田建忠
(太原機(jī)車車輛配件廠 開發(fā)部,山西 太原 030003)
鐵道車輛用鉤緩裝置是車輛系統(tǒng)中最重要的部件之一,主要用于機(jī)車與車輛或車輛之間的連掛與分解,同時(shí)傳遞列車在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的牽引力與沖擊力,并使車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車輛造成的損壞。本文通過應(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,從而確保列車的安全運(yùn)行具有十分重要的意義[1]。
鐵道車輛用車鉤緩沖裝置是指具有使機(jī)車與車輛或車輛之間相互連接、牽引及緩解列車運(yùn)行中所受沖擊力作用性能的裝置。其主要由車鉤組成、緩沖器、鉤尾框、從板和鉤尾銷等零部件組成。在鉤尾框內(nèi)依次安裝從板、緩沖器,用鉤尾銷將車鉤與鉤尾框連接起來,這樣組成的整套裝置就稱為車鉤緩沖裝置,簡稱鉤緩裝置。
鉤緩裝置具有連掛、牽引和緩沖等3個(gè)基本功能[2]。鉤緩裝置中的車鉤用于編組和解體列車時(shí)機(jī)車和車輛或車輛之間的連掛或分解,傳遞列車在運(yùn)行或調(diào)車作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的牽引力或沖擊力,并使車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車輛造成的損壞;從板和鉤尾框則起著傳遞縱向力(牽引力或沖擊力)的作用。
鐵道車輛用鉤緩裝置按照使用16型、17型車鉤可分為轉(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型車鉤適用于翻車機(jī)卸貨作業(yè)的不摘鉤重載列車,為防止翻車機(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型車鉤可繞車體縱向中心線相對鉤尾框做360°回轉(zhuǎn),17型車鉤鉤頭兩側(cè)設(shè)有聯(lián)鎖裝置,鉤尾端兩側(cè)設(shè)有自動(dòng)對中凸肩,能夠保持車鉤的連掛性能,防止列車顛覆,同時(shí)還可使車鉤在運(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
鐵道車輛用旋轉(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,通過運(yùn)行CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件,對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,隨后針對不同對象進(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較多,因此應(yīng)對16型、17型車鉤組成和MT—2型緩沖器等大部件分別進(jìn)行三維建模與裝配。
16型車鉤組成主要由16型車鉤鉤體、鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷、下鎖銷轉(zhuǎn)軸、鎖鐵組成及下鎖銷組裝等零件組成。16型車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)使車鉤連掛后具有聯(lián)鎖、自動(dòng)對中及防脫的功能。為了使車鉤在進(jìn)行翻卸作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,16型車鉤與從板接觸的部位為SR133.5 mm的球面。車輛在翻車機(jī)翻卸作業(yè)時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)套與鉤尾框的內(nèi)圓柱面相對轉(zhuǎn)動(dòng),完成車輛的翻轉(zhuǎn)作業(yè)。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求,畫出16型車鉤組成的三維圖及三維爆炸圖(見圖3和圖4)[4]。
圖3 16型車鉤組成三維圖
圖4 16型車鉤組成三維爆炸圖
17型車鉤組成由17型車鉤鉤體、鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷、鎖鐵組裝、下鎖銷轉(zhuǎn)軸和17型車鉤下鎖銷組裝等零件組成,其中鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷和鎖鐵組裝與16型車鉤組成完全相同。17型車鉤鉤體的頭部與16型車鉤相同,因17型車鉤是固定車鉤,所以鉤身的形狀與其他車鉤相似,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)有使車鉤與車體自動(dòng)對中的凸肩。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求,畫出17型車鉤組成的三維圖及三維爆炸圖(見圖5和圖6)。
圖5 17型車鉤組成三維圖
圖6 17型車鉤組成三維爆炸圖
MT—2型緩沖器是適用于重載單元列車的大容量緩沖器,具有性能穩(wěn)定、阻抗低、容量大、使用壽命長和檢修方便等特點(diǎn),在各型重載貨車上均裝用了該型緩沖器。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求,畫出MT—2型緩沖器的三維爆炸圖(見圖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,逐一畫出轉(zhuǎn)動(dòng)套、從板、鉤尾銷和鉤尾銷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“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)感視覺效果的鉤緩裝置三維效果圖(見圖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
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程的動(dòng)畫仿真演示。具體操作時(shí),從“工具”設(shè)計(jì)元素庫中將“裝配”拖入設(shè)計(jì)環(huán)境中,彈出“裝配爆炸”對話框,選擇“爆炸”(無動(dòng)畫)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
通過運(yùn)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)三維軟件技術(shù),對鉤緩裝置進(jìn)行總體的三維建模與虛擬裝配,直觀地加深了設(shè)計(jì)人員對鐵道車輛用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.鐵路貨車段修技術(shù)與管理[M].北京:中國鐵道出版社,2004.
[2] 陳雷.鐵路貨車技術(shù)與管理[M].北京:中國鐵道出版社,2010.
[3] 于惠力,馮新敏. 現(xiàn)代機(jī)械零部件設(shè)計(jì)手冊[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.