孟庆民，王 岩

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 大连研发中心，辽宁 大连 116052)

车钩疲劳断裂是导致铁路货车分离事故的主要原因之一，直接关系到行车安全[1]。目前国内外铁路货运不断向提速和重载方向发展，列车的纵向载荷大幅度增加，导致车钩特别是钩舌疲劳寿命明显降低，钩舌疲劳断裂问题十分突出。为了充分合理地利用车钩钩舌的使用寿命，进一步降低钩舌的检修维护成本，目前国内外均在进行钩舌疲劳寿命及检修规程的相关研究[2]。本文对出口澳大利亚货车的20个已运用车钩钩舌进行了疲劳试验，并在试验过程中进行了阶段性裂纹探伤检查，记录了裂纹的扩展过程，使各阶段剩余寿命对应的裂纹长度可追溯。最后对裂纹长度样本进行了数理统计分析，得到了各阶段剩余寿命与对应的裂纹长度关系，可为钩舌的更换和检修维护提供数据支持[3]。

1 试验方法

本次由澳大利亚用户返回的车钩钩舌已服役21个月(约31.5万km)，钩舌返厂后对其进行了湿法磁粉探伤，综合考虑裂纹长度和裂纹位置，选取了20个钩舌进行疲劳试验，其中牵引台带有初始裂纹的钩舌共18个，钩舌内腕带有初始裂纹的钩舌共19个，2个部位均带有裂纹的钩舌17个。钩舌裂纹的初始状态见图1。

图1 已运用钩舌裂纹初始状态

1.1 试验载荷谱及换算关系

基于用户提供的载荷谱，简化处理后得到的试验载荷谱如表1所示[4]。

表1 钩舌疲劳试验载荷谱

为了更好地建立钩舌疲劳试验次数与里程寿命、时间寿命之间的对应关系，本文根据新品钩舌平均疲劳试验次数与该批20个运用钩舌平均疲劳试验次数的差值和该批运用钩舌的运用时间(21个月)建立等量关系，按照车辆每年运行18万km计算，得到了1年18万km16 921次的对应关系，根据这个对应关系可以将钩舌的疲劳试验次数换算为时间寿命和里程寿命。

1.2 裂纹扩展监测

试验过程中，按照试验载荷谱每累计拉伸3 460次后停机，拆解钩舌并对钩舌的上下牵引台及钩舌内腕进行磁粉探伤检查，记录裂纹的扩展情况，然后重新组装钩舌并开机试验。重复此试验过程，直至钩舌断开。

2 裂纹长度与剩余寿命的统计分析

在疲劳试验中对钩舌裂纹扩展过程进行阶段性监测，因此各阶段剩余寿命所对应的裂纹长度是可以追溯的。选取13个在钩舌内腕断开的钩舌，从钩舌内腕断开时的寿命向前追溯3个月，这个时间节点即对应13个裂纹长度的样本数据。利用疲劳应用统计学中的单侧容限系数法计算钩舌内腕剩余寿命为3个月时的裂纹长度[5]。

(1)

式中：i——样本序数；

n——样本总数，n=13。

图2 钩舌内腕剩余寿命3个月裂纹长度P-N图

(2)

95%存活率的安全裂纹长度为N95=101.905=80 mm。这个安全裂纹长度的含义是：剩余寿命为3个月的钩舌内腕，95%存活率的个体裂纹长度大于80 mm，这一结论的置信度为90%。

应用同样的方法，基于95%存活率和90%置信度分别计算剩余寿命为6个月、9个月、1年、2年所对应的钩舌内腕和牵引台的裂纹长度，计算结果见图3。在日常钩舌检修中，用户可依据图3中剩余寿命与裂纹长度的关系，为判断钩舌内腕和牵引台的剩余寿命提供参考。

图3 剩余寿命与对应的裂纹长度的关系

3 结论

本文基于出口澳大利亚的20个已运用车钩钩舌的疲劳试验，在试验过程中记录了钩舌疲劳裂纹的扩展过程，保证了钩舌各阶段的剩余寿命对应的裂纹长度可追溯，同时运用疲劳应用统计学中的单侧容限系数法(基于95%存活率、90%置信度)得到了各阶段剩余寿命所对应的裂纹长度，可为钩舌的更换和检修提供参考。