430型车钩连挂模块连挂功能影响因素研究.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()型车钩连挂模块连挂功能影响因素研究李朝曦,任帅,张继尧(中车青岛四方车辆研究所有限公司 钩缓事业部,山东青岛 )摘要:基于机构运动学仿真和车钩连挂试验,通过调整 型车钩连挂模块关键部件的几何参数,研究了影响连挂功能的因素,并对关键部件的结构优化进行了探索分析.关键词:型车钩;连挂模块;连挂性能中图分类号:U 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:李朝曦(),男,山东青岛人,助理工程师,硕士,主要从事铁道车辆车钩设计及理论研究等工作.引言列车在线路运行过程中,相邻车辆在纵向、横向和垂向都存在耦合关系,列车的纵向冲动会对车辆的横向和垂向动力学性能产生较大影响,是影响车辆安全性和舒适性的重要因素.而车辆装配的车钩缓冲装置能够传递车辆运行时的纵向载荷并缓解车辆间的纵向冲击.车钩中的连挂模块则在列车连接和载荷的传递过程中发挥了显著作用.随着车钩技术的持续发展,如今适用于车钩的连挂模块种类繁多,例如 型、型、型、型连挂模块等.为了探索车钩连挂性能的影响因素,大量学者对此也做了诸多深入研究.陕西科技大学的张平满等研究了不同连挂速度对于地铁密接式车钩连挂冲击力的影响.中南大学的谢俊等研究了不同冲击速度、不同惩罚参数和不同钩锁弹簧预载荷对密接式车钩连挂特性的影响.西南交通大学的邹瑞明等通过搭建多边形接触模型,研究了不同工况下机车车辆车钩的连挂稳定性.中车长春轨道客车股份有限公司的马青春分析了地铁车辆车钩缓冲装置连挂冲击模拟计算与实际动态试验结果的偏差.近几年,我国轨道交通技术不断创新变革,市场扩展迎来了机遇期,诸多国产化车钩产品在国外列车上批量投入使用.为缓解国产化连挂模块在国外列车使用过程中的连挂兼容压力,减少连挂不到位等故障的发生,本文选取 型车钩连挂模块,通过调整关键部件的几何参数,基于S o l i d W o r k s软件的M o t i o n模块对不同条件下的连挂过程进行运动学仿真,同时根据车钩连挂试验加以验证,分析了影响车钩连挂功能的因素,并对关键部件的结构优化进行了探索.车钩连挂模块工作原理及仿真模型建立 型连挂模块内部由钩舌、连挂杆、回复弹簧等部件构成,如图所示.当车钩进行连挂时,通过两车钩的相互撞击,钩体内部的钩舌等机构发生顺时针旋转,对方钩体的凸锥推动本钩的连挂机构旋转到最大角度,然后在弹簧的作用下迅速回复到锁定位置,到达完全连挂状态.图 型连挂模块连挂示意图本文在研究 型车钩连挂模块连挂功能的影响因素时,主要对连挂模块的钩体、连挂杆、钩舌三个主要零 部 件 的 几 何 参 数 进 行 了 分 析 验 证.通 过S o l i d W o r k s软件的M o t i o n模块搭建了其运动学仿真模型,仿真时设定右侧车钩驱动连挂、左侧车钩固定待挂的驱动形式,驱动侧车钩的计算模型如图所示.并根据实际连挂过程定义模型的真实自由度、弹簧阻尼单元、接触关系以及驱动源类型,具体仿真计算参数设置如表所示.钩体几何参数对车钩连挂性能的影响 仿真计算钩体凸锥导向圆角如图所示,仿真时选取钩体凸锥导向圆角作为分析变量,以验证导向圆角对车钩连挂的影响.将两侧车钩钩体的导向圆角同时适当增大或减小,计算结果表明车钩能够连挂到位.考虑两侧车钩导向圆角不一致时对于车钩连挂的影响,调整单侧车钩钩体凸锥导向圆角适当增大或减小时,仿真结果为车钩能够连挂到位,仿真过程如图所示.图驱动侧车钩计算模型表运动学仿真计算参数设置序号项目参数值仿真时车钩连挂速度(m/s)积分求解类型G S T I F F初始积分器步长(s)最小积分器步长(s)最大积分器步长(s)图钩体凸锥导向圆角图车钩连挂仿真过程 试验验证在进行试验验证时,主要考虑了种试验工况:将一侧钩体凸锥导向圆角适当增大,与既有钩体进行连挂试验;将两侧钩体凸锥导向圆角都适当增大,进行连挂试验.车钩连挂试验在连挂试验台上进行,将装配有试验钩体的车钩安装在试验台两侧,控制一侧车钩向对侧移动,检验连挂过程能否顺利进行.如图所示,试验结果表明在两种试验工况下,车钩均能够连挂到位.上述分析说明适当改变车钩钩体凸锥导向圆角对连挂功能影响不大.结构优化研究为了探索车钩钩体凸锥导向区域的优化方法,将图中两侧车钩钩体凸锥导向圆角调整为倒角结构,如图所示.仿真时将车钩关键零部件相互接触面之间的摩擦因数调整为前文计算模型的倍,前述的计算模型出现连挂过程卡滞的现象,而导向区域调整为倒角的连挂模块依然能够顺利连挂.因此建议在后续 型车钩连挂模块的结构优化设计过程中,将钩体凸锥导向区域调整为倒角结构.图调整钩体凸锥导向圆角试验过程图车钩钩体凸锥导向区域示意图连挂杆几何参数对车钩连挂性能的影响 仿真计算通过调整连挂杆长度来分析其对车钩连挂功能的影响.将两侧车钩连挂杆同时适当缩短或增长时,仿真结果显示车钩能够顺利连挂;将单侧车钩连挂杆长度适当缩短或增长时,仿真结果表明车钩无法顺利连挂到位,连挂杆会在钩体与钩舌之间形成如图所示的卡滞区域.图缩短单侧连挂杆长度的连挂状态 试验验证在进行试验验证时,主要考虑了种试验工况:将两侧车钩连挂杆都适当缩短并进行连挂试验;将两侧车钩连挂杆都适当加长并进行连挂试验;将单侧车钩连挂杆长度适当缩短,与既有 型车钩进行连挂试验;将单侧车钩连挂杆长度适当加长,与既有 型车钩进行连挂试验.通过车钩连挂试验台对种工况进行连挂试验,试验结果表明:在工况和工况的试验工况下,车钩能够连挂到位;而在工况和工况的试验工况下,车钩连挂过程均出现如图所示的卡滞现象,车钩无法顺利连挂.上述分析表明:两侧车钩连挂杆适当改变同样长度,对于连挂功能影响不大,而当两侧连挂杆长度不一致时,不利于车钩连挂.结构优化研究如前文所述,当车钩无法连挂到位时,连挂杆前侧的连挂圆柱区域会与钩舌前唇、钩体之间形成卡滞点机 械 工 程 与 自 动 化 年第期(如图所示).因此本文探索了在连挂杆前侧的连挂圆柱区域增设圆角对车钩连挂功能的影响,如图所示.计算结果表明,增加该圆角有利于车钩连挂,当车钩关键零部件相互接触面之间的摩擦因数增大至原来的倍时,计算模型能够连挂到位.因此建议在后续 型车钩连挂模块的结构优化设计过程中,对连挂杆前端连挂圆柱区域进行圆角加工处理.图两侧车钩连挂杆不一致时试验过程钩舌几何参数对车钩连挂性能的影响 仿真计算仿真时首先考虑了加厚钩舌的前唇区域,如图 所示.将两侧车钩钩舌的前唇侧加厚时,仿真结果显示车钩能够顺利连挂;将单侧车钩钩舌前唇轮廓加厚时,计算结果表明车钩在连挂过程中出现明显卡滞且无法连挂到位.如图 所示,本文同时探索了削薄车钩钩舌后唇厚度对于车钩连挂性能的影响,通过将单侧及两侧钩舌后唇同时削薄,计算结果表现为两侧车钩仿真模型能够连挂到位.试验验证在进行试验验证时,主要考虑了种试验工况:将两侧车钩钩舌圆弧轮廓均适当加厚并进行连挂试验;将单侧钩舌圆弧轮廓适当加厚,与既有 型车钩进行连挂试验;将两侧车钩钩舌后唇削薄并进行连挂试验;将单侧车钩钩舌后唇削薄,与既有 型车钩进行连挂试验.图增设连挂杆导向圆角示意图图 车钩钩舌前唇轮廓加厚示意图图 车钩钩舌后唇削薄示意图通过车钩连挂试验台对种工况进行连挂试验,试验结果表明:在工况、工况以及工况的试验工况下,车钩能够连挂到位,试验过程如图 所示;而在工况的试验工况下,车钩连挂过程出现卡滞现象,车钩无法顺利连挂到位.上述分析表明:加厚单侧车钩钩舌前唇轮廓不利于车钩连挂;而削薄钩舌后唇对于车钩连挂影响不大.图 削薄钩舌后唇试验过程 结构优化研究如图 所示,本文通过加厚钩舌后唇以验证对车钩连挂功能的优化.仿真时将一侧车钩钩舌后唇加厚,对侧车钩钩舌前唇轮廓适当加厚,车钩仿真模型能够顺利连挂,且当车钩关键零部件相互接触面之间的摩擦因数增大至原来的倍时能够连挂到位,表明加厚钩舌后唇相较于既有钩舌具有更好的连挂性能.因此建议在后续 型车钩连挂模块的结构优化设计过程中,可适当加厚车钩钩舌的后唇区域.图 车钩钩舌后唇轮廓加厚示意图结论本文利用S o l i d W o r k s软件的M o t i o n模块搭建了 型车钩连挂模块运动学仿真模型,以车钩钩体、连挂杆、钩舌三个部件作为分析对象,分析了影响连挂性能的因素.通过车钩连挂试验加以验证,并对上述部件的结构优化进行了探索研究,对于解决 型车钩连挂不到位等故障以及优化连挂性能具有一定的参考意义.根据仿真及试验结果,可得到以下结论:()更改车钩钩体凸锥导向圆角的尺寸对车钩连挂功能影响不大,将导向圆角更改成倒角有利于优化车钩的连挂性能.()将两侧车钩连挂杆适当改变相同长度,对车钩连挂功能影响不大;当两侧车钩的连挂杆长度不一致时,不利于车钩连挂;对连挂杆前端圆柱区域增加圆(下转第 页)年第期李朝曦,等:型车钩连挂模块连挂功能影响因素研究将加油阀与流量试验台连接,在入口通入 L/m i n的航空煤油,监测加油阀的回关情况,结果如表、表所示.将试验结果与仿真结果进行对比,结果表明:上述仿真结论与实物试验结果一致.表改变节流孔大小试验得到的活门关闭时间s节流孔直径(mm)第次第次第次第次 表改变膜片有效直径试验得到的活门关闭时间s膜片有效直径(mm)第次第次第次第次 结论本文建立了压力加油控制阀的流量、流阻、力学平衡等数学模型,结合工作原理分析表明,压力加油控制阀的关闭过程依靠节流孔的引压实现.利用AME S i m仿真软件建立压力加油控制阀的仿真模型,分析了不同节流孔和不同膜片条件下该压力加油控制阀的工作情况,并与实物试验结果进行了对比,验证了仿真方案的正确性.参考文献:高翔飞机压力加油系统设计研究J科技创新与应用,():王佳怡,刘昕晖,王展,等基于AM E S i m恒流量控制阀流量特性分析J吉林大学学报(工学版),:h t t p s:/d o i o r g/j c n k i j d x b g x b 傅俊勇,范宇恒,董文勇,等先导式溢流阀结构参数对泄漏的影响J液压与气动,():W a nL i r o n g,D a i H a n z h e n g,Z e n g Q i n g l i a n g,e t a l C h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i s o fd i g i t a le m u l s i o n r e l i e fv a l v eb a s e do nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gs y s t e mJ S h o c ka n dV i b r a t i o n,():刘坤华,钟佩思,黄德杰,等基于AME S i m的先导式溢流阀静态性能的仿真和优化J机床与液压,():杜宏辰,孙江宏,黄小龙,等基于AME S i m的先导式溢流阀静态性能的仿真和优化J机床与液压,():P e r f o r m a n c eS t u d yo fP r e s s u r eR e f u e l i n gC o n t r o lV a l v eB a s e do nAME S i mWUX i n j i a n,WE IY o n g h e,Y A N GX i n g,H U A N G W e n j u n(S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,S h e n y a n gL i g o n gU n i v e r s i t y,S h e n y a n g ,C h i n a;Y i b i nS a n j i a n gM a c h i n e r yC o,L t d,Y i b i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep r e s s u r e r e f u e l i n gc o n