鐵路散貨自翻車設計說明書

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)機械原理課程設計說明書鐵路散貨自翻車2012年12月19日目錄1.緒論.31.1.選題背景及意義.31.1.1.自翻車相關背景.31.1.2.本設計題目的意義.31.2.本文主要研究的內容.32.自翻車設計.42.1.自翻車卸貨原理.42.1.1.卸貨時情況.42.1.2.自翻車設計的相關要求.52.1.3.機構方案及原理.52.1.4.方案比較并選定.72.2. 方案二 機構運動分析.72.2.1. 液壓缸推動分析.72.2.2.三角機構拉伸過程.82.2.3. 車門

2、聯動打開過程.82.2.4. 液壓缸收縮車身翻轉過程.92.2.5.聯動關門過程.92.3.自翻車的相關數據計算.92.3.1. 液壓油缸受力計算.92.3.2. 各桿件長度設計和計算 .102.4.仿真 .142.4.1.三維零件建模和組裝.142.4.2.三維模型的運動仿真.152.4.3.三維仿真結果分析及優(yōu)化.152.5.傾翻穩(wěn)定性.162.5.1.傾翻穩(wěn)定性分析.162.5.2.影響自翻車卸貨穩(wěn)定性的原因.163.心得體會.164.參考資料.175.Matlab計算程序.181.緒論1.1.選題背景及意義1.1.1.自翻車相關背景我國鐵路承擔著繁重的運輸任務，其中貨物運輸尤甚。而貨物

3、運輸中散裝貨物所占的比重較大，約占貨物運輸的60%，但其裝卸(特別是卸貨)的機械化程度較低。因此提高對這類貨物裝卸的機械化、自動化水平迫在眉睫。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、鏈斗卸車機卸貨。但很大一部分中小型廠、礦及站廠的卸車作業(yè)，還沒有比較合適的機械。同時翻車機設備龐大復雜，有一定的局限性，且易破壞車輛;鏈斗卸車機效率低，邊角部位不易清除，很難滿足粒(塊)狀貨物的卸貨要求。對如何進一步提高散裝貨物卸車機械化的程度，應從兩方面考慮:其一，從卸車機具考慮，研制裝卸機械化的設備;其二，采取設備與車輛合二為一的方法，使它們能更好地滿足不同散裝貨

4、物的高效卸車要求。后者是提高卸車措施的有效途徑，這就要求大力發(fā)展專用車輛的數量和品種。從世界各國鐵路貨車的發(fā)展趨勢看，專用貨車發(fā)展的速度很快，我國目前粒(塊)狀貨物運輸約占散狀貨物總運輸量的40%，而與之相適應的運輸車輛則較少，特別是自動傾翻車更少。因此大力發(fā)展自動傾翻車勢在必行。自翻車是一種卸車設備與車輛結構結合在一起的專用車輛，適用于在標準軌距上運輸礦石、剝離巖石、沙礫、煤塊、建筑材料等散裝貨物。具有兩側自翻，自動開、關門的功能，（以下簡稱為自翻車），可節(jié)省人力，減輕勞動強度。該車利用機車提供的風源自動傾斜貨物。用它既可以最大限度地簡化卸貨場地設施，又能更好地適應大中小型廠、礦及發(fā)電站廠的

5、使用。國外的自翻車起步時間早，品種多樣化。與國外相比，我國自翻車發(fā)展較晚，無論品種和數量都難以適應當代貨運快速發(fā)展的需要。國產自翻車與國外相比有以下不足：1.自重大2.最高運行速度低3.品種少4.關鍵技術缺乏基礎研究1.1.2.本設計課題的意義我國60至70年代自動傾翻車的發(fā)展較快，品種相對較多，而進入80年代到90年代幾乎沒有什么新產品，但構想方案仍有一些。從滿足鐵路貨運發(fā)展的角度看，應大力研制相同噸位、不同容積、適應不同運行線路的低自重、構造速度高的多品種自翻車，以適應冶金、煤炭等行業(yè)的發(fā)展。本文以載重80t自翻車為研究對象，首先通過對其原理、結構、進行分析，了解自翻車的結構特點特性，為自

6、翻車的結構設計及分析提供一定參考建議。然后通過理論分析并選定方案，同時計算各個構件的相關數據，來設計自翻車。然后通過Solid edge進行運動仿真，繪出輸出構件的相關數據曲線。本文的研究成果為自翻車的結構設計及穩(wěn)定性分析提供參考，也為以后的機械設計積累了一定得經驗。1.2.本文主要研究的內容載重80t氣動自翻車車體包括車箱、底架兩部分。車箱由車箱底架、側墻、端墻等三大部件組成，其主要承載件由板材Q450和型鋼Q345組焊而成。車體底架結構主要用材為Q450NQRI高強度耐大氣腐蝕鋼。整個結構由中梁、枕梁及端梁等組成箱型焊接結構。本文以載重80t氣動自翻車車箱、底架為研究對象，主要研究內容如下

7、:1.根據設計要求，設計出相應的方案，計算自翻車相關構件的參數，用CAD軟件繪出確定方案的二維圖，再利用三維軟件Pro/E建立自翻車三維實體模型，為自翻車的運動仿真做準備。2.根據車輛動力學中有關穩(wěn)定性的理論，對自翻車卸貨過程中的穩(wěn)定性進行分析和計算。在檢驗自翻車車箱設計穩(wěn)定性的基礎上，對影響自翻車穩(wěn)定性的因素進行分析，進而提出提高自翻車穩(wěn)定性的措施。2.自翻車設計2.1.自翻車卸貨原理分析2.1.1.卸貨時的情況1.以下圖片是自翻車卸貨時的情景：2.自翻車機構運動圖以及相關給定參數如下所示：載重80自重38.7 t容積35.4m3商業(yè)運營速度80Km/h通過最小曲線半徑80m車輛長度1323

8、4mm車輛換長1.22.1.2.自翻車設計的相關要求1車廂向一側翻至給定角度時，該側廂門聯動打開成為車廂底面的平行延伸面。2 車廂向一側翻時，另一側廂門不得向內擠壓。3車廂未傾翻時及恢復水平狀態(tài)時，兩側廂門聯動關閉，廂門不得在散貨壓迫下自行開啟。4 驅動和傳動系統(tǒng)在車廂下面，不超過車廂側面。5 采用液壓驅動，平面連桿機構傳動（不使用高副機構），各傳動角不得小于30。6 不得發(fā)生桿件干涉現象。不得涉及高副機構，受力合理。2.1.3.機構方案及原理1.機構組成：該運動機構由液壓缸和相應的連桿組成2.機構簡圖：用CAD繪制的自翻車機構原理草圖如下圖所示：方案一：當自翻車向右傾斜卸貨時，左邊的液壓缸E

9、F緩慢向上頂，車廂繞G點順時針旋轉（基本上趨近于勻速轉動），旋轉至時的虛線位置，由于左邊的連桿PFC與側門ABCD垂直，并且連桿不會發(fā)生逆時針轉動，所以左側門不會自動打開，也不會向里擠壓。右側門在在K點的帶動下相對于J點順時針旋轉，最后旋轉到與車廂底面平行，貨物被卸下。由于該機構是對稱的，所以自翻車向左傾斜卸貨的工作原理與向右傾斜卸貨的工作原理相同。分析：此方案能夠很好地實現題目設計要求，既能完成翻轉，也能做到自鎖，但是在仿真過程發(fā)現自鎖優(yōu)勢成為劣勢，自鎖導致側翻門在受力作用下完全自鎖，不能打開。方案二：初始位置側翻后狀態(tài)靜止階段：整個車廂底部不與側翻機構在同一空間平面與之交錯排列的底架支撐（

10、如下圖虛線部分，為了便于區(qū)分用虛線表示，并且未與車廂底部接觸），支撐桿L1和L1，油缸L2和L2只是起到輔助支撐作用。桿了L1與L1只是起一個固定L4與L4的A、A兩個鉸點而已。側翻散貨階段：當液壓桿L2伸長時車身將會繞著O點轉動。于此同時由于車身在轉動，所以L3、L4之間的夾角變大，會將L5向遠離E點的位置拖動，從而將車門打開。實現聯動打開車門。復位階段：當L2桿收縮時，L4、L3由于受到壓迫將會減小角度，從而把桿L5推回去，車門L6就會隨著車身的回正實現緩慢的關上。實現聯動關閉車門2.1.4.方案比較并選定：兩個方案比較，方案二更加容易實現，而且在滿足題目設計要求外，還能做到自鎖和側翻門輕

11、松實現。故此設計選擇方案二。2.2. 方案二 機構運動分析2.2.1. 液壓缸推動分析車身在油缸的作用下繞O點運動，實現翻轉。圖書L2表示油缸，最后需要根據計算尺寸然后確定油缸的級別和型號。2.2.2.三角機構拉伸過程當液壓缸伸長時，車廂會繞O鉸點旋轉，而實現車身轉動的效果。由于車身旋轉，引發(fā)B點的位移發(fā)生變化，使得AB相對距離變大。如圖，機構為4桿機構，n=3，PL=4，并可計算出自由度F=1，故L4將實現如圖所示的旋轉運動，為同時發(fā)生的開門運動提供作用力。2.2.3. 車門聯動打開過程 由于在上面的三角機構拉伸過程中讓L3發(fā)生了旋轉，所以L5將會被向左拖動，進而拉動L6繞E鉸點旋轉。實現開

12、門過程，并且達到要求的平角位置。2.2.4. 液壓缸收縮車身翻轉過程當液壓缸收縮，車身將會繞著右邊的支架旋轉緩慢的回到初始位置。2.2.5.聯動關門過程由于L3的逆時針旋轉作用，它將會推動L5的運動，當L6受到L5的壓力時將會迫使L6繞著D點旋轉，實現關門的要求。2.3.自翻車的相關數據計算2.3.1. 液壓油缸受力計算設車廂重力為，索拉貨物重力為，則底架所承受的總質量為受力桿有兩個狀態(tài)值：1)側翻前靜置態(tài) :G總主要由底架承受2)側翻開始狀態(tài):G總主要由油缸承受由于油缸個數總共為4個，所以側翻時兩個油缸承受力 3)側翻后靜置狀態(tài) ： 2.3.2. 各桿件長度設計和計算為求出各個桿件的長度和各

13、個鉸點的位置，首先經過調整后，在這里對必要的桿長做出了設計，其中包括L2min=450mm, L4=900mm, L5=1500mm, L6=350mm, 車廂門與L6桿之間的夾角為3/4。所以只要在確定B鉸點位置和桿件L3長度，即可完成桿件機構的設計。由于配合和轉動關系，B鉸點的位置決定了，L3桿件的長度。為解決此問題可以用以下解法：第一步：求出個可求出的簡單點坐標以O為原點建立平面直角坐標系，則有各個點的坐標如下：A(-1500，0), D(635，448),E(635+350/2*sqrt(2),448-350/2*sqrt(2);應用適量旋轉變換公式：；得到;得;同理得到;設B點坐標為

14、（x,448）;則旋轉后有;第二步：求出轉動前后的F點和F1點的坐標根據F鉸點到A鉸點的距離恒為L4，到E鉸點的距離恒為L5,建立方程組，相當于兩個圓相交(如圖):由matlab編程并計算結果如下： 結合圖形分析，第一組解能夠讓桿件的受力分布更加均勻，故選取第一組解根據F1鉸點到A1鉸點的距離恒為L4，到E1鉸點的距離恒為L5,建立方程組，相當于兩個圓相交(如圖):由matlab編程并計算結果如下： 結合圖形分析，需要有yf0第一組解明顯不符合條件，故舍去第一組解，故選取第二組解第三步：求出B點在車底架上的位置坐標由于轉動前后，L3桿都鉸接在B和F鉸點上，因此轉動前后，B點到F鉸點的距離恒等為

15、L3。如圖而轉動后的B1點有：xb1=x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);yb1=-x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);因此可以建立如下方程：由matlab編程并計算結果如下： x= -1171.取值為x= -1171.324到此得到了B點的位置。L3=sqrt(x-(-617.3065)2+(448-(175.6481)2)；得L3=617.；第四步：輸出結果標注在CAD圖上機構的各部分桿件長度設計和計算，各鉸點位置都已經確定。如圖：經計算得出桿長數據：桿號長度備注L1一端鉸接一端固接直桿L2min兩端鉸接直桿L2max兩端鉸接直桿L3兩端鉸接直桿L4兩端鉸接直桿L5

16、兩端鉸接直桿L6兩端鉸接直桿2.4.仿真 2.4.1.三維零件建模和組裝打開solid edge軟件，新建各個所需畫構件的零件圖，正確繪出各個構件的實體圖形，并保存到指定文件夾中。然后新建組件圖，在此窗口下將各個構件進行組裝，同時給每個構件相應的約束條件進行約束。最后檢查他們的約束條件是否正確。由于整個裝配是左右對稱，故只裝配了一半！注意左右的三角機構和翻轉機構不在一個平面，要錯開！1）組裝后自翻車的端面的裝配體初始位置的效果圖如下所示；2）在solid edge中自翻車卸貨時的端面實體效果圖如下所示：2.4.2.三維模型的運動仿真： 以自動側翻車門的最高點做運動軌跡仿真：在solid edg

17、e中輸出垂直于地面的位移-時間圖、速度-時間圖、加速度-時間圖。位移-時間圖速度-時間圖加速度-時間圖2.4.3.三維仿真結果分析及優(yōu)化通過三維仿真和運動軌跡位移、速度、加速度圖像，可以看出此模型在側翻整個階段都比較平緩，然而在末階段出現機械急回特性，這個機械急回特性對整個系統(tǒng)末端翻轉的穩(wěn)定性有一定影響。解決方案是把桿L3、L4縮短，將L3和L4的夾角變大，其他尺寸相應的變化?？捎胢atlab軟件進行計算。2.5.傾翻穩(wěn)定性2.5.1.傾翻穩(wěn)定性分析自翻車在卸貨的過程中必須保證其卸貨穩(wěn)定性，否則會發(fā)生傾翻事故。當側門處于水平位置時，車內所裝的物料還基本沒有流出車箱，但已滑向了車門，此時整個車體

18、的偏重最多，也最不穩(wěn)定。如果隨著車箱繼續(xù)傾覆，物料能及時滑出車箱，且還保持車箱有足夠的復原力，則車箱處于穩(wěn)定狀態(tài)。相反，若物料不能及時滑出車箱，隨著重心偏移量的加大，當重心超過一側支點時，就沒有車箱復原力了，車箱也就失去了穩(wěn)定性。參考自翻車穩(wěn)定性分析文獻可知，傾翻系數是評判傾翻穩(wěn)定性的一個重要標準。傾翻系數越大，自翻車傾翻穩(wěn)定性越差。有關自翻車車箱在傾翻卸貨的過程中，側門開啟較早，有很小的傾翻系數，因而該自翻車車箱擁有穩(wěn)定可靠的傾翻性能。2.5.2.影響自翻車卸貨穩(wěn)定性的原因由于自動傾翻車工作的特殊性，其卸貨過程是在瞬間完成，因此對其傾翻穩(wěn)定的要求尤為突出。而影響傾翻穩(wěn)定性的原因很多，主要包括

19、以下方面:1.季節(jié)影響：雨季，散狀料潮濕易粘車底；冬季，濕料易結冰而凍結，兩種情況都能使物料不易順車底下滑。在起重缸活塞桿推力作用下，車箱頂起后，因散狀料粘結或凍結，到坡角大于拓時仍不下滑，因而形成重心不能隨傾角增加而降低，而且繼續(xù)偏移。當重心偏過一側支點時，車廂扣翻事故就發(fā)生了。2.自翻車的滑塊原因：當自翻車在卸貨時，由于滑塊里面進入顆粒物使得滑塊不能在桿上自由地滑動而被卡死，從而車廂車門不能順利打開。也就是車門不張嘴，此種情況下傾翻卸貨時重心也不會隨著傾翻角度的逐漸增大而降低，當重心偏過一側支點時，車廂扣翻事故也會發(fā)生。3.鐵路狀態(tài)不良：自翻車所在的傾翻地鐵路不平度超過規(guī)定，或路基過軟也能

20、引起失控而造成車廂扣翻現象。3.心得體會一學期的機械原理課程設計結束了，在這次課程設計的過程中學到了除技能以外的其他東西，領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質,更深切的體會到人與人之間的那種相互協調合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化。在社會這樣一個大群體里面，溝通自然是為人處世的基本，如何協調彼此的關系值得我們去深思和體會。在實習設計當中依靠與被依靠對我的觸及很大，有些人很有責任感，把這樣一種事情當成是自己的重要任務，并為之付出了很大的努力，不斷的思考自己所遇到的問題.而有些人則不以為然，總覺得自己的弱勢.其實在生活中這樣的事情也是很多的，當我們面對很多問

21、題的時候所采取的具體行動也是不同的，這當然也會影響我們的結果。很多時候問題的出現所期待我們的是一種解決問題的心態(tài)，而不是看我們過去的能力到底有多強,那是一種態(tài)度的端正和目的的明確，只有這樣把自己身置于具體的問題之中，我們才能更好的解決問題。 課程設計也是一種連續(xù)不斷的學習過程，在此次課程設計中學到了不少的東西，對機械原理的內容有了更進一步的了解，尤其是對平面連桿機構的綜合運用有了更大的提高。通過此次訓練對三維大型軟件有了一定的掌握，尤其對solid edge軟件有了一定的熟悉，掌握了它的一些簡單的仿真基礎。這對我們以后的畢業(yè)設計以及以后的工作打下了一定的基礎。在今后的學習中，一定要戒驕戒躁，態(tài)

22、度端正，虛心認真，專研三維，博覽群書.要永遠的記住一句話:態(tài)度決定一切。4.參考資料1 馮鑒，何俊，雷智翔，機械原理，西南交通大學出版社，20082冀軍禮，馮永順，趙屹，程平.KF60AK型自翻車J.鐵道車輛，2005年，3張仙花.KF60H（A）型自翻車新型傾翻機構設計J.機車車輛工藝，2007年（第2期）4王守志，李占峰，Solid Edge實用教程（機械設計）5 孟憲源，孟憲源，機構構型與應用，機械工業(yè)出版社，20046 劉毅，機械原理課程設計，華中科技大學出版社，2008附錄：部分數據求解于matlab中編寫的程序：clearsyms xf yf xf1 yf1 x;%xa=-1500

23、;%ya=0;%xb=x;%yb=448;%xd=635;%yd=448;%方程：xe=635+l6/2*sqrt(2);%xe=635+350/2*sqrt(2);%方程：ye=448-l6/2*sqrt(2);%ye=448-350/2*sqrt(2);%xd1=1083*sqrt(2)/2;%yd1=-187*sqrt(2)/2;%方程：xe1=1083*sqrt(2)/2-l6;%xe1=1083*sqrt(2)/2-350;%ye1=-187*sqrt(2)/2;%xb1=x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);%yb1=-x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);%l

24、6=350;%l5=1500;%l4=900;%兩個方程組，相當于兩個圓相交%eq1=sym(xf-xa)2+(yf-ya)2=l42);%eq2=sym(xf-xe)2+(yf-ye)2=l52);%作差得：2*(xe-xa)*xf+2*(ye-ya)*yf+xa2-xe2+ya2-ye2=l42-l52;%eq3=sym(xf1-xa)2+(yf1-ya)2=l42);%eq4=sym(xf1-xe1)2+(yf1-ye1)2=l52);%作差得：2*(xe1-xa)*xf1+2*(ye1-ya)*yf1+xa2-xe12+ya2-ye12=l42-l52eq1=sym(xf+1500)2+(yf-0)2=9002);eq2=sym(2*(635+350/2*sqrt(2)-(-1500)*xf+2*(448-350/2*sqrt(2)-(0)*yf+