鐵路散貨自翻車機構(gòu)綜合畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1設(shè)計題目……………………………………………………2</p><p>　　1.1設(shè)計題目簡介…………………………………………2</p><p>　　1.2有關(guān)數(shù)據(jù)………………………………………………2</p><p>　　1.3設(shè)計要求……………………………

2、…………………2</p><p>　　1.4設(shè)計任務(wù)………………………………………………2</p><p>　　2背景資料……………………………………………………3</p><p>　　3 solidworks建模（車體結(jié)構(gòu)）……………………………8</p><p>　　4執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………9</p>

3、<p>　　4.1 傾斜結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及選擇……………………………9</p><p>　　4.2 ADMAS簡化動態(tài)仿真…………………………………10</p><p>　　5傾翻機構(gòu)設(shè)計………………………………………………11</p><p>　　5.1傾翻機構(gòu)設(shè)計方案及選擇……………………………11</p><p>　　5.2

4、ADMAS簡化動態(tài)仿真…………………………………12</p><p>　　6、三維造型和運動仿真分析集成…………………………12</p><p>　　7、運動學(xué)分析與設(shè)計………………………………………16</p><p>　　8、動態(tài)靜力分析……………………………………………18</p><p>　　1設(shè)計題目：鐵路散貨自翻車機構(gòu)綜合<

5、/p><p><b>　　1.1設(shè)計題目簡介</b></p><p>　　是運輸?shù)V石、煤碳、鋼渣、建筑材料等比重較大的散粒貨物的一種特殊車輛。該車具有可傾翻的車箱及下開的側(cè)門，采用滾動軸承或滑動軸承。在車的兩側(cè)設(shè)有傾翻風缸，當車箱傾翻至45°時，側(cè)門與地板構(gòu)成一延續(xù)面，將貨物卸至遠離線路一側(cè)。該車具有傾翻平穩(wěn)、卸貨迅速、操作簡便、運輸效率高、使用安全可靠的特點.

6、試設(shè)計其自翻，自動開、關(guān)門機構(gòu)。</p><p><b>　　1.2有關(guān)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　1.3設(shè)計要求</b></p><p>　　自翻車工作狀態(tài)及原始參數(shù)如圖所示，設(shè)計要求如下：</p><p>　　1.車廂向一側(cè)翻至給定角度時，該側(cè)廂門聯(lián)動打開成為車廂底面的平行延伸面。

7、</p><p>　　2.車廂向一側(cè)翻時，另一側(cè)廂門不得向內(nèi)擠壓。</p><p>　　3.車廂未傾翻時及恢復(fù)水平狀態(tài)時，兩側(cè)廂門聯(lián)動關(guān)閉，廂門不得在散貨壓迫下自行開啟。</p><p>　　4.驅(qū)動和傳動系統(tǒng)在車廂下面，不超過車廂側(cè)面。</p><p>　　5.采用液壓驅(qū)動，平面連桿機構(gòu)傳動（不使用高副機構(gòu)），各傳動角不得小于30°

8、;。</p><p>　　6.不得發(fā)生桿件干涉現(xiàn)象。不得涉及高副機構(gòu)，受力合理。</p><p><b>　　1.4設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1、總體方案設(shè)計，將能夠?qū)崿F(xiàn)的方案盡可能列出來，并進行方案比選</p><p>　　2、結(jié)合設(shè)計要求，比較各方案的優(yōu)缺點，選定合理的機械運動方案；</p>

9、<p>　　3、按給定的傳動要求和執(zhí)行機構(gòu)運動參數(shù)，擬定機械傳動方案；4、畫出機械運動方案簡圖；</p><p>　　5.    用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。</p><p>　　6.  圖紙上繪出最終方案的機構(gòu)運動簡圖

10、（可以是計算機圖）并編寫說明書。 </p><p><b>　　2背景資料</b></p><p>　　在貨物運輸中，有大量的散貨（如煤、沙等）是由汽車、火車等運輸工具運送，在卸載時，不需要擔心貨物的破損，但是，卻需要大量的人力，而且，由于作業(yè)現(xiàn)場會出現(xiàn)大量的粉塵，工人的工作條件極其惡劣。另據(jù)鐵道部相關(guān)人士透露：2007年，全國鐵路完成煤炭運輸15.4億噸，占總發(fā)送量

11、的49.3%。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)日益發(fā)達，對于煤炭需求量也會日益增加。這不僅要求煤炭資源的開采效率要高，更重要的是要求煤炭運輸?shù)男室?。煤炭的卸貨是關(guān)系到煤炭鐵路運輸效率的一個非常關(guān)鍵的因素。</p><p>　　目前， 我國散裝貨物運輸， 主要靠通用敞車來完成。卸車作業(yè)在一些大型廠、礦和港口采用翻車機、鏈斗卸車機具等進行卸貨。但很大一部分中小型廠、礦、站場的卸車作業(yè)， 還沒有比較合適的機械， 同時翻車機設(shè)備龐大

12、復(fù)雜、有一定局限性， 且對車輛的損壞嚴重，鏈斗卸車機效率低， 不能滿足成列車卸貨的要求。由此，設(shè)計一種高效率的散貨卸車車廂十分有必要。</p><p>　　表1：國內(nèi)外自翻車生產(chǎn)情況統(tǒng)計表</p><p>　　市場上常見的散貨自翻車車類型：</p><p>　　常見的自翻車有中國北車集團太原機車車輛廠設(shè)計、生產(chǎn)的KF60AK型自翻車；北車集團哈爾濱車輛廠設(shè)計、生產(chǎn)的

13、KF-100型液壓自翻車、KF-100A型氣壓自翻車；南車集團株洲車輛廠設(shè)計、生產(chǎn)的KF-60型自翻車、KF60A（N）型自翻車。</p><p>　　自翻車所實現(xiàn)的功能及其技術(shù)要求：</p><p>　　KF60AK型自翻車是卸車設(shè)備與車輛結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的專用車輛，適用于標準軌距鐵路上運輸?shù)V石、剝離巖石、砂礫、煤塊、建筑材料等散粒貨物。</p><p>　　KF-

14、100型液壓自翻車、KF-100A型氣壓自翻車，適用于礦山、工廠及大型施工工地，用于礦石、巖石、煤及其塊粒狀貨物的運輸。該車具有可傾翻的車箱，裝有電控液壓傾翻系統(tǒng)，或壓縮空氣傾翻系統(tǒng)，可使車箱向左右任一側(cè)傾斜，此時該側(cè)的側(cè)門能自動向下開起，當車箱傾翻至26°時，側(cè)門與車箱地板構(gòu)成一延續(xù)面，將貨物卸至線路的外側(cè)。該車由車箱、底架、轉(zhuǎn)向架、制動裝置、連結(jié)緩沖裝置、液壓裝置或氣壓裝置、電氣裝置和傾翻機構(gòu)等部件組成。其主要承載構(gòu)件采用

15、低合金鋼制造，采用滾動軸承或滑動軸承該車具有以下特點：傾斜平穩(wěn)，卸貨迅速。操作簡便，運輸效率高，使用安全可靠。</p><p>　　KF-60、KF60A（N）型自翻車適用于備有機械化裝車設(shè)備的工廠、礦山等部門，用來運輸?shù)V石、煤塊、建筑材料等散粒貨物。全車由車體、底架、傾翻裝置、制動裝置、車鉤緩沖裝置、轉(zhuǎn)向架等組成，車體為全鋼鉚焊結(jié)構(gòu)，其中KF60A（N）車體為耐侯鋼結(jié)構(gòu)。采用13號上作用車鉤、ST型緩沖器和2E

16、軸的焊接構(gòu)架或鑄鋼轉(zhuǎn)向架。其特點是裝有可傾翻車箱及下開式側(cè)門，車箱在傾翻風缸作用下，可向任一側(cè)傾翻45°，同時隨之打開并作為地板面的延續(xù)面，將貨物卸至遠離軌道的一側(cè)。</p><p>　　自翻車實例及其相關(guān)參數(shù)：</p><p>　　a)KF60AK型自翻車</p><p>　　b) KF5-100自翻車</p><p>　　c)

17、KF-60、KF60A（N）型自翻車</p><p>　　根據(jù)鐵路運輸?shù)膶嶋H情況，初步調(diào)研確定如下準則：車廂應(yīng)該能向兩側(cè)自動傾翻，為了保證散貨能準確運動到目的地，車廂向一側(cè)傾翻時，該側(cè)的車廂門應(yīng)該自動打開作為車廂底的延展面。而在運輸過程中為了保障散貨不遺漏，兩側(cè)車廂門在未傾翻時應(yīng)該嚴密閉合。車廂傾翻的動力采用液壓傳動。此設(shè)計稱為自翻車，自翻車設(shè)計成功可極大節(jié)省人力，減輕勞動強度，提高鐵路運輸?shù)男省?lt;/p&

18、gt;<p><b>　　1）車箱最大高度</b></p><p>　　車箱最大高度的選取主要應(yīng)根據(jù)車輛通過平洞溜井時給礦口的位置以及司機瞭望方便等因素來定, 一般應(yīng)小或等于2900 mm。</p><p><b>　　2）車箱最大傾翻角</b></p><p>　　所謂車箱傾翻角, 是指車箱傾翻時, 車箱地

19、板面與水平面的夾角（圖1）。取值主要依據(jù)粒狀貨物的動安息角來定, 因為卸貨過程系重力克服粒間的磨擦力而滑移的運動過程, 因此α選值應(yīng)按動安息角考慮,并參照國內(nèi)外部分自翻車的最大傾角（見表2），取 = 45°～ 50°。</p><p>　　圖1：車輛最大傾翻角與最小卸貨距離示意圖</p><p>　　表2：國內(nèi)外部分自翻車最大傾翻角、最小卸貨距離、傾翻缸底部距軌面最小

20、距離</p><p><b>　　3）最小卸貨距離</b></p><p>　?。▓D2）的選取應(yīng)根據(jù)道床結(jié)構(gòu), 使其卸出的散粒貨物卸到道床邊緣外側(cè)。根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗并參照國內(nèi)外部分自翻車最小卸貨距離（見表2）, n大于或等于2300 mm 為宜。</p><p>　　4）傾翻缸底部距軌面最小距離 </p><p>　?。?/p>

21、圖2）值的選取應(yīng)根據(jù)礦山移動線路等</p><p>　　級、鋼軌型號、軌枕間距、車輛底梁下?lián)稀?lt;/p><p>　　彈簧壓縮、輪緣磨耗、脫軌后缸底與軌面應(yīng)</p><p>　　有一定間隙等因素, 并參照國內(nèi)外部分自翻 圖2：傾翻缸底部距軌面最小距離</p><p>　　車傾翻缸底部距軌面最小距離(見表2) ,</p&

22、gt;<p>　　選取300 mm～ 360 mm 為宜。 </p><p><b>　　傾翻機構(gòu)設(shè)計參考：</b></p><p>　　1）對傾翻機構(gòu)的要求</p><p>　　自翻車在傾翻卸貨過程中, 車箱側(cè)門的開閉, 要有一套控制機構(gòu), 這個機構(gòu)就是一般所說的傾翻機構(gòu)。傾翻機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)滿足以下

23、要求: (1) 正位時, 兩側(cè)門自鎖；(2) 傾翻時,非傾翻側(cè)的側(cè)門自鎖, 傾翻側(cè)的側(cè)門開啟速度應(yīng)滿足傾翻穩(wěn)定的要求；(3) 復(fù)位時, 非傾翻側(cè)的側(cè)門自鎖, 傾翻側(cè)的側(cè)門應(yīng)自然復(fù)位；(4) 具有提前開門和提前卸貨功能；(5) 安全可靠。</p><p>　　2）傾翻機構(gòu)發(fā)展趨勢</p><p>　　國內(nèi)外自翻車傾翻機構(gòu)發(fā)展趨勢大致可分為以下幾個階段:</p><p>

24、;　　20 年代到50 年代, 采用端部控制機構(gòu)(圖3) 和大折頁機構(gòu)(圖4)。</p><p>　　圖3　端部控制機構(gòu)示意圖 圖4 大折頁機構(gòu)示意圖</p><p>　　1.支撐桿一 2.支撐桿二 3.杠桿。 1.折頁 2.抑制肘 3.抑制肘彈簧 4.環(huán)頭絲桿</p><p>　　60 年

25、代以后, 采用端部控制機構(gòu)和四連桿機構(gòu)(圖5)。</p><p>　　圖5　四連桿機構(gòu)示意圖</p><p>　　1.吊板 2.長支承桿 3.短支承桿 </p><p>　　從以上幾種情況看, 對載重和容積均較小的自翻車傾翻機構(gòu)選用圖5 形式, 對于大噸位自翻車選用圖３、圖５ 形式較好。</p><p>　　3 solidworks建模（

26、車體結(jié)構(gòu)）</p><p>　　根據(jù)題目要求，散貨自翻車能進行兩側(cè)傾翻，我在此申明，為了設(shè)計操作起來簡便，我只設(shè)計出一側(cè)的執(zhí)行機構(gòu)，只需加在對稱側(cè)一相同機構(gòu)即可實現(xiàn)兩側(cè)傾翻。此外，我未在solidworks中創(chuàng)建執(zhí)行機構(gòu)的模型，是因為將車體導(dǎo)入ADMAS后創(chuàng)建更加簡便。</p><p>　　車輪 車箱體</p><

27、p>　　底座 上翻板</p><p>　　連桿 裝配體（初態(tài)）</p><p><b>　?。B(tài)）</b></p><p><b>　　4執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計</b></p><p>　　4.1

28、傾斜結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及選擇</p><p>　　方案一（如圖7所示）</p><p>　　圖7 設(shè)計方案1示意</p><p>　　聯(lián)動機構(gòu)采用液壓缸同時驅(qū)動廂門機構(gòu)和廂蓋機構(gòu)。</p><p>　　廂門機構(gòu)廂蓋機構(gòu)：采用最簡單的四桿機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于實現(xiàn)，且成本低。</p><p>　　聯(lián)動機構(gòu)：采用液壓缸直接

29、驅(qū)動。</p><p>　　優(yōu)點：機構(gòu)簡單緊湊。</p><p>　　缺點：由于廂門機構(gòu)和廂蓋機構(gòu)開啟有一定的先后的順序，而此種方案的聯(lián)動機構(gòu)是采用同時驅(qū)動，</p><p>　　方案二（如圖8所示）</p><p>　　圖8 設(shè)計方案2示意</p><p>　　廂門機構(gòu)廂蓋機構(gòu)：同方案1雷同。</p>

30、<p>　　聯(lián)動機構(gòu)：方案2與1不同之處是沒有裝置聯(lián)動機構(gòu)，采用液壓缸分別驅(qū)動廂門機構(gòu)和廂蓋機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)題目中所有的要求。</p><p>　　優(yōu)點：機構(gòu)簡單，控制方便。</p><p>　　缺點：結(jié)構(gòu)不如方案1緊湊，成本高。</p><p>　　最終選擇方案：根據(jù)以上各種方案的優(yōu)劣點，經(jīng)過從功能、復(fù)雜性、成本綜合分析后，決定在采用方案1。</p

31、><p>　　4.2 ADAMS簡化動態(tài)仿真</p><p>　　在ADAMS軟件中新建目錄，創(chuàng)建連桿、移動副、轉(zhuǎn)動副，添加力，設(shè)置力的STEP函數(shù)等，最終進行動態(tài)仿真。</p><p>　　測試上翻板和下翻板的角速度</p><p><b>　　5傾翻機構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　5.1傾翻

32、機構(gòu)設(shè)計方案及選擇</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　優(yōu)點：機構(gòu)簡單緊湊，便于拆裝，維護，舉升平穩(wěn)，且易于實現(xiàn)。</p><p>　　缺點：舉升桿承受力大。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)

33、，通過調(diào)節(jié)角速度，能很好地控制舉升過程。</p><p>　　缺點：尺寸占用空間大，易與車體其他部分形成重疊。</p><p>　　最終選擇：通過比對方案一和二，方案一機構(gòu)簡單緊湊，便于拆裝，維護，舉升平穩(wěn)，且易于實現(xiàn)，故最終選擇方案一。</p><p>　　5.2 ADAMS簡化動態(tài)仿真</p><p>　　圖 16箱體速度加速度曲線合成圖

34、 圖17ADMAS中的實體模型</p><p>　　在ADAMS中創(chuàng)建連桿，車體，進行運動仿真，測出箱體速度，加速度。</p><p>　　6、三維造型和運動仿真分析集成</p><p>　　課程設(shè)計要求所有的零部件的造型都在Solidworks中完成，然后將造型好的零部件存為ADAMS能夠識別的文件格式（例如parasolid格式），通過ADAMS軟件模型導(dǎo)入

35、的功能將其導(dǎo)入。將導(dǎo)入的模型及裝配體在ADAMS中進行相應(yīng)的機構(gòu)設(shè)置及仿真設(shè)置，然后對設(shè)置好的機構(gòu)進行運動學(xué)及動力學(xué)求解，并分析求解結(jié)果。</p><p>　　下面以一個簡單的實例來說明整個導(dǎo)入過程：</p><p>　　第一步：將Solidworks中建好的模型存為.x_t格式（或其他ADAMS兼容的文件格式）。</p><p>　　圖19 零件另存界面<

36、/p><p>　　第二步：在ADAMS中導(dǎo)入solidworks中導(dǎo)出的模型，并重新創(chuàng)建執(zhí)行機構(gòu)。圖20為ADAMS的導(dǎo)入界面，圖21為導(dǎo)入文件選擇及導(dǎo)入設(shè)置界面，圖22為導(dǎo)入后的模型在ADAMS中的顯</p><p>　　示，圖23為ADMAS中重新創(chuàng)建聯(lián)動機構(gòu)與仿真機構(gòu)后的效果，圖24為機構(gòu)運動顯示界面。</p><p>　　圖20 ADAMS導(dǎo)入界面</p

37、><p>　　圖21 導(dǎo)入文件選擇及設(shè)置界面</p><p>　　圖22 導(dǎo)入ADMAS效果圖</p><p>　　圖23 在ADMAS中重新創(chuàng)建聯(lián)動機構(gòu)與仿真機構(gòu)</p><p>　　圖24 機構(gòu)運動顯示界面</p><p>　　圖24 運動狀態(tài) 1</p><p>　　圖25 運動狀態(tài) 2&

38、lt;/p><p>　　圖26 運動狀態(tài) 3</p><p>　　7、運動學(xué)分析與設(shè)計</p><p>　　主要分析構(gòu)件的位移、速度、加速度，分別對傾斜機構(gòu)，廂門機構(gòu)，廂蓋機構(gòu)進行分析。本項目主要以廂蓋機構(gòu)為例。</p><p>　　1）機構(gòu)簡圖（如圖25所示）</p><p>　　圖25 廂蓋機構(gòu)的運動簡圖</p

39、><p><b>　　2）相應(yīng)運動方程</b></p><p>　　以點G為坐標原點，J點坐標為（0，700）。</p><p><b>　　位移方程：</b></p><p><b>　　速度方程：</b></p><p><b>　　加速度方程

40、：</b></p><p>　　圖26及圖27描述了在機構(gòu)運動過程中構(gòu)件位移、速度、加速度動態(tài)變化的情況。</p><p>　　圖26 構(gòu)件運動參數(shù)動態(tài)變化圖（一）</p><p>　　圖27 構(gòu)件運動參數(shù)動態(tài)變化圖（二）</p><p><b>　　8、動態(tài)靜力分析</b></p><

41、p>　　以散貨自翻車的廂蓋機構(gòu)為例，進行機構(gòu)的動態(tài)靜力分析：</p><p>　?。?）桿JI受力分析：（如圖28所示）</p><p>　　圖28 桿JI受力分析</p><p><b>　　受力方程式：</b></p><p>　?。?）桿IH受力分析：（如圖29所示）</p><p>

42、　　圖29 桿IH受力分析</p><p><b>　　受力方程式：</b></p><p>　?。?）桿GH受力分析：（如圖30所示）</p><p>　　圖30 桿GH受力分析</p><p><b>　　受力方程式：</b></p><p>　　圖31反應(yīng)了鉸鏈點G

43、受到的力（包含合力及三個分力）及力矩（包含合力矩及三個分力矩）的動態(tài)變化情況。</p><p>　　圖31 G點受力（矩）曲線圖</p><p>　　圖32反應(yīng)了鉸鏈點H受到的力（包含合力及三個分力）及力矩（包含合力矩及三個分力矩）的動態(tài)變化情況。</p><p>　　圖32 H點受力（矩）曲線圖</p><p>　　圖33反應(yīng)了鉸鏈點I