基于SolidWorks的列車轉向架機器人清洗夾具設計及可靠性分析

郭濤 孫中剛

摘 要 以液壓系統作為動力源設計轉向架定位夾緊夾具，定位工裝設計成可快速更換形式，通過機器人手爪實現工裝更換及換型過程。應用SolidWorks的Simulation有限元分析工具[1]，對夾具系統的關鍵零件橫梁做有限元分析，通過應力、應變和變形等分析結果判斷關鍵零件結構設計合理，能夠滿足變位夾具系統工作過程中的強度要求[2]。

關鍵詞 轉向架;機器人;清洗;變位機;SolidWorks;夾具;有限元

引言

在國內各車輛段，主要使用工業堿洗工藝進行轉向架清洗，人工勞動強度大，堿洗后的廢水如果處理不當會對環境造成損壞，目前的工藝及清洗效率已經不能滿足國內鐵路系統發展的需要。設計轉向架機器人清洗工作站，轉向架放置到變位夾具上夾緊并可做旋轉變位，變位夾具系統能夠兼容206P、209HS、209P、AM96、CL242、CW-1、CW-2、CW200K、SW-160和SW220K共10種型號轉向架，以液壓系統為動力源，通過機器人更換定位工裝的形式實現多機種兼容。

1 列車轉向架機器人清洗夾具設計

夾具主要由定位夾緊模塊、變位機連接法蘭、定位工裝和液壓管路歧管塊等部分組成。變位機連接法蘭和變位機輸出軸連接，帶動夾具整體可做±180°旋轉，配合機器人完成整個轉向架表面的干冰清洗過程。定位夾緊模塊用于轉向架的定位和夾緊，保證夾具整體旋轉過程中工件不會移位。定位工裝設計成可更換形式，更換機種作業時，機器人根據程序指令更換即將清洗型號工裝，實現多機種夾具兼容。液壓管路歧管塊用于連接液壓管，將夾具上的管路和液壓站輸入管路分開，便于日后設備維護。整個夾具主體模塊化設計，各部分可互換。

2 基于SolidWorks的變位機橫梁有限元分析

兩套變位機橫梁承載所有定位夾緊機構及工件，其設計強度為變位機設計關鍵因素。橫梁整體采用Q235材料焊接而成，材料彈性模量2.12e11N/M?，泊松比0.288，屈服強度2.35e8N/M?。重型設備，取材料安全系數1.859[3]，則許用應力為1.264e8 N/M?。變位機在工作過程中做±180°旋轉，夾具體水平狀態和豎直狀態為姿態極限位，分別取兩個極限位對橫梁進行有限元分析，驗證其強度可靠性。

2.1 夾具水平狀態橫梁有限元分析

夾具體水平狀態下，橫梁最大應力1.172e8 N/M?，在許用應力范圍內。最大變形量0.617mm，出現在懸臂和負載最大的兩端位置。最大應變值為1.301e-4。

2.2 夾具豎直狀態橫梁有限元分析

夾具體豎直狀態下，橫梁最大應力0.328e8 N/M?，在許用應力范圍內。最大變形量0.638mm，出現在懸臂和負載最大的兩端位置。最大應變值為1.551e-4。夾具體豎直狀態下，整個橫梁受力情況優于水平狀態。

3 結束語

（1）設計列車轉向架機器人清洗變位夾具系統，夾具系統實現轉向架±180度旋轉，配合機器人完成列車轉向架所有表面清洗;

（2）對夾具水平裝配橫梁做有限元分析，得出最大應力值1.172e8 N/M?，在許用應力范圍內;

（3）對夾具水平裝配橫梁做有限元分析，得出最大應力值0.328e8 N/M?，在許用應力范圍內。

參考文獻

[1] 趙罘，楊曉晉，趙楠. SolidWorks 2018中文版機械設計從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2018：78.

[2] DS SOLIDWORKS公司. SOLIDWORKS?Simulation基礎教程[M]. 北京：機械工業出版社，2018：117.

[3] 趙麗娟，孫中剛，李國平.刨煤機牽引塊可靠性分析及疲勞壽命預測[J].煤炭學報，2012，（3）：516-521.