铁路货车钩舌热锻成形过程及数值分析的研究

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1、铁路货车钩舌热锻成形过程及数值分析的研究第1章绪论1.1钩舌简介及我国货运车钩概况钩舌位于机车车厢之间，起到传递载荷、保持车距以保证列车正常运行的作用。钩舌与钩头、钩尾框以及缓冲器等组成车钩缓冲装置，如图1.1所示。钩舌作为车钩缓冲系统的主要部件之一，也是受力最集中的部位。虽然，钩舌的型号多种多样，但其结构基本相似，都是由S面、牵引凸缘、尾部止档以及护销凸缘等几部分组成，如图1.2所示。从图中可以看出钩舌的形状非常复杂、过度圆角较小、截面面积比较大，钩舌尾部是非对称结构，并且截面比较多。在北车出口澳大利亚专用货运列车车钩上，为了减轻钩舌的重量，在钩头顶部还专门开设有减重槽和减重通孔，使得钩舌

2、的结构更加复杂。在钩舌整个结构当中，钩舌S面和牵引凸缘可以将牵引力从前车厢传递到后车厢，起到传递牵引力的作用；受压推台承载着列车制动及减速过程中前一车厢传递的冲击力；钩舌销孔与钩舌销相连接，将钩舌与车钩连接成为一个整体。图1.3　　铁路货车钩舌热锻成形过程及数值分析的研究第1章绪论1.1钩舌简介及我国货运车钩概况钩舌位于机车车厢之间，起到传递载荷、保持车距以保证列车正常运行的作用。钩舌与钩头、钩尾框以及缓冲器等组成车钩缓冲装置，如图1.1所示。钩舌作为车钩缓冲系统的主要部件之一，也是受力最集中的部位。虽然，钩舌的型号多种多样，但其结构基本相似，都是由S面、牵引凸缘、尾部止档以及护销凸缘等几部

3、分组成，如图1.2所示。从图中可以看出钩舌的形状非常复杂、过度圆角较小、截面面积比较大，钩舌尾部是非对称结构，并且截面比较多。在北车出口澳大利亚专用货运列车车钩上，为了减轻钩舌的重量，在钩头顶部还专门开设有减重槽和减重通孔，使得钩舌的结构更加复杂。在钩舌整个结构当中，钩舌S面和牵引凸缘可以将牵引力从前车厢传递到后车厢，起到传递牵引力的作用；受压推台承载着列车制动及减速过程中前一车厢传递的冲击力；钩舌销孔与钩舌销相连接，将钩舌与车钩连接成为一个整体。图1.3为列车在运行过程中，钩舌受力示意图，从图中可以看出，列车在匀速运行及加速过程中有四个部位受力比较集中，其中S内腕面受到与之配对的另一钩舌的

4、作用力，方向为平行于钩舌的纵向中心线，指向钩腕，大小为1225KN[6]；钩舌销孔和护销凸缘内壁受法向约束，牵引凸缘受纵向约束，尾部止挡受到横向约束。而在列车减速制动过程中主要有三个部分受力比较严重，其中，钩头外侧受到压缩载荷，大小为1400kN[6]，方向平行于钩舌的纵向中心线,指向钩头外侧面；钩舌销孔和护销凸缘内壁受法向约束，但方向与牵引时相反；受压推台将钩腕外侧的压应力传递给钩体。..........1.2铁路货运钩舌国内外研究现状大连交通大学的张慧杰,严峰等人[7]研究了ZG25MnCrNiMo铸钢在不同调制处理工艺下的微观组织、低温冲击断口形貌，从热处理方面提高了钩舌的力学性能；太

5、原机车车辆配件厂的孟权伟[8]通过对钩舌气孔的产生原因进行分析，建立了通畅的排气系统以及采用新工艺减少了气源发气量，从铸造工艺方面改善了钩舌铸造过程产生的缺陷；齐齐哈尔轨道交通有限公司的刘喜林，张代河等人采用下芯铸造方式消除了钩舌S面处的拔模斜度，解决了S面上因应力集中而导致的疲劳裂纹；牡丹江金缘钩缓制造有限责任公司的陆阳通过改变F51AE型钩舌的热处理工艺，确定了正火+淬火+回火热处理工艺，将钩舌的冲击韧性提高了1.5倍，并从企业生产成本方面考虑，推荐使用正火+淬火+回火热处理工艺[9]。在钩舌的热锻工艺方面，中国北车集团的唐振英、唐林等人在铸造钩舌的基础上结合锻造工艺的实际特点，制定了自

6、由锻制坯、两次模锻以及两次切边的锻造工艺，利用Deform-3D模拟软件进行模拟验证了钩舌铸改锻的可行性[10]，中国北车集团的卜文学、赵增华等人根据钩舌的尺寸和形状结合实际生产中的缺陷对拔模斜度和模具圆角进行了优化，进一步的完善了锻造钩舌的成型工艺，减少了锻造缺陷；中国北车集团的陈玉清、李林杰等人通过调整上下牵引、冲击曲面以及护销突缘部分，解决了钩舌S面在运行过程中因应力集中而导致磨损严重的问题。其他工艺方面，北方交通大学的杜云慧、张励忠等人，在分析了钩舌常见裂纹形成与产生机理的基础上提出采用半固态加工新技术。北京交通大学谭建波、邢书明等人根据ZG25MnCrNiMo的特点结合半固态成型技

7、术原理[11]，进行了钩舌的半固态流变模压的模具设计，有效解决了铸造过程中产生的缺陷。半固态加工技术是一种在综合铸造和锻造技术的基础上发展起来的新型成型技术，但是这种技术还处于初级阶段，无法满足企业大批量生产的需要，有待进一步研究[40-41]。..........第2章钩舌热锻成形基本理论2.1引言有限元法是进行数值模拟的最有效的方法，在进行非线性分析时有限元法能够比较准确的求解各种场变量，如应力-应变场、