图3.6 刚性牵引杆
3.2车钩的连挂分解原理
自动车钩有待挂、连接（即闭锁）和解钩3种状态，其中解钩状态分为手动解钩状态和风动解钩状态，其作用原理如图3.7~图3.10所示。 3.2.1待挂状态（见图3.7）
图3.7 车钩待联挂位示图
1-钩体；2-钩锁连接杆；3-解钩气缸；4-钩舌定位杆；5-定位块；6-定位杆顶块；7-钩舌。
此图为车钩联挂前的准备状态，此时钩舌定位杆被固定在待挂位置，钩锁弹
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簧处于最大拉力状态，钩锁连接杆退至凸锥体内，钩舌的钩嘴对着钩头的正前方。 3.2.2 联挂状态（闭锁）（见图3.8）
图3.8 车钩联挂位示图
相邻车钩的凸锥体伸入对方车钩的凹锥孔并推动定位杆顶块，定位杆顶块推动钩舌定位杆离开待挂位置，这时钩锁弹簧的回复力使钩舌作逆时针转动，并带动钩锁连接杆伸进相邻车钩钩舌的钩嘴，完成两钩的连接闭锁。这是两钩的钩锁连接杆和钩舌形成平行四边形连杆机构，当车钩受牵拉时，拉力由两钩的钩锁连接杆均匀分担，使钩舌始终处于锁紧状态，当车钩受冲击时，压力通过两车钩壳体凸缘传递。 3.2.2 解钩状态
解钩状态分为气动解钩状态和手动解钩状态。 （1）手动解钩状态（见图3.9）
当车钩无法采用气动解钩，或在厂内检修时（如图3.9所示）必须采用手动解钩方式。手动解钩时，用手拉动解钩拉环，带动解钩钢丝绳、手动解钩曲柄组成、中心轴，带动钩舌转动，当松开钢丝绳后，钩舌定位杆被定位杆顶块扣住，可使车钩保持在手动解钩状态，完成解钩过程。当两钩分离后，顶块所受外力消失，在两个压缩弹簧作用下，顶块退回到初始状态，定位杆被固定在待解位，车钩恢复到待挂状态。
（2）气动解钩状态（见图3.10）
司机操纵按钮控制电磁阀，使解钩风缸充气，风缸活塞杆推动钩舌顺时针转动，使相邻车钩的钩锁连接杆脱开钩舌，同时使自身的钩锁连接杆克服钩锁弹簧
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拉力缩入钩头凸锥体内，脱离相邻车钩的钩舌，这时定位杆顶块推动钩舌定位杆使钩舌处于解钩状态。当两钩分离后，定位杆顶块由于弹簧作用复位，钩舌定位杆回至待挂位，车钩又恢复到待挂状态。
图3.9 手动开钩时车钩全开位示图
图3.10 气动开钩时车钩全开位示图
由此可见，虽然称之为车钩的三态作用，但实际上有4个状态。
从图3.9和图3.10中可以清楚地看到手动解钩和风动解钩时，钩舌定位杆与顶块的相对位置有微小的区别，这是该型车钩设计的手动开钩在松开钢丝绳后得
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以保持待挂位的奥妙所在。
3.3车钩壳体强度分析
3.3.1 车钩壳体实体模型
车钩壳体是安装车钩内部连接零件和车辆间连挂设备的关键零件。车钩壳体主体采用铸造成型，内部有许多铸造圆角，忽略小的倒角和铸造圆角以保证在强度分析的时候不会产生应力集中。为了计算方便，也忽略了壳体外部的焊接件。
下面采用三维实体建模软件solidworks来建立密接式车钩壳体的实体模型，由于壳体为整体铸造，内部型腔复杂，所以采用Solidworks的“模具”工具进行造型。首先建立壳体外形，命名为“壳体外形．Prt”，壳体外形是在圆锥的基础上进行“拉伸切除特征”造型；然后建立壳体内部型腔实体，命名为“壳体型腔．Prt” 两个实体零件模型建立完成后，以“壳体外形．Prt”为实体基础，利用模具工具在选定的分型面上采用“型腔”工具在“壳体外形．Prt”内部去掉“壳体型腔．Prt”。生成的实体模型如图3.11所示。
图3.11 车钩壳体实体模型
强度分析一般分为三个步骤：网格划分、施加边界条件、运算及后处理。本文就按照这三个步骤进行强度计算，计算的目标是保证壳体满足最大强度要求。 3.3.2划分网格
由于车钩壳体厚度不均并且厚度较大，所以适合采用实体网格划分壳体。实体网格类型为抛物线四面体单元，由四个边角节点、六个中侧节点和六条边线来定义H1。对于壳体关键过度区域划分网格时采用细化的方法，保证不会因为网格畸变而产生应力集中。细化部分网格单元大小为4mm，其他部分为9mm，采用雅可比4点检查网格。区域网格划分后共生成73400个单元，125361个节点， 374793个自由度。如图3.12所示。
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图3.12 车钩壳体有限元模型
3.3.3边界条件
这里只考虑壳体承受车辆间的纵向载荷，所以只受拉伸载荷和压缩载荷。壳体设计强度为890MPa，所以分析时施加载荷以设计强度为准。壳体材料为ZG35CrMo，壳体经过热处理，表面喷丸强化，强度极限σb >620MPa，分析时取620MPa为应力极限。根据材料性能可知材料的弹性模量E=210GPa，泊松比A=0.28。壳体在承受拉伸载荷时主要是壳体尾部的圆锥面和壳体连接中心杆的孔承受载荷和约束。考虑到车钩连挂之后可能存在间隙，所以拉伸载荷分两种边界条件。一种是尾部圆柱面施加铰接约束、尾部端面施加固定约束，中心孔施 加轴承载荷。边界条件如图3.13所示；另一种是尾部施加拉伸载荷，中心孔固定，如图3.14所示。壳体在承受压缩载荷时主要是壳体前面板和尾部端面承受载荷和约束。同样考虑到间隙的存在，分为前面板承受压缩载荷，尾部端面固定，如图3.15所示；前面板约束，尾部端面承受压缩载荷，如图3.16所示。
图3.13 中心孔承受拉伸载荷
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