出，准备进行联挂。这个装置是半自动车钩和过渡车钩没有的装置，是自动车钩所特有的设备之一，如图2-5为自动车钩闭锁装置结构图。

2.2.4 解钩气缸

图 2-6 自动车钩解钩装置

1—气缸体 2—气缸盖 3—活塞 6—压力弹簧 8 —O-型圈 9— O-型圈 12—六角螺栓 14—沉头螺钉

解钩气缸是作为自动车钩在解钩过程中一个控制部件。它位于自动车钩钩头内部的后端。在解钩过程中，它作用于吊板，是吊板转动，这样就是车钩的平行四边形受力结构脱离开来。

2.2.5 缓冲装置

自动车钩上的缓冲装置有中空橡胶弹簧阻尼器和套筒橡胶垫缓冲器组成，属于屈曲管轴对称屈曲变形型的缓冲器。位于车钩钩身与车底架缓冲两相连接处。

图 2-7 缓冲装置示意图

缓冲装置的工作原理是将车辆连挂（因为此时车辆有一定的连挂速度）或列车运

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行过程中产生的纵向冲击和振动力，通过压缩缓冲装置中的橡胶垫阻尼器和缓冲器等部件来吸收冲击能量，从而减缓冲击和振动，保护车辆不受损坏，提高列车运行平稳性。

缓冲装置的性能主要表现在阻尼器和缓冲器的形成、最大作用力、容量和能量吸收率，等等。行程是指阻尼器和缓冲器售后产生的最大变形量；足底啊作用力是阻尼器和缓冲器在变形量最大时所受的外力；容量是阻尼器和缓冲器在被压缩的过程中，外力所做的功；能量吸收率是阻尼器和缓冲区吸收冲击能量的能力，要求不低于70%。阻尼器和缓冲器能有效地发挥减振的功能。

2.2.6 连接卡环

通过易拆卸卡环连接方式将车钩钩身与机械钩头连接到一起。卡环连接包括两个套筒。两个套筒由4个六角头螺栓和螺帽连结，螺帽下面有锁闭垫圈紧固。

图 2-8 卡环连接

2.3 电气连接装置

电气钩头采用不同的端子将两列车组间电器连接沟通。车钩电气钩头及其接触方式以下特点：

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1.电缆和接线柱 连接电气钩头罩电缆是防水防变形电缆。电缆引线通过接线柱连接到公针和母针上。插针可从前端更换。

2.通风和排水 电气钩头封罩配有排水塞，可以排放冷凝水。此塞口也用于封罩的通风。触点保护电动车钩配有一个保护盖，保护盖在电气钩头前后移动的时候自动开关。当车钩处于连挂状态时，电气钩头紧密压缩，以确保恒定的接触压力。当处于连挂状态时，一个附着在绝缘块四周的橡胶框使电气钩头连挂时处于密封状态，可以防止水或者灰尘进入，保护接触头不受外部环境的影响。

3.对中 电气钩头封罩配有对中元件，连挂时可以帮助电气钩头对中。电气钩头控制机构位于车钩头的后部包括一个杠杆系统和一个气缸。这个操作机构可以把电气钩头前后移动。

4.电气钩头控制机构传动 电气钩头控制机构动作由气缸（压缩气源来自主风缸管）活塞控制。气源由定向阀控制，电气钩头的连接总是在机械连挂程序之后完成，反之亦然，这样就可以避免对电动接触的损坏。

5.电气钩头手动隔离 电气钩头可以进行独立手动隔离，无需松开机械和气动连接。电气钩头移动时，位于机械钩头凹锥一侧的球形塞门必须关闭。这样就可以把电气钩头手动推回到收起位置。

6.接地电缆 接地电缆接到车钩上，接受电流并旁通非导电部件。接地电缆的位置有两个，意识在车钩头和车钩身之间，二是在车钩钩身和车体之间。接地线束包括直径500mm2的电缆。

2.3.1 电动端头

电气端头是两辆重联动车组的电气和通信连接的头，电气端头只有在使用过渡车钩回送动车组时可以不用，其他时候都会投入使用的。线缆的电压有110V的车辆基本应急的电压和控制所用的通信电压（如图2-9）。

2.3.2 控制机构

电气端头控制机构位于车钩头的后部包括一个杠杆系统和一个气缸。这个操作机构可以把电气端头前后移动。电气端头同自动车钩钩头的简介情况如图2-10所示。

电气端头控制机构传动：电气端头控制机构动作由气缸（压缩气源来自MR管）

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活塞控制。气源由定向阀控制，电气端头的连接总是在机械连挂程序之后完成，反之亦然，这样就可以避免对电动接触的损坏。其中电气端头控制机构如图2-11所示。

图2-9 电气端头示意图

图2-10 电气端头控制机构侧视图

电气端头手动隔离：电气端头可以进行独立手动隔离，无需松开机械和气动连接。电气端头移动时，位于机械钩头凹锥一侧的球形塞门必须关闭。这样就可以把电气端头手动推回到收起位置。

2.4 压缩空气连接装置

2.4.1 制动空气管路

制动管（制动管路)的空气管路连接设置在车钩连接面上并安装装在罩壳内。接头的接口件（包括插口和垫片）突出车钩连接面约8mm,在连挂时被压到配合车钩的接口件上，保证了气密性。一个止挡弹簧防止接口件掉落。空气管路接头配有一个由钩锁铁控制的阀门。阀门保证制动管在连挂和解钩时的自动开关。在车钩断开的情况下，制动管路保持打开状态，启动自动停车动作。

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图2-11 电气端头伸缩机

图 2-12制动空气管路连接示意图

3—衬套 5—阀片 6—橡胶环 7—密封圈 8—密封圈 11—插口 13—橡胶管 14—密封圈 17—压力弹簧 23—止动弹黄 26—阀芯 30—压力弹簧 34—内六角螺栓 36—沉头螺钉 38—内六角螺栓 40—内六角螺栓 44—锯齿形锁紧垫片 46—锁紧垫片 48—紧固垫片 56—凸轮销

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2.4.2 主风缸空气管路和解钩管路连接

主风缸管路和解钩管路的空气管路连接设置在车钩连接面并安装在一个腔室内。接头的接口件突出车钩连接面约8mm,在连挂时被压到配合车钩的接口件上，保证了气密性。一个止挡弹簧防止接口件掉落。主风缸管的空气管路连接配有一个压力阀确保车钩解钩时MP管处于关闭状态。连挂时，配合车钩的簧压阀门推杆保证MP管路处于开放状态。解钩管的空气管路连接只有在解钩时才导入空气所以不需要压力阀门但是包括一个压缩弹簧。

图 2-13 MRP和UP管路连接

1—空气管路连接 2—解钩管 3—接口密封件 4—阀门推杆 5—压缩弹簧

解钩管路通过一个铜管连接到对应的空气管路上。空气管路通过旋转螺拴和管接头连到空气过渡头和机械钩头上。这些配件不在标准车钩部件供货范围之内。主风缸管和制动管路管座和软管。这些部件管座和软管固定在空气管路接头阀门的后部，用于沟通车体空气管路和车钩空气管路。

2.5 车钩三态作用原理

机械钩头和钩锁铁确保两节车厢的机械连挂。其表面带有一个凸锥和一个凸锥可

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以允许车钩在一个比较大的横向和垂向范围内自动对中。这个接合对中范围通过一个导向角和一个安装在车钩连接面一侧的伸展器来控制延伸。

机械钩头的连接面带有一个宽平边可以吸收缓冲载荷。牵引载荷通过钩锁铁（吊板，连杆，中心轴销，拉伸弹簧，弹簧支座，带有导杆的棘爪）进行传递。通过机械钩头和车钩钩身传递拉伸和压缩载荷传递，并经过车钩钩身端部的中空橡胶环缓冲为限定载荷。任何超出缓冲装置的吸收能力的载荷均被传递到车体底架上。

1.待连挂状态 在这个操作位置上，两岸缩回到靠近凸锥边缘的位置，有一个棘爪固定。吊板被弹簧拉紧。棘爪突出车钩头一侧并且卡在导杆上。车钩和制动空气管

路的位置结构如图2-14所示。

图 2-14 待连挂时钩头和制动空气管路示意图

2.连挂状态 当车钩面向配合车钩时，凸锥把导杆向后压与只当上松开的棘爪密贴。这个动作，使得钩锁铁通过拉伸弹簧转向连挂位置知道连杆咬合到吊板上（吊板压在车钩头的一个止挡上）。

连挂之后，钩锁铁形成一个平行四边形以确保力的平衡。钩锁铁只收到均匀作用在连杆上的拉伸载荷。钩锁铁与制动空气管路的状态如图2-15所示。

图 2-15 连挂时钩头和制动空气管路示意图

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3.解钩状态 解钩可以通过司机室远程控制完成或轨道侧手动完成。遥控解钩，按下按钮，车钩头内的气缸充满压缩空气，推动活塞杆向前移动，转动钩锁铁上的吊板，连杆松开。手动解钩，只有在紧急情况下，才进行手动解钩。

图 2-16 解钩状态时钩头和制动空气管路示意图

解钩时，压缩弹簧吊板转动直到连杆从吊板上脱落。当棘爪咬合到导杆时钩锁铁的位置就固定住了。当两车移开之后，弹簧和止挡向前移动并松开棘爪。钩锁铁被拉伸弹簧牵引转动直到棘爪卡到导杆止挡上。钩锁铁与制动空气管路的状态如图2-16。

4.连挂范围 图2-17描述了10型车钩头的连挂范围。自动接合连挂可以在阴影所示范围内完成。这个连挂范围图示适用于直轨上的连挂。在曲线轨道上连挂时，连挂连挂范围减小。安装在车钩头接面上的导向角增加了车钩的连挂范围。

图 2-17自动车钩机械钩头形状及偏移连挂范围

2.6 自动车钩技术规范

根据由中外合资企业青岛四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司(BSP)生产的

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CRH1A型动车组时，所采用的产品规范，列出关于自动车钩的技术规范。

表2-1 技术规范

耐压 拉伸 车钩身伸开后车钩长度 车钩身缩回后车钩长度 车钩重量 屈服强度 屈服强度 从表接面到中心轴销 从表接面到中心轴销 带电缆 1500kN 1000kN 2095±5mm 1745±5mm 约480kgs 约45mm approx.45mm 350mm 带有中空橡胶弹簧和套筒的车钩钩身 中空橡胶弹簧的行程 拉伸 电动车钩 加热器 车钩最大摆动连挂所需要最小速度 可移动触点 插座接点 插头接点 盲座 车钩头加热 水平方向 中空橡胶弹簧的行程 压缩 套筒冲程固定出点 最大A 最大A 最大A 最大A 110V，80W 110±11.5o 约±3.5o 0.6km/h 2.7 本章小结

本章把自动车钩按照机械装置、电气连接部分和压缩空气连接部分，做了较详细的各个部件的结构，以及工作原理。在机械装置部分，详细的阐述了各部件之间配合以及相互作用的原理。机械部分是保证其他两部分起作用的重要前提，因此其稳定性也是整体车钩的关键。只有连接紧密才来保证电气装置和空气管路的正常连接。

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第3章 自动车钩损伤理论分析

3.1 自动车钩受力分析

车钩在动车组运行中，若是受拉力，则是拉杆先受力，最终传递到缓冲器上；若是受压力，则是车钩断面先受力，最终传到缓冲器上。因此以下在做受力分析时，是先分析钩头各部件的受力，再对缓冲器受力过载的情况做分析。

3.1.1 自动车钩钩头各部件受力

自动车钩的钩体内外承受的力是有所区别。当重联动车组起动和加速时，由车钩头内部的结构来承受拉力，传递到钩头体上的也是拉力。车钩受力部件有：车钩头体、中心轴销、吊板、连杆销、连杆。重联动车组起动时，车钩钩头部分与钩身是紧密连接，车身与缓冲装置是紧密连接，只有在车钩头部分才是有缝隙，所以在，两车产生纵向相对运动时，是钩头先受到拉力。

图3-1 车钩内部受力示意图

钩头部分力的传递依次则是（如图 3-1）：

连杆→连杆销→吊板→中心轴销→车钩头体→连接卡环。

自动车钩能够承受的最大拉力为1000kN。此时橡胶垫缓冲装置在承受最大的拉伸时形成为45mm。

车钩的纵向力也就是动车组牵引、阻力和制动力。车轮与钢轨黏着力是给动车组

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提供纵向的，因此当牵引力大于黏着力，或者是制动力大于黏着力时都会使车轮在钢轨上打滑，产生脱轨的危险。一般不会使动车组在处于临界黏着力的情况下起动，只有紧急制动时，才会在接近黏着力的情况下制动。动车组运行时都会有阻力。动车组只有在重联或者是救援时才会使用自动车钩。而救援是使用的过渡车钩的最大受拉强度为450kN，小于自动车钩的1000kN受拉强度，因此在考虑自动车钩受力是不需要考虑在救援时自动车钩的受拉强度不满足要求的情况。以下是在动车组重联时，在最大的牵引力情况下对自动车钩的强度进行校核。

重联动车组的加速度计算： 根据牛顿第二定律F?Ma：可得

F??M车a?R （3-1）

式中，F?—动车组所提供的黏着牵引力

M车—动车组的总重量（采用定员质量作为计算）

R—列车运行阻力 CRH1A的平均轴重为： m?4748?4?14.8125t （3-2）

由于动车轴要比拖车重，故取动车轴重为： Q?15t （3-3） 因此，重联动车组的黏着重量 P??nQ?20?15?103?10?3000kN （3-4） 而黏着系数 ??27.2v?85

27.2(kN) （3-6） ?F??p????3000? v?85（3-5）

运行时的基本阻力公式为：?因此运行阻力为：

?(5.2?0.0252v?0.000677v)/9.81(N/kN)

2R?2M??2?474?10?(5.2?0.0252v?0.000677v)/9.81?96.636?(5.2?0.0252v?0.000677v)(N)22 （3-7）

故： F??3000?27.2v?85?474?2a?96.636?(5.2?0.0252v?0.00067v7)/10002

（3-8）

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化简得：

20400?237a?0.125632?0.6?10?3 v?85v?1.635?10?5v2 （3-9）

得到如下所示的v?a关系图表：

图3-2 速度与加速度关系图 表3-1速度与加速度关系

速度v(km/h) 加速度a(m/s)20 1.01 5 0.99 10 0.98 15 0.96 20 0.95 120 0.73 根据自动车钩的拉伸屈服强度计算： 由牛顿第二定律：

F牵?Ma?f? （3-10）

带入数值得 ：

1.0?106?4.74?10a?4.74?10?(5.2?0.0252v?0.000677v)/9.81532 （3-11）

由于起动时的牵引力最大，而此时的速度为0，所以可以得：

a?2.1m/s （3-12）

2因此，车辆黏着牵引力能提供的最大加速度为1.01m/s2，而车钩能接受2.1m/s2重联动车组的加速度，所以在正常运行中，只要保证车轮不打滑，就能保证车钩不断裂。在下文的静强度校核中，仍采用最大的1000kN拉力对车钩强度校核，这样可以

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满足在运行中的牵引力最大的要求。根据受力的传递情况，设置车钩钩头体和图追面板之间的装配关系，这样来保证壳体的受力情况满足实际要求。而每只拉杆承受的拉力则是整个拉力的一半，也就是500kN。由于吊板与拉杆组成平行四边形，两端受力是同一方向，在计算时，两端受力均采用500kN。

当重联动车组承受的是压力时，拉杆承受的是压力。钩头体上不仅有中心轴销沿各自车体方向的压力，还有车钩接触面的压力。这样就使车钩在钩面和中心轴销孔之间承受一定的拉力，而在中心轴销孔到钩头的尾部之间承受的是压力。根据研究的要求，车钩头体的最小拉压强度为830MPa，整个车钩的纵向耐压强度为1500kN。因此，内部零部件强度在满足1500kN的强度要求，而又能使传递到钩头体上的力产生的应力又不大于830MPa，这样才能保证整个车钩的强度要求。零件由于车钩在正常使用的工况下所受的载荷远低于拉压强度，即使在纵向力很大的作用下，由于强度不足发生断裂的可能性也不大，但在实际使用过程中可能在远低于断裂强度的循环载荷作用下发生疲劳破坏，所以从提高钩缓装置强度的角度出发，本论文研究车钩的强度以830MPa作为衡量极限的标准。

自动车钩外壳就承受了受拉和受压两种情况，在承受压缩载荷的时候，最大的情况为1500kN，力的传递过程为车钩前端面→车钩头外壳→卡环→钩身→橡胶垫→车体底架。

但是沙库10号自动车钩在必要的时候能将承受的最大的1500kN的压缩载荷提高到2000kN，这是沙库自动车钩的一个主要的特点。主要是用于提高自动车钩的在高速振动和冲击的情况下自动车钩的受压载荷的能力，但是本论文的强度计算的加载的力仍然采用1500kN来计算。

3.1.2 缓冲装置受力过载分析

车钩的缓冲装置是车辆中非常重要的一门技术。车辆连挂时一般都有一定的较小速度要求，连挂的速度是依照缓冲装置的容量而设定。所以车辆遁形时速度控制难度就较大，如果超过了设定的连挂速度，缓冲器就有可能被全部压死。车沟里直接传递给车体低价，造成刚性冲击，会对车体上设备及人员安全造成一定的伤害。因此，欧洲的车辆制造商在研制车辆时均要求安装过载保护吸能装置。目前，国内的地铁轻轨市场大多采用欧洲的带有过载保护装置吸能装置的车钩缓冲系统。

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目前，国外使用的过载保护吸能装置一般有两大类：

1.屈曲管 主要有方管、矩形管、锥形管和正弦形式薄壁梁，这类原件主要用于车辆端部的吸能结构设计上，如车辆端部的防爬器。

2.套筒式 按其工作原理分，主要有扩张式、收缩式、折叠式等。其中，扩张式和收缩式多与钩缓装置集成在一起使用；折叠式多单独使用与车辆端部。在安装空间上，折叠式占有的空间较大，其余两种占用的空间基本相同。在结构上，折叠式有圆形、方形或方锥形等结构；扩张和收缩式多为圆筒形结构。

目前屈曲管应用较多的是圆管和方管。常见的变形方式主要有轴对称区区和翻转变形两种。国内的地铁、轻轨车辆，以及CRH1、CRH3、CRH5型动车组均在车钩缓冲装置中集成过载保护装置。橡胶减震垫的作用主要是列车的两列编组的动车组之间的具有相对的加速度和减速度时作为缓冲装置的作用，以减少动车组的车体底架的冲击作用。或者是在两列编组的动车组在过去曲线时以保证两个重联上的自动车钩以适应列车过曲线时的弯曲。承受的主要是列车方向上的纵向冲击力。

承受的压缩最大载荷为1500kN，最大的拉伸载荷为1000kN。最大的压缩和拉伸变形都是为45mm。

轴对称屈曲最早用于带有垂直燃料管道的原子反应堆的安全结构设计中，最先由J.M.Alexander 对其吸能原理进行理论分析，引入了塑性铰的概念，并确定了计算模型。屈曲变形所吸收的能量分为两部分：塑性铰弯曲所吸收的能量和塑性铰之间耳朵直臂伸张变形所吸收的能量。

屈曲管稳态力计算公式为：

312

Pm?6Ret2D （3-13）

式中：Pm—材料的屈服强度/Pa； t—屈曲管壁厚/m D—屈曲管中性面直径/m 基本参数及计算

过载保护吸能装置容量计算可按照动力学的方法计算，也可按照经验公式进行计算。G Lu（英）通过对Alstom公司列车的计算分析认为，可用首车的动能直接作用于被冲击车辆，而忽略冲击车辆数量。

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首段能量的计算公式为：

Ed?R12fd?12mv2

（3-14）

式中：

—动能吸收率； —动力系数；

m—首车质量； v—冲击速度。

上述能量计算公式为Alstom公司的经验公式，可做参考，但不一定使用与其他公司的能量设计计算。

根据以上的公式计算出来的材料屈服强度和吸能要求，可以选择过载保护装置的橡胶材料。

3.2 车钩有限元强度校核

3.2.1 概述

根据现有文献，自动车钩的强度研究主要集中在对钩体及其内部连接件的强度分析。

由于车钩在正常使用的工况下所受的载荷远低于设计载荷，即使在纵向力很大的作用下，由于强度不足发生断裂的可能性也不大，但在实际使用过程中，可能在远低于断裂强度的循环载荷作用发生疲劳破坏，所以从提高钩缓装置强度的角度出发，认为车钩的强度以屈服极限作为衡量极限比较合理。

目前对车钩的强度分析还没有统一的认识，欧洲主要是以屈服极限作为强度分析的标准，日本则是以断裂强度作为强度分析的标准，并且每个国家都没有具体的执行标准，具体标准都是各个缓冲器生产企业根据需要自行制定强度的分析准则，计算方法很多，最初就是通过现场试验来验证简单的强度计算，后来运用自行编写的程序进行分析、计算，现在基本上是应用3D建模软件建立缓冲器的实体模型，通过计算得出自动车钩上的受力，然后用有限元分析软件进行有限元分析。

1.强度校核方法 本文采用CATIA V5R20软件对车钩头进行三维实体造型，并

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在此三维软件中简单装配，从而进一步确定三维实体的形状和尺寸。由于软件之间存在一定的格式接口，强度校核采用的是ABAQUS 6.11-1，可以将三维的造型实体直接导入其中，这样就能实现三维造型与强度校核数据之间的无缝连接。并且ABAQUS 6.11-1也能进行模态分析，减少学习软件所需的时间。

2.实体造型方法 三维实体造型是一个既要考虑零件本身的形状尺寸要求，又要兼顾强度校核的要求的艰巨任务。本文涉及的车钩模型造型是，先考虑车钩本身的形状尺寸要求，在此基本完成的情况下，再导入强度校核软件中。

在造型时，先根据原理图，以及相关的数据要求将每个零件的形状确定，然后再进行装配。由于车钩有待连挂——连挂——解钩三态，根据这样要的运用要求，就能将各个部件的位置和形状确定。

图 3-3 未倒角示意

由于有限元强度校核，基本的原理就在与将实体网格细化。在造型上合理的一些结构，到了网格划分是就会出现许多的损坏单元，这样就会使强度校核时不准确，或者是根本就不能分析。本文在三维实体导入ABAQUS 6.11-1之后，网格划分出现了许多问题，主要是在车钩头体和吊板部分。车钩头内部必须要满足内部部件安装的运用的要求，因此产生形状特殊的结构。而吊板也有特殊要求，这样才能使两连杆和两吊板连挂成平行四边形，并且稳固的结构。在划分网格时，有一些边的小半径倒圆角

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部分，会出现这个边上的应力单元全部是损坏的。为了满足校核的要求，本文涉及的三维造型，就为上述的边去掉了倒圆角（如图3-3）。

由于倒圆角肯定是减少应力集中的，也就是将实体的结构受力情况变好，所以不用考虑倒圆角对强度校核的结构影响。

3.强度校核要求 本文涉及的强度校核最大的应力?max要小于材料的需用应力

???=830MPa。对于依次断裂来说，应力不得超过材料的强度极限；对疲劳破坏来讲，

应力不得超过零件的疲劳极限。

3.2.2 零件实体造型

零件造型是强度校核的基础，因此在造型时，需要兼顾原理及强度校核的要求。 （1）车钩体与凸锥面板 钩头的壳体部分是整体铸造的，但是为了内部部件的安装，需要将壳体分为两部分，本文壳体造型时是将其分为两部分，一部分是钩头体，另一部分是凸锥面板。在造型式，先将整体大致的形状做出来，然后使用壳体命令，这样就使车钩头每个部分的壁厚都是相同的。然后就在其前端面处直接建立凸锥面板。

图 3-4 车钩体育凸锥面板造型

将凸锥面板先与钩头体做成一个部分。完成此步骤之后，再将保存文件复制一份，并命名为凸锥面板，在用截断命令，沿面板的后端面截断实体，保留面板部分。而车钩头体则是保留另外一部分，这样就可以减少由于数据之间衔接需要的工作量。上述步骤完成之后，再对一些部位进行形状修改，最终得出如图3-4所示结构。

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（2）钩头内部零件 钩头内部部件有：钩锁铁吊板、中心轴销、连杆以及连杆销四大部件。

由于解钩风缸、拉伸弹簧以及弹簧支座在车头拉伸和压缩时都不是承力部件，只是作为车钩的控制部件，所以不需要强度校核分析。根据内部零件之间的衔接和动作要求，造型的结果如图3-5。

图3-5 吊板、中心轴销、连杆和连杆销的三维造型

2. 强度校核步骤 ABAQUS/CAE将各种的功能集成在各模块中，能够通过操作简便的界面进行建模、分析、任务管理和结果评价。其优点在于，每个数据输入步骤都是一个模块，有数据的树形结构图。也有操作性强的模块化命令。使强度校核的数据输入很有条理性。

强度校核的数据输入有以下模块化步骤：

1.部件模块 部件模块是ABAQUS实体建立的步骤。可以就在ABAQUS中建模实体模型，不过比较复杂，实用性较低。本文所涉及的车钩头形状较复杂，所以就利用此软件的CAD模型接口，将上文所提及已经涉及好的CATIA的CAD模型导入

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其中。

2.属性模块 在此模块中可以进行材料和截面特性的设置以及弹簧、阻尼器和实体表面壳的定义等。本文为校核车钩头强度，所以只需要对模型的材料及截面特性进行设置。

3.装配模块 部件模块中创建或导入的部件，都是在局部坐标系下进行的。对于多个部件构成的物体，必须将其在同一的整体坐标系中进行装配，时期成为一个整体，这部分工作在装配模块中进行。

4.分析步模块 此模块主要用于分析步和输出的定义，也可以进行求解控制盒自适应网格划分的设置。在相互作用模块定义接触和在载荷模块中施加载荷和边界条件前，需要创建分析步，选择在初始步还是分析步中设置接触边界条件，载荷则只能在分析步中。

5.相互作用模块 此模块主要用于定义装配件各部分之间的相互作用、约束和连接器，故在进入该模块之前，用户需要在装配功能模块中创建装配件并完成各部件实体的定位。相互作用包括接触、弹性基础等。

6.载荷模块 此模块主要用于定义模型装配件的载荷、边界条件、预定义场和载荷状况。在定义这些数据时，都需要选择事先创建好的分析步。

7.划分网格模块 此模块主要用于CAD模型网格划分，是对于整个分析结果相当重要的一个步骤。网格划分与其他几个步骤没有先后的顺序，不需要选择其他的步骤结果。所以是一个独立的操作步骤。只要在数据提交之前就能保证此步骤的正确。

8.分析和后处理 设置完各种数据之后，先要在分析作业模块中创建作业，提交分析得出结果之后才能对结果进行后处理。

由于本文涉及的车钩头的强度校核，形状较为复杂。在网格划分时难度很大，选择六面体划分时，很多不能得处网格划分的结果。所以主要采用的是正四面体为单元划分。简单零件或者零件区块就采用六面体进行划分。再有，考虑到计算机的分析能力，如果将整体全部装配起来，然后定义所有的相互作用，计较数据之后，计算机就不会响应分析，从而不能得出分析结果。所以本文校核是将各部件单独考虑受力来进行分析。经过试验，车钩头体和凸锥面板能够在装配好之后进行分析，所以就采用装配分析这两个部件受力情况。

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3.2.3 各部件校核数据及结果

如上文提及，分析过程中，将其分为以下若干部分进行分析：车钩头体和凸锥面板、吊板和中心轴销、连杆和连杆销。

1. 车钩头体和凸锥面板强度校核 由于车钩头体与凸锥面板是整个车钩的关键受力部件，并且需要装配在一起进行静强度校核。

（1）材料选取、网格划分和装配关系 车钩头体和凸锥面板使用ZG35CrMo，并经过热处理，表面喷丸，强度极限大于830MPa，分析时取830MPa。根据材料性能可至材料的弹性模量E=210GPa，泊松比为0.28。网格划分采用正四面体为单元自由划分。车钩头体的正四面体单元边长为14mm，网格数为32714个。凸锥面板的正四面单元边上为15mm，网格数为17275个。本文考虑到所用计算机的计算能力有限，就只将图追面板和车钩头体进行装配，并且将两车钩进行连挂装配。网格划分和装配的结果如下图3-6所示。

图 3-6 钩头体和凸锥面板装配及网格划分

（2）相互作用、载荷和边界条件 根据车钩连挂之后的对称状态，需要在凸锥面板和钩头体之间固定约束，即绑定在一起。而两凸锥面板之间就有一定的滑动，即小位移，因此在切向定义摩擦因素为0.12的小位移摩擦，法向定义为硬接触。分析连挂时受力情况，即拉压的情况。工况一定义为压缩，将一车钩钩尾端面进行完全约束，

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另一端加1500kN的压缩力；工况二定义为拉伸，将两中心轴销孔完全约束，在两车钩的钩尾端面施加1000kN的拉伸力。

（3）分析步和分析 根据上述的工况要求需要两个分析步，因此创建两个分析步，设置最大增量步数大小为1000，初始增量步大小为0.1，其余默认设置。然后创建任务，提交任务分析。得出的结果如下图3-7与图3-8所示：

图 3-7 连挂强度校核工况一

图 3-8 连挂强度校核工况二

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工况一的最大应力出现在尾部圆柱与壳体结合处，值为764MPa； 工况二的最大应力出现在尾部圆柱与壳体结合处，值为467.3MPa。

材料的许用应力为830MPa，安全系数为1.08和1.77，大于1，满足静强度要求。 2. 吊板强度校核 在受到拉力时，通过拉杆的传力的作用实现其功能，是保证两车钩连挂的关键零件。

（1）材料选择及网格划分 吊板通过中心轴销和钩头体连接，在钩内部，与连杆相连。吊板的材料选择E级钢，强度极限为830MPa，杨氏模量E=200GPa，泊松比0.4。划分网格式采用正四面体自由划分。正四面体的边长为8mm。

（2）装配和载荷 根据车头的受力情况，可以得出，吊板受是在整个车钩受拉力时。而当整个车钩受拉力时，中间的承力部件就是两根连杆，两根连杆总受力为1000kN拉力。工况一：吊板中心轴处采用完全固定，两侧有连杆的连接，因此两侧的力合力为1000kN，方向一致，都是在连杆一侧。工况二：把连杆和吊板的配合处完全固定，在吊板的中心轴处加力500kN。受力情况如下图3-9：

图 3-9 吊板的两种工况

（3）作业分析和后处理 分析时的两种工况设计两个分析步，两个分析步设置初始增量步大小为0.1，最大增量步数为1000其他值为默认。得出如下的受力云图3-10和图3-11：

工况一：在吊板和连杆销配合的凹陷处应力最大，为128.2MPa；

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工况二：在连杆和吊板配合的凹陷处受应力最大，为172.7MPa。

材料许用应力为830MPa，安全系数为6.47和4.8，远大于1，满足静强度要求。

图 3-10 吊板工况一静强度云图

图 3-11 吊板工况二静强度云图

3. 连杆强度分析 当车钩处于连挂状态时，有拉杆来承受主要的拉力作用。 （1）材料选择及网格划分 连杆通过中心轴销和钩头体连接，在钩内部与两车钩相连。连杆的材料选择E级钢，强度极限为830MPa，杨氏模量E=200GPa，泊松比0.4。划分网格式采用正四面体自由划分。正四面体的边长为8mm。

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（2）装配和载荷 连杆是与吊板配合受力的，当车钩受拉力时首先受力是连杆，两连杆共同受力为1000kN，因此，加在一根两岸上的力为500kN。分析时分为两种工况，一种是将连杆与连杆销接触位置完全固定，在连杆与另一吊板配合处施加沿连杆向外的力500kN，另一种则是将固定位置和加力位置交换。

图 3-12 连杆两种工况示意图

（3）作业分析和后处理 两种工况涉及的两个分析步设置为初始增量步大小为0.1，最大增量步数为1000。得出以下受力云图3-13和图3-14：

图 3-13 连杆工况一静强度云图

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