自翻车综合设计概要.docx
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自翻车综合设计概要.docx
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自翻车综合设计概要
课程名称:
机械设计
设计题目:
自翻车综合设计
院系:
机械工程系
专业:
机械制造工艺与设备
年级:
2008级
姓名:
邓嘉陵
指导教师:
何俊
西南交通大学峨眉校区
2011年5月25日
摘要:
我国铁路货物运输中散装货物所占比重较大,约占货运量的60%,但其装卸(特别是卸货)机械化程度较低。
自翻车是一种将卸货设备和车辆结构结合在一起的专用车辆,大力发展自翻车可以有效提高我国货运能力。
适用于在标准轨距上运输矿石、剥离岩石、沙砾、煤块、建筑材料等散装货物。
具有两侧自翻,自动开、关门的功能,(以下简称为自翻车),可节省人力,减轻劳动强度。
该车能通过机车或地面供压力实现向任何一边卸料,即能同时满足单、双边卸料的要求,对货物的粒度没有限制,可装运大块矿石,且兼具卸货速度快、不埋道、周转快、经济效益好、节约人力等优点,越来越受到大型厂、矿的青睐。
本文主要做了以下方面的设计:
1、介绍自翻车的相关背景。
2、分析自翻车的工作原理及组成。
3、设计自翻车的原理图,根据相关强度大小计算零件的尺寸。
4、用proe三维软件建造自翻车的模型
关键词:
自翻车、机构、建模、强度校核
尺寸大小、设计、proe三维造型
目录
1.绪论3
1.1.选题背景及意义3
1.1.1.自翻车相关背景3
1.1.2.本设计课题的意义4
1.2.本文主要研究的内容5
2.自翻车原理及分析5
2.1问题的提出5
2.2卸货时的情况6
2.3、倾翻设计方案及原理7
3自翻车构件长度及传动角8
3.1自翻车的自由度计算8
3.2自翻车构件的相关长度数据计算9
3.3传动角10
4自翻车构件的尺寸参数及对它们进行选材11
4.1已知数据11
4.2液压缸相关参数计算11
4.2.1液压缸所受负载11
4.2.2液压缸的直径和其相关参数12
4.2.3活塞杆弯曲稳定性的校核16
4.3耳环参数17
4.4液压缸活塞销钉参数18
4.5车厢和底架的参数18
5自翻车三维建模22
5.1proe软件介绍22
5.2自翻车模型23
6参考文献23
1.绪论
1.1.选题背景及意义
1.1.1.自翻车相关背景
我国铁路承担着繁重的运输任务,其中货物运输尤甚。
而货物运输中散装货物所占的比重较大,约占货物运输的60%,但其装卸(特别是卸货)的机械化程度较低。
因此提高对这类货物装卸的机械化、自动化水平迫在眉睫。
目前,我国散装货物运输主要靠通用敞车来完成。
卸车作业在一些大型厂、矿和港口采用翻车机、链斗卸车机卸货。
但很大一部分中小型厂、矿及站厂的卸车作业,还没有比较合适的机械。
同时翻车机设备庞大复杂,有一定的局限性,且易破坏车辆;链斗卸车机效率低,边角部位不易清除,很难满足粒(块)状货物的卸货要求。
对如何进一步提高散装货物卸车机械化的程度,应从两方面考虑:
其一,从卸车机具考虑,研制装卸机械化的设备;其二,采取设备与车辆合二为一的方法,使它们能更好地满足不同散装货物的高效卸车要求。
后者是提高卸车措施的有效途径,这就要求大力发展专用车辆的数量和品种。
从世界各国铁路货车的发展趋势看,专用货车发展的速度很快,我国目前粒(块)状货物运输约占散状货物总运输量的40%,而与之相适应的运输车辆则较少,特别是自动倾翻车更少。
因此大力发展自动倾翻车势在必行。
自翻车是一种卸车设备与车辆结构结合在一起的专用车辆,适用于在标准轨距上运输矿石、剥离岩石、沙砾、煤块、建筑材料等散装货物。
具有两侧自翻,自动开、关门的功能,(以下简称为自翻车),可节省人力,减轻劳动强度。
该车利用机车提供的风源自动倾斜货物。
用它既可以最大限度地简化卸货场地设施,又能更好地适应大中小型厂、矿及站厂的使用。
国外的自翻车起步时间早,品种多样化。
与国外相比,我国自翻车发展较晚,无论品种和数量都难以适应当代货运快速发展的需要。
我国制造的第一台自翻车是上世纪三十年代由当时大连工矿车辆厂(现大连重型机器厂),仿造美国60t自动倾翻车制造的,后在1959年转由哈尔滨车辆厂生产。
哈尔滨车辆厂‘又经过一系列改进,于1963年定型为KF——60型。
该型车是我国生产领域使用自动倾翻车时间最长、数量最多的主要产品。
之后哈尔滨车辆厂又先后研制了载重100吨的KF——100型液压自翻车、载重70吨的KF——70型风动自翻车、载重65吨的KF——65型)“L动自翻车,一共四种形式。
我国自动倾翻车与国外相比还有很大差距,主要存在以下问题:
1.自重大
国内平均自重系数为0.51,国外为0.49。
这和自翻车本身的工作性质有关,装货条件恶劣要求有足够的强度;保证倾翻稳定,又要求车箱和底架有足够的刚度,所以自重系数均较通用车要高。
2.最高运行速度低
KF一100型自翻车是三轴一体构架式转向架,适应曲线能力较差,对线路要求较高,最高运行速度为80Km/h,但实际运用速度低于40Km/h。
KF——60型自翻车的最高运行速度也是80Km/h,后来哈尔滨车辆厂为哈尔滨铁路局制造了一批最高运行速度90Km/h的KF——60型自翻车,株洲车辆厂为郑州铝厂制造了一批最高运行速度为1OOKm/h的KF——60型自翻车,均未正式定型,同时也和我国目前货车最高运行速度12Okm/h的要求有很大差距。
3.品种少
目前在我国矿山及其它部门使用的自翻车,仅有KF——60型和KF——100型两种。
其中KF——60型较多,估计全国范围内有至少3000台,而且形式较杂,有用滑动轴承的,有用滚动轴承的,有焊接构架式转向架,有三大件式转向架的,但上体基本上是KF——60原型原样。
KF——100型自翻车全国只有攀枝花矿业公司应用,共60辆,到目前为止仅由哈尔滨车辆厂制造。
4.关键技术缺乏基础研究
自翻车不同于其它专用车辆,有其独特的要求,涉及的方面较多。
中可看出我国自翻车,在上世纪六七十年代是发展高峰,但之后多停留在局部钢结构的加强和走行部的改进上,在整体框架和一些影响倾翻性能的关键技术上未做新的尝试,基本处于停滞阶段。
例如对倾翻机构缺乏更多的研究,目前自翻车的倾翻机构主要有三种,一是端部控制机构,前苏联的自翻车多采用该种结构;二是大折页机构,KF一60型自翻车应用此种结构;三是四连杆机构,KF一100型自翻车采用该结构。
除此之外,还没有推出更新的机构,来实现减轻车辆自重,简化车辆结构,增加车辆倾翻稳定性。
1.1.2.本设计课题的意义
我国60至70年代自动倾翻车的发展较快,品种相对较多,而进入80年代到90年代几乎没有什么新产品,但构想方案仍有一些。
从满足铁路货运发展的角度看,应大力研制相同吨位、不同容积、适应不同运行线路的低自重、构造速度高的多品种自翻车,以适应冶金、煤炭等行业的发展。
本文以载重80t自翻车为研究对象,首先通过对其原理、结构、进行分析,了解自翻车的结构特点特性,为自翻车的结构设计及分析提供一定参考建议。
然后通过理论分析并设计方案,同时计算各个构件的相长度,同时根据相关强度来尺寸大小来设计自翻车。
然后通过proe进行三维建模。
1.2.本文主要研究的内容
载重80t气动自翻车车体包括车箱、底架两部分。
车箱由车箱底架、侧墙、端墙等三大部件组成,其主要承载件由板材Q450和型钢Q345组焊而成。
车体底架结构主要用材为Q450NQRI高强度耐大气腐蚀钢。
整个结构由中梁、枕梁及端梁等组成箱型焊接结构。
本文以载重80t气动自翻车车箱、底架为研究对象,主要研究内容如下:
1.根据设计要求,设计出相应的方案,计算自翻车相关构件的参数,和尺寸大小,用CAD软件绘出确定方案的二维图草图。
2.再利用三维软件Pro/E建立自翻车三维实体模型。
2.自翻车原理及分析
2.1问题的提出
一种铁路运输散装货物的车辆,具有两侧自翻,自动开、关门的功能(以下简称为自翻车),可节省人力,减轻劳动强度。
试设计其自翻,自动开、关门机构。
设计要求和有关数据:
(1)车厢向一侧倾翻至给定角度时,该侧厢门联动打开,成为车厢低面的延伸面或平行延伸面。
(2)车厢向一侧倾翻时,另一侧厢门不得向内摆动挤压。
(3)车厢未倾翻时及恢复水平状态时,两侧厢门联动关闭,厢门不得在散货压迫下自行开启。
(4)驱动和传动系统在车厢下面,不超出车厢侧面。
(5)采用液压驱动,各传动角不得小于30°。
(6)不得发生杆件干涉现象。
受力合理。
2.2卸货时的情况
1、以下两幅图片是自翻车卸货时的情景:
2、自翻车机构运动原理图图如下所示:
2.3、倾翻设计方案及原理
1、倾翻机构组成:
该运动机构由液压缸与相应的连杆和侧门组成。
2、机构简图:
用CAD绘制的自翻车机构原理草图如下图所示:
自翻车草图
当自翻车向右倾斜卸货时,左边的液压缸EF缓慢向上顶,车厢绕G点顺时针旋转(基本上趋近于匀速转动),旋转至时的虚线位置,由于左边的连杆与侧门垂直,并且连杆不会发生逆时针转动,所以左侧侧门不会自动打开,也不会向里挤压。
右侧侧门在在K点的带动下相对于J点顺时针旋转,最后旋转到与车厢底面平行,货物被卸下。
由于该机构是对称的,所以自翻车向左倾斜卸货的工作原理与向右倾斜卸货的工作原理相同,符合要求。
3自翻车构件长度及传动角
3.1自翻车的自由度计算
当自翻车向右倾翻卸货时:
自由度,所以有确定的运动,由于该机构是对称的,所以自翻车向左倾翻卸货时与自翻车向右倾翻卸货时的自由度相等,也具有确定的运动。
3.2自翻车构件的相关长度数据计算
根据给定的原始参数可以求出各连杆的长度和相关机构的角度:
参数
计算过程
结果
AM
已知参数
BK
已知参数
FG
已知参数
RS
已知参数
KM
已知参数
AB
已知参数
JG
由已知条件得:
SK
同理可得
FC
同理可得
BR
同理可得
JK
由已知条件得:
GS
同理可得
RF
同理可得
BC
同理可得
JI
初始位置状态时:
,在中,
由勾股定理可得
当GK旋转到与GJ重合时,KJ的长度最短,可以根据几何关系可以求得此时的长度为
此时JI的长度应该小于JG的长度,即JI在初始位置长度加上JK与JG重合时JK从滑块右端向左端滑出的部分为的和应该小于JG的长度,即;可以推出
所以取
CD
与求JI的方法相同,其结果也与JI相同
可得
QG
QG的长度应该小于FG的一半,
即,
所以取
PF
与求QG的方法相同,其结果也与QG相同
可得
GH
根据自翻车机构运动图上给定的数据可以求出液压缸的原始长度,
取
FE
与求QG的方法相同,其结果也与QG相同
可得
在自翻车倾斜到虚线位置时,此时液压缸的长度可以根据几何关系图求得,简化图如右图所示:
由于,
所以
在中:
又由于所以
所以
在中:
所以取
VW
放在转向架上的钢梁结构的宽度
所以取
3.3传动角
当自翻车在初始位置时,传动角都为,当自翻车
向右倾斜卸货后开始返回
时为传动件,输出构
件为,传动角为传动件
对输出构件的作用力和传
动构件的转动中心连线间
所夹的锐角,如简化图所示:
在中,
所以
此传动角为最小传动角,满足传动角的设计要求。
4自翻车构件的尺寸参数及对它们进行选材
4.1已知数据
由《车辆工程》可知载重80t气动自翻车主要由车体底架、车箱、2个ZF轴转向架及底架附属件、空气制动装置、车钩缓冲装置、倾翻装置等部分组成。
其中车体主要由底架、车箱组成。
其主要技术参数如下所示:
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