鐵道車(chē)輛用鉤緩裝置三維建模與虛擬裝配

田建忠

(太原機(jī)車(chē)車(chē)輛配件廠 開(kāi)發(fā)部，山西 太原 030003)

鐵道車(chē)輛用鉤緩裝置是車(chē)輛系統(tǒng)中最重要的部件之一，主要用于機(jī)車(chē)與車(chē)輛或車(chē)輛之間的連掛與分解，同時(shí)傳遞列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的牽引力與沖擊力，并使車(chē)輛之間保持恒定距離，以緩解或減少這種牽引力或沖擊力對(duì)車(chē)輛造成的損壞。本文通過(guò)應(yīng)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，引入三維建模與虛擬裝配技術(shù)，對(duì)全面了解鉤緩裝置的使用特性、功能原理和維護(hù)保養(yǎng)等要求，從而確保列車(chē)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義[1]。

1 鐵道車(chē)輛用鉤緩裝置結(jié)構(gòu)原理

鐵道車(chē)輛用車(chē)鉤緩沖裝置是指具有使機(jī)車(chē)與車(chē)輛或車(chē)輛之間相互連接、牽引及緩解列車(chē)運(yùn)行中所受沖擊力作用性能的裝置。其主要由車(chē)鉤組成、緩沖器、鉤尾框、從板和鉤尾銷(xiāo)等零部件組成。在鉤尾框內(nèi)依次安裝從板、緩沖器，用鉤尾銷(xiāo)將車(chē)鉤與鉤尾框連接起來(lái)，這樣組成的整套裝置就稱(chēng)為車(chē)鉤緩沖裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)鉤緩裝置。

鉤緩裝置具有連掛、牽引和緩沖等3個(gè)基本功能[2]。鉤緩裝置中的車(chē)鉤用于編組和解體列車(chē)時(shí)機(jī)車(chē)和車(chē)輛或車(chē)輛之間的連掛或分解，傳遞列車(chē)在運(yùn)行或調(diào)車(chē)作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的牽引力或沖擊力，并使車(chē)輛之間保持一定的距離；緩沖器可以緩解或減少這種牽引力或沖擊力對(duì)車(chē)輛造成的損壞；從板和鉤尾框則起著傳遞縱向力(牽引力或沖擊力)的作用。

鐵道車(chē)輛用鉤緩裝置按照使用16型、17型車(chē)鉤可分為轉(zhuǎn)動(dòng)式和固定式等2種結(jié)構(gòu)型式，具體組裝圖如圖1和圖2所示[3]。16、17型車(chē)鉤適用于翻車(chē)機(jī)卸貨作業(yè)的不摘鉤重載列車(chē)，為防止翻車(chē)機(jī)卸貨時(shí)自動(dòng)解鉤，在鉤鎖鐵上部裝有防止鉤鎖鐵竄動(dòng)的止動(dòng)塊。16型車(chē)鉤可繞車(chē)體縱向中心線相對(duì)鉤尾框做360°回轉(zhuǎn)，17型車(chē)鉤鉤頭兩側(cè)設(shè)有聯(lián)鎖裝置，鉤尾端兩側(cè)設(shè)有自動(dòng)對(duì)中凸肩，能夠保持車(chē)鉤的連掛性能，防止列車(chē)顛覆，同時(shí)還可使車(chē)鉤在運(yùn)行中始終保持正位。

圖1 轉(zhuǎn)動(dòng)式鉤緩裝置組裝圖

圖2 固定式鉤緩裝置組裝圖

2 鉤緩裝置三維建模及虛擬裝配

鐵道車(chē)輛用旋轉(zhuǎn)式鉤緩裝置與固定式鉤緩裝置功能不同，所屬零部件較多，裝配時(shí)的相互位置關(guān)系要求十分嚴(yán)格，特別是鉤體的曲面較多，型腔十分復(fù)雜，需要用到多種建模手段。鉤緩裝置虛擬裝配前，應(yīng)對(duì)所屬零部件逐件進(jìn)行三維實(shí)體建模。CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件提供了強(qiáng)大的三維實(shí)體建模與虛擬裝配功能，通過(guò)運(yùn)行CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，對(duì)所屬零件在二維草圖環(huán)境下的幾何參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，隨后針對(duì)不同對(duì)象進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、抽殼和布爾運(yùn)算等操作方式，對(duì)零件逐一進(jìn)行實(shí)體建模造型，生成三維實(shí)體模型并單獨(dú)保存。由于組成鉤緩裝置部件的所屬零件種類(lèi)較多，因此應(yīng)對(duì)16型、17型車(chē)鉤組成和MT—2型緩沖器等大部件分別進(jìn)行三維建模與裝配。

2.1 16型車(chē)鉤組成的三維建模與裝配

16型車(chē)鉤組成主要由16型車(chē)鉤鉤體、鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷(xiāo)、下鎖銷(xiāo)轉(zhuǎn)軸、鎖鐵組成及下鎖銷(xiāo)組裝等零件組成。16型車(chē)鉤鉤體在鉤頭的鉤腕一側(cè)有聯(lián)鎖套頭(帶有上下調(diào)準(zhǔn)平面)，在鉤耳的外側(cè)有聯(lián)鎖套口(帶有上下調(diào)準(zhǔn)平面)，在鉤頭的下部有防脫安全托，上述結(jié)構(gòu)使車(chē)鉤連掛后具有聯(lián)鎖、自動(dòng)對(duì)中及防脫的功能。為了使車(chē)鉤在進(jìn)行翻卸作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，16型車(chē)鉤與從板接觸的部位為SR133.5 mm的球面。車(chē)輛在翻車(chē)機(jī)翻卸作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)套與鉤尾框的內(nèi)圓柱面相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成車(chē)輛的翻轉(zhuǎn)作業(yè)。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求，畫(huà)出16型車(chē)鉤組成的三維圖及三維爆炸圖(見(jiàn)圖3和圖4)[4]。

圖3 16型車(chē)鉤組成三維圖

圖4 16型車(chē)鉤組成三維爆炸圖

2.2 17型車(chē)鉤組成的三維建模與裝配

17型車(chē)鉤組成由17型車(chē)鉤鉤體、鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷(xiāo)、鎖鐵組裝、下鎖銷(xiāo)轉(zhuǎn)軸和17型車(chē)鉤下鎖銷(xiāo)組裝等零件組成，其中鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷(xiāo)和鎖鐵組裝與16型車(chē)鉤組成完全相同。17型車(chē)鉤鉤體的頭部與16型車(chē)鉤相同，因17型車(chē)鉤是固定車(chē)鉤，所以鉤身的形狀與其他車(chē)鉤相似，為箱形截面。鉤尾與從板接觸的部位為SR133.5 mm的球面，并在兩側(cè)有使車(chē)鉤與車(chē)體自動(dòng)對(duì)中的凸肩。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求，畫(huà)出17型車(chē)鉤組成的三維圖及三維爆炸圖(見(jiàn)圖5和圖6)。

圖5 17型車(chē)鉤組成三維圖

圖6 17型車(chē)鉤組成三維爆炸圖

2.3 MT—2型緩沖器的三維建模與裝配

MT—2型緩沖器是適用于重載單元列車(chē)的大容量緩沖器，具有性能穩(wěn)定、阻抗低、容量大、使用壽命長(zhǎng)和檢修方便等特點(diǎn)，在各型重載貨車(chē)上均裝用了該型緩沖器。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求，畫(huà)出MT—2型緩沖器的三維爆炸圖(見(jiàn)圖7)。

圖7 MT—2型緩沖器三維爆炸圖

根據(jù)產(chǎn)品零件圖要求，逐一畫(huà)出轉(zhuǎn)動(dòng)套、從板、鉤尾銷(xiāo)和鉤尾銷(xiāo)托組成等零部件的三維建模圖與裝配體，在當(dāng)時(shí)繪圖環(huán)境下，通過(guò)“裝配”下拉菜單的“插入零件/裝配”選項(xiàng)，依次插入需要裝配的零部件，利用三維球工具進(jìn)行精準(zhǔn)定位和操作，按照鉤緩裝置的裝配關(guān)系和結(jié)構(gòu)要求，將所屬零部件按照先后順序進(jìn)行實(shí)時(shí)虛擬裝配，并對(duì)裝配后的轉(zhuǎn)動(dòng)式鉤緩裝置及固定式鉤緩裝置的三維模型進(jìn)行著色、光源調(diào)配、背景更換和參數(shù)選擇等相關(guān)設(shè)置，渲染出具有真實(shí)感視覺(jué)效果的鉤緩裝置三維效果圖(見(jiàn)圖8和圖9)[5]。

圖8 轉(zhuǎn)動(dòng)式鉤緩裝置三維效果圖

圖9 固定式鉤緩裝置三維效果圖

3 鉤緩裝置三維爆炸圖

在CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的繪圖環(huán)境中，利用“裝配爆炸”可生成各種裝配件的爆炸圖和表示裝配過(guò)程的動(dòng)畫(huà)仿真演示。具體操作時(shí)，從“工具”設(shè)計(jì)元素庫(kù)中將“裝配”拖入設(shè)計(jì)環(huán)境中，彈出“裝配爆炸”對(duì)話框，選擇“爆炸”(無(wú)動(dòng)畫(huà))選項(xiàng)，點(diǎn)擊“確定”即可生成鉤緩裝置的三維爆炸圖，從而更加直觀地顯示出各零部件之間的相互裝配關(guān)系。生成的鉤緩裝置三維爆炸圖如圖10和圖11所示。

圖10 轉(zhuǎn)動(dòng)式鉤緩裝置三維爆炸圖

圖11 固定式鉤緩裝置三維爆炸圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)三維軟件技術(shù)，對(duì)鉤緩裝置進(jìn)行總體的三維建模與虛擬裝配，直觀地加深了設(shè)計(jì)人員對(duì)鐵道車(chē)輛用2種鉤緩裝置各零部件之間相互位置關(guān)系的理解，有助于正確使用與合理地維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)為產(chǎn)品的數(shù)控加工、整體性能的不斷優(yōu)化改進(jìn)、可視化技術(shù)培訓(xùn)以及產(chǎn)品的可靠性分析提供了準(zhǔn)確的數(shù)字化模型信息，使得數(shù)字化、信息化技術(shù)的應(yīng)用得到了充分的體現(xiàn)。

[1] 陳雷.鐵路貨車(chē)段修技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.

[2] 陳雷.鐵路貨車(chē)技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[3] 于惠力，馮新敏. 現(xiàn)代機(jī)械零部件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[4] 尚鳳武.CAXA創(chuàng)新三維CAD教程[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2004.

[5] 魯君尚.CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)三維CAD案例提高教程[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2006.