铁路散货自翻车设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业机械原理课程设计说明书铁路散货自翻车2012年12月19日目录1.绪论.31.1.选题背景及意义.31.1.1.自翻车相关背景.31.1.2.本设计题目的意义.31.2.本文主要研究的内容.32.自翻车设计.42.1.自翻车卸货原理.42.1.1.卸货时情况.42.1.2.自翻车设计的相关要求.52.1.3.机构方案及原理.52.1.4.方案比较并选定.72.2. 方案二 机构运动分析.72.2.1. 液压缸推动分析.72.2.2.三角机构拉伸过程.82.2.3. 车门

2、联动打开过程.82.2.4. 液压缸收缩车身翻转过程.92.2.5.联动关门过程.92.3.自翻车的相关数据计算.92.3.1. 液压油缸受力计算.92.3.2. 各杆件长度设计和计算 .102.4.仿真 .142.4.1.三维零件建模和组装.142.4.2.三维模型的运动仿真.152.4.3.三维仿真结果分析及优化.152.5.倾翻稳定性.162.5.1.倾翻稳定性分析.162.5.2.影响自翻车卸货稳定性的原因.163.心得体会.164.参考资料.175.Matlab计算程序.181.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

3、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

4、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、矿及发电站厂的

5、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。国产自翻车与国外相比有以下不足：1.自重大2.最高运行速度低3.品种少4.关键技术缺乏基础研究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

6、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选定方案，同时计算各个构件的相关数据，来设计自翻车。然后通过Solid edge进行运动仿真，绘出输出构件的相关数据曲线。本文的研究成果为自翻车的结构设计及稳定性分析提供参考，也为以后的机械设计积累了一定得经验。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

7、: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，用CAD软件绘出确定方案的二维图，再利用三维软件Pro/E建立自翻车三维实体模型，为自翻车的运动仿真做准备。2.根据车辆动力学中有关稳定性的理论，对自翻车卸货过程中的稳定性进行分析和计算。在检验自翻车车箱设计稳定性的基础上，对影响自翻车稳定性的因素进行分析，进而提出提高自翻车稳定性的措施。2.自翻车设计2.1.自翻车卸货原理分析2.1.1.卸货时的情况1.以下图片是自翻车卸货时的情景：2.自翻车机构运动图以及相关给定参数如下所示：载重80自重38.7 t容积35.4m3商业运营速度80Km/h通过最小曲线半径80m车辆长度1323

8、4mm车辆换长1.22.1.2.自翻车设计的相关要求1车厢向一侧翻至给定角度时，该侧厢门联动打开成为车厢底面的平行延伸面。2 车厢向一侧翻时，另一侧厢门不得向内挤压。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，不超过车厢侧面。5 采用液压驱动，平面连杆机构传动（不使用高副机构），各传动角不得小于30。6 不得发生杆件干涉现象。不得涉及高副机构，受力合理。2.1.3.机构方案及原理1.机构组成：该运动机构由液压缸和相应的连杆组成2.机构简图：用CAD绘制的自翻车机构原理草图如下图所示：方案一：当自翻车向右倾斜卸货时，左边的液压缸E

9、F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PFC与侧门ABCD垂直，并且连杆不会发生逆时针转动，所以左侧门不会自动打开，也不会向里挤压。右侧门在在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。分析：此方案能够很好地实现题目设计要求，既能完成翻转，也能做到自锁，但是在仿真过程发现自锁优势成为劣势，自锁导致侧翻门在受力作用下完全自锁，不能打开。方案二：初始位置侧翻后状态静止阶段：整个车厢底部不与侧翻机构在同一空间平面与之交错排列的底架支撑（

10、如下图虚线部分，为了便于区分用虚线表示，并且未与车厢底部接触），支撑杆L1和L1，油缸L2和L2只是起到辅助支撑作用。杆了L1与L1只是起一个固定L4与L4的A、A两个铰点而已。侧翻散货阶段：当液压杆L2伸长时车身将会绕着O点转动。于此同时由于车身在转动，所以L3、L4之间的夹角变大，会将L5向远离E点的位置拖动，从而将车门打开。实现联动打开车门。复位阶段：当L2杆收缩时，L4、L3由于受到压迫将会减小角度，从而把杆L5推回去，车门L6就会随着车身的回正实现缓慢的关上。实现联动关闭车门2.1.4.方案比较并选定：两个方案比较，方案二更加容易实现，而且在满足题目设计要求外，还能做到自锁和侧翻门轻

11、松实现。故此设计选择方案二。2.2. 方案二 机构运动分析2.2.1. 液压缸推动分析车身在油缸的作用下绕O点运动，实现翻转。图书L2表示油缸，最后需要根据计算尺寸然后确定油缸的级别和型号。2.2.2.三角机构拉伸过程当液压缸伸长时，车厢会绕O铰点旋转，而实现车身转动的效果。由于车身旋转，引发B点的位移发生变化，使得AB相对距离变大。如图，机构为4杆机构，n=3，PL=4，并可计算出自由度F=1，故L4将实现如图所示的旋转运动，为同时发生的开门运动提供作用力。2.2.3. 车门联动打开过程 由于在上面的三角机构拉伸过程中让L3发生了旋转，所以L5将会被向左拖动，进而拉动L6绕E铰点旋转。实现开

12、门过程，并且达到要求的平角位置。2.2.4. 液压缸收缩车身翻转过程当液压缸收缩，车身将会绕着右边的支架旋转缓慢的回到初始位置。2.2.5.联动关门过程由于L3的逆时针旋转作用，它将会推动L5的运动，当L6受到L5的压力时将会迫使L6绕着D点旋转，实现关门的要求。2.3.自翻车的相关数据计算2.3.1. 液压油缸受力计算设车厢重力为，索拉货物重力为，则底架所承受的总质量为受力杆有两个状态值：1)侧翻前静置态 :G总主要由底架承受2)侧翻开始状态:G总主要由油缸承受由于油缸个数总共为4个，所以侧翻时两个油缸承受力 3)侧翻后静置状态 ： 2.3.2. 各杆件长度设计和计算为求出各个杆件的长度和各

13、个铰点的位置，首先经过调整后，在这里对必要的杆长做出了设计，其中包括L2min=450mm, L4=900mm, L5=1500mm, L6=350mm, 车厢门与L6杆之间的夹角为3/4。所以只要在确定B铰点位置和杆件L3长度，即可完成杆件机构的设计。由于配合和转动关系，B铰点的位置决定了，L3杆件的长度。为解决此问题可以用以下解法：第一步：求出个可求出的简单点坐标以O为原点建立平面直角坐标系，则有各个点的坐标如下：A(-1500，0), D(635，448),E(635+350/2*sqrt(2),448-350/2*sqrt(2);应用适量旋转变换公式：；得到;得;同理得到;设B点坐标为

14、（x,448）;则旋转后有;第二步：求出转动前后的F点和F1点的坐标根据F铰点到A铰点的距离恒为L4，到E铰点的距离恒为L5,建立方程组，相当于两个圆相交(如图):由matlab编程并计算结果如下： 结合图形分析，第一组解能够让杆件的受力分布更加均匀，故选取第一组解根据F1铰点到A1铰点的距离恒为L4，到E1铰点的距离恒为L5,建立方程组，相当于两个圆相交(如图):由matlab编程并计算结果如下： 结合图形分析，需要有yf0第一组解明显不符合条件，故舍去第一组解，故选取第二组解第三步：求出B点在车底架上的位置坐标由于转动前后，L3杆都铰接在B和F铰点上，因此转动前后，B点到F铰点的距离恒等为

15、L3。如图而转动后的B1点有：xb1=x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);yb1=-x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);因此可以建立如下方程：由matlab编程并计算结果如下： x= -1171.取值为x= -1171.324到此得到了B点的位置。L3=sqrt(x-(-617.3065)2+(448-(175.6481)2)；得L3=617.；第四步：输出结果标注在CAD图上机构的各部分杆件长度设计和计算，各铰点位置都已经确定。如图：经计算得出杆长数据：杆号长度备注L1一端铰接一端固接直杆L2min两端铰接直杆L2max两端铰接直杆L3两端铰接直杆L4两端铰接直杆L5

16、两端铰接直杆L6两端铰接直杆2.4.仿真 2.4.1.三维零件建模和组装打开solid edge软件，新建各个所需画构件的零件图，正确绘出各个构件的实体图形，并保存到指定文件夹中。然后新建组件图，在此窗口下将各个构件进行组装，同时给每个构件相应的约束条件进行约束。最后检查他们的约束条件是否正确。由于整个装配是左右对称，故只装配了一半！注意左右的三角机构和翻转机构不在一个平面，要错开！1）组装后自翻车的端面的装配体初始位置的效果图如下所示；2）在solid edge中自翻车卸货时的端面实体效果图如下所示：2.4.2.三维模型的运动仿真： 以自动侧翻车门的最高点做运动轨迹仿真：在solid edg

17、e中输出垂直于地面的位移-时间图、速度-时间图、加速度-时间图。位移-时间图速度-时间图加速度-时间图2.4.3.三维仿真结果分析及优化通过三维仿真和运动轨迹位移、速度、加速度图像，可以看出此模型在侧翻整个阶段都比较平缓，然而在末阶段出现机械急回特性，这个机械急回特性对整个系统末端翻转的稳定性有一定影响。解决方案是把杆L3、L4缩短，将L3和L4的夹角变大，其他尺寸相应的变化。可用matlab软件进行计算。2.5.倾翻稳定性2.5.1.倾翻稳定性分析自翻车在卸货的过程中必须保证其卸货稳定性，否则会发生倾翻事故。当侧门处于水平位置时，车内所装的物料还基本没有流出车箱，但已滑向了车门，此时整个车体

18、的偏重最多，也最不稳定。如果随着车箱继续倾覆，物料能及时滑出车箱，且还保持车箱有足够的复原力，则车箱处于稳定状态。相反，若物料不能及时滑出车箱，随着重心偏移量的加大，当重心超过一侧支点时，就没有车箱复原力了，车箱也就失去了稳定性。参考自翻车稳定性分析文献可知，倾翻系数是评判倾翻稳定性的一个重要标准。倾翻系数越大，自翻车倾翻稳定性越差。有关自翻车车箱在倾翻卸货的过程中，侧门开启较早，有很小的倾翻系数，因而该自翻车车箱拥有稳定可靠的倾翻性能。2.5.2.影响自翻车卸货稳定性的原因由于自动倾翻车工作的特殊性，其卸货过程是在瞬间完成，因此对其倾翻稳定的要求尤为突出。而影响倾翻稳定性的原因很多，主要包括

19、以下方面:1.季节影响：雨季，散状料潮湿易粘车底；冬季，湿料易结冰而冻结，两种情况都能使物料不易顺车底下滑。在起重缸活塞杆推力作用下，车箱顶起后，因散状料粘结或冻结，到坡角大于拓时仍不下滑，因而形成重心不能随倾角增加而降低，而且继续偏移。当重心偏过一侧支点时，车厢扣翻事故就发生了。2.自翻车的滑块原因：当自翻车在卸货时，由于滑块里面进入颗粒物使得滑块不能在杆上自由地滑动而被卡死，从而车厢车门不能顺利打开。也就是车门不张嘴，此种情况下倾翻卸货时重心也不会随着倾翻角度的逐渐增大而降低，当重心偏过一侧支点时，车厢扣翻事故也会发生。3.铁路状态不良：自翻车所在的倾翻地铁路不平度超过规定，或路基过软也能

20、引起失控而造成车厢扣翻现象。3.心得体会一学期的机械原理课程设计结束了，在这次课程设计的过程中学到了除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有些人很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出了很大的努力，不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然，总觉得自己的弱势.其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问

21、题的时候所采取的具体行动也是不同的，这当然也会影响我们的结果。很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己身置于具体的问题之中，我们才能更好的解决问题。 课程设计也是一种连续不断的学习过程，在此次课程设计中学到了不少的东西，对机械原理的内容有了更进一步的了解，尤其是对平面连杆机构的综合运用有了更大的提高。通过此次训练对三维大型软件有了一定的掌握，尤其对solid edge软件有了一定的熟悉，掌握了它的一些简单的仿真基础。这对我们以后的毕业设计以及以后的工作打下了一定的基础。在今后的学习中，一定要戒骄戒躁，态

22、度端正，虚心认真，专研三维，博览群书.要永远的记住一句话:态度决定一切。4.参考资料1 冯鉴，何俊，雷智翔，机械原理，西南交通大学出版社，20082冀军礼，冯永顺，赵屹，程平.KF60AK型自翻车J.铁道车辆，2005年，3张仙花.KF60H（A）型自翻车新型倾翻机构设计J.机车车辆工艺，2007年（第2期）4王守志，李占峰，Solid Edge实用教程（机械设计）5 孟宪源，孟宪源，机构构型与应用，机械工业出版社，20046 刘毅，机械原理课程设计，华中科技大学出版社，2008附录：部分数据求解于matlab中编写的程序：clearsyms xf yf xf1 yf1 x;%xa=-1500

23、;%ya=0;%xb=x;%yb=448;%xd=635;%yd=448;%方程：xe=635+l6/2*sqrt(2);%xe=635+350/2*sqrt(2);%方程：ye=448-l6/2*sqrt(2);%ye=448-350/2*sqrt(2);%xd1=1083*sqrt(2)/2;%yd1=-187*sqrt(2)/2;%方程：xe1=1083*sqrt(2)/2-l6;%xe1=1083*sqrt(2)/2-350;%ye1=-187*sqrt(2)/2;%xb1=x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);%yb1=-x*sqrt(2)/2+224*sqrt(2);%l

24、6=350;%l5=1500;%l4=900;%两个方程组，相当于两个圆相交%eq1=sym(xf-xa)2+(yf-ya)2=l42);%eq2=sym(xf-xe)2+(yf-ye)2=l52);%作差得：2*(xe-xa)*xf+2*(ye-ya)*yf+xa2-xe2+ya2-ye2=l42-l52;%eq3=sym(xf1-xa)2+(yf1-ya)2=l42);%eq4=sym(xf1-xe1)2+(yf1-ye1)2=l52);%作差得：2*(xe1-xa)*xf1+2*(ye1-ya)*yf1+xa2-xe12+ya2-ye12=l42-l52eq1=sym(xf+1500)2+(yf-0)2=9002);eq2=sym(2*(635+350/2*sqrt(2)-(-1500)*xf+2*(448-350/2*sqrt(2)-(0)*yf+