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定位车牵引不摘钩车型钩头断裂受力仿真分析 　　摘要：以定位车牵引不摘钩车型钩头断裂事件为例，建立钩头模型并进行受力仿真分析，得出钩头在不同工况下的应力和变形量数值，分析钩头断裂的原因。对现用的钩头建立模型进行受力仿真分析，在此基础上提出了改进方案。 　　关键词：仿真 断裂 Ansys 定位车 　　中图分类号：U272 文献标识码：A 文章编号： 　　1 前言 　　定位车是翻车机系统中牵引铁路货车的连续高效设备，定位车与翻车机、推车机共同组成翻车机系统，配合完成铁路货车的自动卸车工艺。本文应用Ansys10.0软件针对神华天津煤炭码头有限责任公司一期翻车机系统定位车在牵引C70A型不摘钩铁路货车过程中发生的两次钩头断裂这一问题建立钩头有限元模型并进行仿真受力分析，找出钩头断裂的原因。钩头使用情况统计见表1，钩头图片见图1、图2。 　　2 定位车牵引不摘钩车型钩头受力模型的建立和计算参数的选取 　　翻车机系统通常包括翻车机本体和定位车、推车机、夹轮器、漏斗、振动给料器、除尘器、通风设备及其它附属设备。翻车机系统作业摘钩车型简要的工作过程如下：首先，满载物料（煤炭、矿粉等散货）的列车停靠在距离翻车机房的预定位置，然后，启动定位车并使定位车行驶到与列车相邻且平行的位置；定位车利用其侧臂牵引列车的车厢沿轨道行进，并到达交付位置；定位车与列车车厢脱离，由推车机将列车车厢牵引到翻车机房内，并将翻车机房内上一次循环完成卸载的车厢推出；在翻车机房内，翻车机将车厢翻转，使车厢内装运的物料倾倒至预定装置（如地面下方的漏斗）中，从而高效地实现列车车厢的卸载。 　　定位车牵引不摘钩车型作业基本流程：内燃机车把首车顶到定位车的行程内，列车制动器松开后，机车摘钩离开列车，并向翻车机控制室发一个信号，这时定位车移到3#与4#列车之间落臂，然后向前牵送，直到把1#，2#车直接推到翻车机内，机坑两端的夹轮器夹紧，1#，2#车开始翻卸，与此同时定位车返回到两节车长处准备下一个循环。对于最后一个卸车周期（车数是1或者2）将借助于推车机推最后余下的车辆进入翻车机卸完。 　　C70A车型配备16号转动车钩和17号固定车钩，定位车牵引不摘钩车型的钩头通过法兰板与定位车大臂连接，钩头主要由法兰板、箱体结构、钩爪组成。C70A空车状态下钩头中心距轨顶距高度偏差为mm，而每次重车的装载量均不同，因此定位车在牵引及制动过程中钩头与车的牵引杆和缓冲座的接触位置及面积不完全一致。本文是对钩头进行强度计算，故在确定受力情况时根据设计资料选取最不利的加载位置进行分析。 　　随着近年来计算机技术水平的发展，数值计算方法在结构分析领域取得了快速的发展，计算机技术发展的初期受运算速度、存储空间、算法实现等多方面因素的制约，有限元方法未能与计算机技术紧密结合，近些年来随着计算机运算速度的不断提高及各种编程语言的出现，为有限元方法的实现提供了技术支持，在科研、工业等领域的推动下，有限元方法发展迅速，并逐步建立起了成熟的有限元求解方法和程序。 　　本文应用Ansys10.0软件建立了钩头有限元模型并根据不同工况进行了仿真受力分析。ANSYS10.0软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。 　　在定位车钢结构有限元设计计算中重点是对定位车车体、大臂、齿条齿块等部位进行结构设计和强度计算，因此一般情况下都将车体、大臂及摘钩车型钩头简化为杆单元和壳单元，而并未对不摘钩车型钩头进行强度计算，但是在实际使用中钩头多次发生断裂事件，而定位车大臂尚未发生结构变形，钩头的断裂部位均位于钩爪肩部，且箱型连接结构未发现变形。由于钩头结构是不规则的，所以不宜采用杆系或壳体等简化模型，因此对如果需要对钩头进行详细的受力分析时更适宜选用实体单元Solid45建模[1]。Solid45单元常用于构造三维实体结构，单元通过八个节点来定义，每个节点有三个沿着XYZ方向平移的自由度UX、UY、UZ。单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变等能力。Solid45单元可定义正交各向异性材料：即该单元属性允许材料的物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值，正交各向异性材料方向对应于单元坐标方向。单元属性可输入弹性模量、泊松比、密度、切变模量、阻尼等。在本文分析中计算钩头受力的最不利情况、此时在钩头箱型结构处添加约束。具体模型见图4、图5、图6。 　　表1 钩头使用寿命统计 　　 　　 　　 　　图1 断裂图片1图2 断裂图