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基于CATIA的钢轨道岔扭转加工装置的设计

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Design of Equipment for Twisting I il Based on CATIASUN Ming,LIU Jing(School of Mechanical Engineering,Jiangnan University,Wu)i Jiangsu 214122,China)Abstract:The working principle of the rail twisting equipment was analyzed. According to its working principle,the simplemodel of the rail twisting equipment was created by CATIA.Then finite element analysis(FEA)for the equipment was made.Theimportant parts of the equ ipment were defined according to the results of FEA.Assembly design to the whole equipment was accom-plished。

Keywords:Rail twisting;Finite element analysis;Assembly design目前我国的高铁发展很快,高铁的发展给人们的生活带来了方便 ,但火车在-次次提速的同时也带来了新的技术难题。火车速度提高了,在拐弯时火车的拐弯角度必然要加大,否则容易引起火车脱轨、侧翻,因此对叉道处或者拐弯处的铁轨加工提出了新的要求。为了适应高速行驶的火车,拐弯处的铁轨在加工时要让铁轨绕轴线方向偏转-个小的角度,以使火车在拐弯时能够平稳过渡 。到目前为止,铁轨的这种星度偏转加工都是通过热轧形成的,而这些热轧的设备并不是为铁轨偏转加工而设计的,因此加工精度低,加工过程也不能控制。针对以上问题,参照铁轨的加工工艺要求 ,作者提出了-种专门用于铁轨扭转加工的装置。

1 简化模型及有限元模型的建立1.1 对钢轨扭转加工装置的初步分析首先,要实现钢轨的扭转变形,而且是发生永久塑性变形 ,可以在钢轨上施加扭矩,要保证施加在钢轨上的扭矩必须使钢轨所承受的应力值超过其屈服强度;其次,在施加载荷时,可以使钢轨的-端固定,在另-端施加载荷,让钢轨发生扭转变形;最后 ,选择施加载荷的动力系统。由于液压传动具有传动平稳 、承载能力大、能实现无级变速等优点,初步选定液压驱动的方式来施加载荷。

1.2 简化模型的建立建立钢轨扭转加工装置三维简化模型是实现有限元分析的关键步骤之-。根据对装置的初步分析及钢轨截面图 (图 1)尺寸 ,利用 CATIA V5 R19中零件设计拈建立简化模型,如图2所示。

--23- -23-刽室 善置, 蠡 I / 12.0露 I R20.0,- - - , - - - - 。

l 55 - 90l - 5图 1 钢轨截面图这里把夹具简化为两个长方体,并且假设夹具的材料与钢轨的材料相同,均为高锰钢, >784 MPa,这样做使得模型更为简化;另外由于只要知道夹具的应力情况,给具体的夹具设计提供参考就行,所以这收稿 日期 :2012-04-13作者简介 :孙明 (1961-),学士,讲师,研究方向为液压与气压传动、船舶机械设计。E-mail:168sunming###SOU.com。

· 32· 机床与液压 第 4l卷可以取油缸的推力为大于38 000 N的-个适当的值,这也就为油缸的设计提供了参考。

另外可以看出长方体模型侧面的应力值也达到了0.013 7 MPa,也就是说在扭转 的同时旋转臂可能会退让 ,因此必须在侧面再加以固定 ,可以考虑借助锁销来固定旋转臂。根据分析结果,再利用 CATIA高级建模功能以及装配功能可以初步设计出整个钢轨扭转加工装置的装配结构图,见图7。

钢轨 扭转油缸图7 钢轨扭转加工装置总装配图工作原理 :首先钢轨被放到两对夹具中;然后夹具夹紧钢轨,锁销上移锁仔具 ,防止退让 ;两个扭转油缸开始带动扭转臂转动,-直转动到需要的角度。

夹紧及松开钢轨动作由夹紧油缸控制,锁销的动作由锁销油缸控制,扭转臂的扭转由两个扭转油缸控制。

3 总结利用 CATIA V5的有限元分析功能先对钢轨扭转加工装置简化模型进行受力分析 ,为油缸的工作载荷提供参考数据 ,也为扭转臂和锁销的材料性能提供参考,从而为整个装置的设计提供了合理的依据。在此基础之上,利用 CATIA的高级建模功能和装配功能将装置的零部件设计并装配起来,将整个装置更加直观地描述出来,也为设计的合理性、装置的合理性提供了-定的参考。

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