供應(yīng)【廠家直銷】鐵路貨車機(jī)車鉤尾框

車鉤緩沖裝置是鐵路車輛中具有使車輛與車輛（或機(jī)車）相互連接、牽引及緩和列車運(yùn)行中的沖擊力等作用的裝置，由車鉤、緩沖器、鉤尾框、從板和鉤尾銷等零部件組成。

鉤尾框是車鉤緩沖裝置的重要組成部分，是安裝從板、緩沖器并承受列車車輛牽引力的關(guān)鍵零件。鐵路車輛通過車鉤連掛后組成列車，車鉤是通過鉤尾銷與鉤尾框連接在一起，車輛間力的傳遞見圖1、2所示。 當(dāng)車輛受牽引力作用時，力的傳遞過程為：車鉤→鉤尾銷→鉤尾框→緩沖器→從板→前從板座→牽引梁；當(dāng)車輛受沖擊時，作用力的傳遞過程為：車鉤→從板→緩沖器→后從板座→牽引梁。

圖1

1-緩沖器；2-車鉤；3-鉤尾框；4-鉤尾銷；5-從板

圖2  17型車鉤緩沖裝置

2 鍛造鉤尾框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與特點(diǎn)

2.1 鍛造鉤尾框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在保證鉤尾框的互換性和使用性的基礎(chǔ)上，根據(jù)有限元結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析結(jié)果，結(jié)合鍛造工藝的特點(diǎn)在原鑄造鉤尾框結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)；由原鑄造一體式結(jié)構(gòu)改為主體結(jié)構(gòu)鍛造、整體為組焊式結(jié)構(gòu)，將鉤尾框設(shè)計(jì)拆分鉤尾框框體和連接板兩部分，經(jīng)模鍛、組焊成鉤尾框。焊縫的位置是根據(jù)有限元結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析結(jié)果選在鉤尾框的頭部低應(yīng)力區(qū)內(nèi)，不影響鉤尾框的強(qiáng)度及使用壽命，見圖3所示。在保障產(chǎn)品使用性能及功能的前提下，充分考慮并滿足了鍛造工藝的特點(diǎn)及需要，并可降低制造成本和提高生產(chǎn)能力。

鍛造鉤尾框整體為長回字形空心框體結(jié)構(gòu)，框體為模鍛U型結(jié)構(gòu)；要求在鍛造過程中保證框板和尾部的金屬纖維流向與鉤尾框的受力方向一致；為提高尾部彎角處制造質(zhì)量，要求采用加工方法制造；同時，為提高生產(chǎn)效率，結(jié)合鍛造工藝特點(diǎn)，在鍛造鉤尾框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上取消了原鑄造鉤尾框上的工藝及減重孔。

圖3  16型、17型鉤尾框的應(yīng)力云圖

16型、17型鍛造鉤尾框分別與16型、17型車鉤配套使用，是17型、16型鑄造鉤尾框的更新?lián)Q代產(chǎn)品。16型車鉤通過鉤尾銷與安裝在鉤尾框內(nèi)的轉(zhuǎn)動套連接，由于轉(zhuǎn)動套可以在鉤尾框內(nèi)實(shí)現(xiàn)360°轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)了車鉤與尾框的相對轉(zhuǎn)動功能。17型、16型鍛造鉤尾框見圖4。

                              圖4  17型、16型鍛造鉤尾框

13B型鍛造鉤尾框改變了原13系列鑄造鉤尾框螺栓承載鉤尾銷的型式，采用插入式銷托承載鉤尾銷，提高了鉤緩系統(tǒng)的安全可靠性，可防止鉤尾銷脫落后引起的列車分離事故。13B型鍛造鉤尾框及插托如圖5所示。

圖5  13B型鍛造鉤尾框及插托

2.2 鍛造鉤尾框特點(diǎn)

1)疲勞壽命長,可靠性高

由于鍛件的致密度優(yōu)于鑄件，可避免因鑄造工藝引起的砂眼、氣孔、縮松等特有制造缺陷，尤其是能保證和提高鉤尾框尾部彎角部位的制造質(zhì)量，可明顯提高鉤尾框的疲勞壽命和可靠性、明顯降低鉤尾框裂紋發(fā)生率，能夠有效地防止因鉤尾框斷裂引起的列車分離事故，為列車運(yùn)行安全提供了技術(shù)保障。 

2)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高

鍛造鉤尾框采用E級鍛鋼制造，最小極限載荷為4005kN，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與鑄造鉤尾框強(qiáng)度相當(dāng)，但實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯高于鑄造鉤尾框。在保證產(chǎn)品的可靠性前提下，通過優(yōu)化分析，將原傳統(tǒng)的“鑄造一體式結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)成了“鍛造組焊式結(jié)構(gòu)”，確保其強(qiáng)度分別與16、17型、13系列車鉤緩沖裝置具有良好的匹配關(guān)系。

3)互換性好

16、17型、13B型鍛造鉤尾框可與現(xiàn)有16、17型、13系列鉤尾框（鑄造）互換，與現(xiàn)有16、17型、13系列車鉤緩沖裝置配套使用，具有較好的互換性；16型鍛造鉤尾框同時能滿足翻車機(jī)作業(yè)的要求。

4）減少檢修工作量，降低運(yùn)用成本。

由于鍛造鉤尾框結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐磨性能好、疲勞壽命長，因此可降低運(yùn)用、定檢工作量和費(fèi)用，符合鐵路貨車檢修制度改革的發(fā)展需要。

3  主要性能參數(shù)和主要尺寸

鉤尾框最小極限載荷                            ≥4005KN

鉤尾框*變形（3340KN）                  ≤0.8mm

17型鍛造鉤尾框：

     尾銷孔直徑                              φ92 +0.87-0.35mm

     尾銷孔中心至尾部內(nèi)側(cè)承載面距離         740.5 +1.0-1.8mm

     框身內(nèi)擋高度                              235 +3-1mm

     自重                                     102.2kg

     用途                          70t級、80t級新造貨車

16型鍛造鉤尾框：

     頭部內(nèi)圓直徑                           φ270 +0.2-1.5mm

     框身內(nèi)擋高度                             235 +3-1mm

     鉤尾銷托承載面至尾框中心距離             161+1.5   0mm

     牽引面到尾部承載面距離                   834±2mm

     自重                                       126kg

     用途          適用于不摘鉤翻轉(zhuǎn)卸貨的重載各型貨車

   13B型鍛造鉤尾框

         鉤尾銷孔長度                             106 +1.0-0.8mm

     框身內(nèi)擋高度                             235 +3-1mm

     鉤尾銷孔前端至尾部內(nèi)側(cè)距離               777 +3.0  0mm

     自重                                     100kg

     用途                鉤載重60t級各型貨車及特種貨車

4  靜強(qiáng)度有限元分析及疲勞壽命評估

在技術(shù)方案設(shè)計(jì)時，為保證鍛造鉤尾框的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命具有較好的可靠性，齊軌道裝備公司對17、16型鍛造鉤尾框和13B型鍛造鉤尾框進(jìn)行了靜強(qiáng)度有限元分析，另請北京交通大學(xué)對各種鉤尾框的疲勞壽命進(jìn)行評估分析。

4.1 17型鍛造鉤尾框

根據(jù)有限元分析分析結(jié)果，在萬噸列車工況的1780kN縱向牽引力下，17型鍛造鉤尾框與鑄造鉤尾框應(yīng)力對比見表1。

表1 17型鍛造鉤尾框與鑄造鉤尾框應(yīng)力對比   單位：Mpa

   從表1可看出，17型鍛造鉤尾框各部位應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料屈服極限690MPa，具有較大的強(qiáng)度儲備。

17型鍛造鉤尾框的疲勞壽命評估采用將上海鐵道大學(xué)于90年代初實(shí)測載荷譜放大一倍和線性累積損傷法進(jìn)行計(jì)算分析。

疲勞壽命仿真評估結(jié)果表明：17型鍛造鉤尾框即使在K_f=3 的嚴(yán)重缺陷下（99%可靠度），疲勞壽命能大于500萬公里。由于鉤尾框頭部橫向連接板焊接接頭設(shè)置在低應(yīng)力區(qū)，因此焊接接頭不會出現(xiàn)疲勞強(qiáng)度不足問題。

4.2 16型鍛造鉤尾框

    根據(jù)有限元分析計(jì)算結(jié)果，在萬噸列車工況的1780kN縱向牽引力下，16型鍛造鉤尾框與鑄造鉤尾框應(yīng)力對比見表2。

       表2     16型鍛造鉤尾框與鑄造鉤尾框應(yīng)力對比         單位：Mpa

   根據(jù)計(jì)算結(jié)果，16型鍛造鉤尾框各部位應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料屈服極限690MPa，具有較大的強(qiáng)度儲備。

    16型鍛造鉤尾框的疲勞壽命評估采用AAR M-1001-97“貨車設(shè)計(jì)制造規(guī)范”第7章中的90.7噸漏斗車重車車鉤力載荷譜和線性累積損傷法進(jìn)行計(jì)算分析。

    疲勞壽命評估結(jié)果表明：16型鍛造鉤尾框短壽命部位為尾部外側(cè)中央?yún)^(qū)域﹑尾部內(nèi)彎角區(qū)域﹑框板變截面處和頭部孔邊等區(qū)域，按空重里程1:1考慮，在嚴(yán)厲環(huán)境載荷譜、疲勞應(yīng)力集中系數(shù)取3的嚴(yán)重缺陷下，16型鍛造鉤尾框的重車疲勞壽命大于500萬公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鑄造鉤尾框。

4.3 13B型鍛造鉤尾框

13B型鍛造鉤尾框靜強(qiáng)度有限元分析分別按萬噸列車工況1780kN和破壞載荷4005kN施加縱向牽引力的作用，同時按萬噸列車工況1780kN牽引載荷下鉤尾銷對銷托的作用力118kN對尾框銷托結(jié)構(gòu)施加垂向載荷。

計(jì)算結(jié)果表明，13型鍛造鉤尾框結(jié)構(gòu)在拉伸1780kN工況下尾部拉應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力286Mpa，遠(yuǎn)小于材料的屈服極限690Mpa；在4005KN載荷作用下，尾部拉應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力801Mpa，小于材料的斷裂強(qiáng)度830Mpa，滿足強(qiáng)度要求；13型鍛造鉤尾框銷托部分結(jié)構(gòu)在垂向118kN工況下應(yīng)力為150 Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力400Mpa，強(qiáng)度滿足要求。