本科畢業(yè)設計（論文）鐵路運輸側翻車系統(tǒng)設計學院機械工程學院專業(yè)工程機械學生姓名學號指導教師答辯日期2013年6月畢業(yè)設計（論文）任務書學院機械工程學院系級教學單位機械電子工程系學號學生姓名專業(yè)班級09級工程機械題目名稱鐵路運輸側翻車系統(tǒng)設計題目性質1理工類工程設計（）；工程技術實驗研究型（）；理論研究型（）；計算機軟件型（）；綜合型（）2文管理類（）；3外語類（）；4藝術類（）題目類型1畢業(yè)設計（）2論文（）題目題目來源科研課題（）生產(chǎn)實際（）自選題目（）主要內(nèi)容確定鐵路運輸側翻車整體方案確定側翻車零部件參數(shù)，液壓系統(tǒng)參數(shù)進行側翻車三維實體設計，仿造，仿真模擬液壓元器件選型，結構強度校核，系統(tǒng)工程圖繪制基本要求設計說明書6070頁鐵路運輸側翻車整體裝配圖一張A0零部件圖四張A1參考資料成大先著，機械設計手冊，化學工業(yè)出版社嚴雋耄，傅茂海主編，車輛工程（第三版），中國鐵道出版社胡仁喜等編，SOLIDWORKS2012中文版機械設計從入門到精通，機械工業(yè)出版社蒲廣義編著，ANSYSWORKBENCH12基礎教程與實例詳解，中國水利水電出版社周次第14周第58周第912周第1316周第1718周應完成的內(nèi)容查閱收集資料，提前交文獻綜述和開題報告5千字外文翻譯，節(jié)點考核確定參數(shù)結構設計三維造型繪制圖紙、審查圖紙，中期考核液壓元器件選型，結構強度校核撰寫論文制作PPT準備答辯指導教師趙延治系級教學單位審批年月日職稱副教授2013年06月18日摘要我國鐵路貨物運輸中散裝貨物所占比重較大，大約占據(jù)總的貨運量的六成，但其卸貨機械化和自動化的程度較低。在現(xiàn)實社會中，大量的散貨都是由輪船、火車等運輸工具運送，在卸載時不用考慮貨物的損壞，但是卻需要大量的人力或復雜設備，因此卸貨效率不高。專用卸車機在一些比較大型的港口和礦場運用比較多，但是翻車機設備龐大復雜并有一定局限性，易損壞車輛。隨著我國基礎建設的迅速發(fā)展，這中劣勢越發(fā)明顯。對如何進一步提高散裝貨物卸車機械化的程度，應考慮是研制裝卸機械化的設備還是采用設備與車輛合二為一，使它們能更好的滿足不同散貨的高效卸車要求。鐵路運輸側翻車是一種將卸貨設備和運輸車體結構結合在一起的專用鐵道車輛，大力發(fā)展側翻車的設計制造水平和應用范圍可以有效提高我國鐵路貨運能力。鐵路運輸側翻車適用于散裝貨物的運輸。具有兩側自翻，自動開、關門的功能，（以下簡稱為側翻車），可大大的節(jié)省人力，減輕勞動強度。該車能通過機車車載液壓缸的伸長動作實現(xiàn)向任何一邊卸料的工作目的,即能同時滿足單、雙邊卸料的要求,對貨物的粒度的允許范圍很大,主要用于裝運大塊礦石,且具卸貨速度快、場地設施簡便、經(jīng)濟效益好、節(jié)約人力等優(yōu)點。因此，設計一種高效率的散貨側翻車是十分必要的。本文針對如上問題主要做了以下方面的設計1、介紹鐵路運輸側翻車的相關背景。2、分析鐵路運輸側翻車的工作原理及組成。3、設計鐵路運輸側翻車的原理圖，根據(jù)相關強度大小計算零件的尺寸。4、用SOLIDWORKS三維軟件建造側翻車的模型。5、用ANSYS、HYPERMESH等有限元分析軟件校核關鍵零部件強度。關鍵詞鐵路貨車、側翻車、連桿機構、有限元結構分析ABSTRACTCHINASRAILWAYTRANSPORTOFGOODSBYALARGERPROPORTIONOFBULKCARGO,ACCOUNTINGFOR60OFFREIGHTTRAFFIC,BUTITSHANDLINGESPECIALLYUNLOADINGALOWERLEVELOFMECHANIZATIONONTHESTANDARDGAUGEFORTRANSPORTATIONOFORE,PEELROCKS,GRAVEL,COAL,BUILDINGMATERIALSANDOTHERBULKCARGOHAVINGTWOSIDESSINCETHETURN,AUTOMATICOPENINGANDCLOSINGFUNCTION,HEREINAFTERREFERREDTOASROLLOVERCAR,YOUCANSAVEMANPOWER,REDUCELABORINTENSITYMOTORCYCLETHROUGHTHECARORONTHEGROUNDFORTHEPRESSURETOACHIEVEDISCHARGETOEITHERSIDE,THATCOULDSATISFYBOTHSINGLEANDBILATERALDISCHARGEREQUIREMENTS,NORESTRICTIONSONTHEGRANULARITYOFTHEGOODSCANBESHIPPEDLUMPORESANDUNLOADINGBOTHFAST,NOTBURIEDROAD,TURNOVERISQUICK,GOODECONOMICRETURNS,SAVINGMANPOWER,ETC,MOREANDMORELARGESCALEFACTORIESANDMINESOFALLAGESINREALITY,ALOTOFBULKAREMADEAUTOMOBILES,TRAINSANDOTHERVEHICLESTRANSPORTING,UNLOADINGWITHOUTWORRYINGABOUTTHEDAMAGETOTHEGOODS,BUTITREQUIRESALOTOFMANPOWER,ANDDISCHARGEEFFICIENCYISNOTHIGHUNLOADINGOPERATIONSINSOMEOFTHELARGERPORTSANDMINESUSEMORE,BUTDUMPEREQUIPMENTCOMPLEXANDTHEREARESOMELIMITATIONS,EASILYDAMAGEDVEHICLESONHOWTOFURTHERIMPROVETHELEVELOFMECHANIZATIONOFBULKCARGOUNLOADING,LOADINGANDUNLOADINGSHOULDBECONSIDEREDISTHEDEVELOPMENTOFMECHANIZEDEQUIPMENTORTHEUSEOFEQUIPMENTANDVEHICLESINTOONE,SOTHATTHEYCANBETTERMEETTHEREQUIREMENTSOFDIFFERENTBULKEFFICIENTUNLOADINGTHEREFORE,THEDESIGNOFANEFFICIENTBULKVEHICLEROLLOVERISNECESSARYKEYWORDSRAILWAYWAGONS,ROLLOVER,LINKAGE,FINITEELEMENTSTRUCTURALANALYSIS目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論111課題背景112本設計課題的意義及主要研究的內(nèi)容113鐵路散貨側翻車的現(xiàn)狀2131散貨卸載側翻車的國外現(xiàn)狀2132散貨卸載側翻車的國內(nèi)現(xiàn)狀3第2章機構選型設計及尺寸綜合621設計要求622設計數(shù)據(jù)6221基本數(shù)據(jù)6222自設數(shù)據(jù)723機構選型設計7231傾斜機構7232廂門機構724傾翻設計方案及原理925側翻車構件長度及傳動角10251側翻車的自由度計算10252側翻車構件的相關長度數(shù)據(jù)計算10253傳動角1226液壓缸相關參數(shù)計算12261液壓缸所受負載12262液壓缸的直徑和其相關參數(shù)14263活塞桿彎曲穩(wěn)定性的校核15264耳環(huán)參數(shù)16265液壓缸活塞銷釘參數(shù)1727本章小節(jié)18第3章液壓元件的設計及安裝1931液壓站元件選取1932油箱及附件的確定1933泵站附件的選取1934管路及管接頭20341管路20342管接頭21343管路安裝2235對液壓系統(tǒng)制造方面的要求23351液壓泵裝置的安裝要求23352液壓油箱的安裝要求24353液壓閥的安裝要求24354液壓執(zhí)行元件的安裝要求2436液壓系統(tǒng)常見的故障2537本章小結25第4章零部件的設計2641車廂的設計26411側廂門的設計26412車廂底板設計27413端壁的設計2842主梁的設計2843轉向架的設計2945整車造型3146本章小結31第5章機構的運動及零部件的強度分析3251車廂側門的運動分析32511位移分析32512速度分析32513加速度分析3352關鍵零件的有限元分析34521主支撐支座的有限元分析34522長支撐橫梁的有限元分析36523轉向架側架的有限元分析3853本章小結40結論41參考文獻42致謝44附錄145附錄267第1章緒論11課題背景目前，我國散裝貨物運輸主要靠通用敞篷貨車來完成。卸車作業(yè)在一些大型鋼廠、鐵礦場和港口一般采用翻車機和鏈斗卸車機卸貨。但由于成本原因絕大部分的中小型廠、礦及站廠的卸車作業(yè)，只能通過人工卸貨。同時鏈斗卸車機效率比較低，邊角部位不易清除，卸貨不夠徹底，因此很難滿足散貨的卸貨要求。翻車機整套設備龐大復雜，價格昂貴，有很大的局限性，且易與車廂碰撞從而破壞車輛。關于如何提高散裝貨物卸車的效率，應從兩方面考慮其一，采取卸車設備與車輛本身合二為一的方法其二，從專用卸車裝備考慮，研制裝卸機械化高的設備，從而滿足不同散裝貨物的高效卸車要求。根據(jù)調(diào)查研究數(shù)據(jù)及實際經(jīng)驗，前者是提高卸車效率的有效途徑，這就要求大力發(fā)展和開發(fā)專用鐵路貨車的數(shù)量和品種。從我國及世界各國鐵路貨車的發(fā)展趨勢看，專用貨車發(fā)展的速度很快，我國目前散貨貨物運輸約占貨物總運輸量的40，但是與之相適應的運輸車輛則較少，特別是車輛與卸車設備相結合的自動傾翻車則更少。因此大力發(fā)展自動傾翻車輛勢在必行。側翻車是一種卸車設備與起運輸作用的車體結構結合在一起的專用鐵路車輛，該車在卸貨工作時由液壓缸的伸長動作支撐起廂體并使其傾翻，同時通過與廂門連接的連桿機構使廂門打開從而達到自動傾斜貨物的目的。用它既可以最大限度地簡化卸貨場地設施，又能更好地適應大中小型廠、礦及站廠的使用。112本設計課題的意義及主要研究的內(nèi)容我國上世紀六七十年代自動傾翻車的設計制造發(fā)展較為迅速，品種相對較多，噸位齊全。但是進入21世紀幾乎沒有什么實質性新產(chǎn)品，但理論上的構想方案仍有一些。提高卸貨的效率，有助于節(jié)省人力，促進經(jīng)濟的大力發(fā)展。散貨側翻車具有比較強大的功能和比較簡單的結構，能夠自動開關車門，可節(jié)省人力，節(jié)約設備費用，減輕勞動強度還可以設計專門的側翻車去滿足不同的工業(yè)要求。從滿足鐵路貨運發(fā)展乃至整個物流業(yè)發(fā)展的角度看，應大力研制相同噸位不同容積適以應不同的貨物運輸。本文以載重100T側翻車為研究對象，首先通過對其原理和結構進行了分析，了解了側翻車的結構特點特性，為側翻車的結構設計及分析提供一定參考數(shù)據(jù)。然后通過理論分析并設計方案，同時計算各個構件的相長度，同時根據(jù)相關強度來確定尺寸大小從而設計整個側翻車。然后通過SOLIDWORKS進行三維建模、并做了部分零件的有限元分析。載重100T側翻車車體包括車廂、主梁兩部分。整個主梁結構是由中梁、枕梁及端梁等組成的箱型焊接結構。車廂由車廂底架、側門、端壁等三大部件組成，其主要承載件由板材Q235鋼板和H型鋼組焊而成。本文以載重100T側翻車車廂、主梁、轉向架以及液壓部分為研究對象，主要研究內(nèi)容如下1根據(jù)設計要求，設計出相應的方案，計算側翻車相關構件的參數(shù)，和尺寸大小，確定方案的二維圖草圖。2利用三維軟件SOLIDWORKS建立側翻車三維實體模型并進行運動仿真和動力學分析。3應用二維制圖軟件CAXA繪制工程圖紙。4利用有限元軟件ANSYS進行部分零件的強度校核。13鐵路散貨側翻車的現(xiàn)狀131散貨卸載側翻車的國外現(xiàn)狀在與國外散貨側翻車的情況對比中，發(fā)現(xiàn)國外的側翻車起步時間早，許多種類的側翻車，例如捷克的2VS105型六軸側翻車曾于1975年在BRNO博覽會榮獲得金質獎章，適于運送比重175與225噸米的碎石和礦石,并適于在礦石堆積處卸貨或為采礦廠和露天煤礦的搗碎機供料用。除此之外還有東德的FAKKS型側翻車，這是一種供運輸?shù)[石道渣等鐵路建筑材料用的專用貨車，以及歐美等國研制一系列針對不同情況設計的側翻車。詳細資料見表11132散貨卸載側翻車的國內(nèi)現(xiàn)狀我國冶金、采礦行業(yè)使用的側翻車大部分是二十世紀中后期生產(chǎn)的KF60型側翻車，該型車制動采用的是液壓制動系統(tǒng)，沒有手動制動裝置，制動管系螺紋連接的GK型制動閥，車鉤緩沖裝置采用2號車鉤或普通材質13號車鉤，3號或2號緩沖器、轉向架采用H2E型二軸轉向架軸承采用滑動軸承。近年來，雖然高速列車的一些典型事故的發(fā)生制約了鐵路客車裝備的發(fā)展，但是我國對鐵路貨車技術的政策一直是比較支持。而且新工藝、新材料、先進的控制技術和先進的CAD技術在各型貨車上已經(jīng)得到了廣泛的應用，目前我國的鐵路貨車在運行速度、車輛使用壽命和安全性等方面發(fā)生了質的飛躍。而由于市場需求的原因，鐵路側翻車近年來沒有進行過大的技術改進，技術水平在橫向比較上落后與先進國家，在縱向比較上落后與其他貨車的制造水平?；旧喜痪邆湔€提速運營的條件，也沒有擴大使用范圍的條件。但隨著冶金、采礦、物流行業(yè)的發(fā)展壯大，礦石運輸量的增加，對貨物裝卸效率的要求提高，運輸路徑點對點區(qū)間的延長，原有的礦石運輸車輛制約物流業(yè)發(fā)展甚至整個裝備制造業(yè)發(fā)展的問題已顯露出來。我國的散貨側翻車與外國比還有很大的差距，在國內(nèi)的應用也有很大限制。存在一些比較突出的問題，像最高運行速度低，自重較大，通過對最小曲率半徑大，品種較少，關鍵技術缺乏基礎研究，穩(wěn)定性不高等。國內(nèi)常見的側翻車有KF60AK型側翻車、KF100型液壓側翻車、KF100A型氣壓側翻車、KF60型側翻車。我國在70年代新產(chǎn)品較多,而進入80年代到90年代幾乎沒有什么新產(chǎn)品。國外的側翻車起步時間早，品種多樣化。與國外相比，我國側翻車的研制和應用發(fā)展較晚，無論數(shù)量、品種還是性能都難以適應當代物流快速發(fā)展的需要。我國制造的第一臺側翻車是上世紀三十年代由當時大連工礦車輛廠現(xiàn)大連華銳重工起重機公司，仿造美國60T自動傾翻車制造的，后在1959年轉由哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司生產(chǎn)。哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司又經(jīng)過一系列改進，于1963年定型為KF60型。該型車是我國生產(chǎn)領域數(shù)量最多、使用時間最長、發(fā)展最為成熟的主要產(chǎn)品。之后哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司又先后研制了載重100噸的KF100型液壓側翻車、載重70噸的KF70型風動側翻車、載重65噸的KF65型側翻車，一共四種形式。表12列出其詳細參數(shù)。我國鐵路側翻車與國外相比還有很大差距，主要存在以下問題1自重大國內(nèi)平均自重系數(shù)為051，國外為049。這和側翻車本身的工作性質有關，裝貨條件惡劣要求有足夠的強度保證傾翻穩(wěn)定，又要求車箱和主梁有足夠的剛度，所以自重系數(shù)均較通用車要高。2最高運行速度低KF60型側翻車的最高運行速度是80KM/H，后來哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司為哈爾濱鐵路局制造了一批最高運行速度90KM/H的KF60型側翻車，株洲車輛廠為鄭州鋁廠制造了一批最高運行速度為100KM/H的KF60型側翻車，但是該兩種車輛均未正式定型。KF100型側翻車應用的轉向架是三軸一體構架式轉向架，所以適應曲線能力比較差，對線路的曲率和坡度要求較高，最高運行速度為80KM/H，但由于各種現(xiàn)場條件的制約其實際運用速度低于40KM/H。和我國目前貨車最高運行速度120KM/H的要求有很大差距。3品種少目前，在我國礦業(yè)、冶金業(yè)、物流業(yè)及其它部門使用的側翻車，僅有KF60型、KF80型和KF100型三種。其中KF60型較多，但是全國范圍內(nèi)最多不超過3000臺，而且形式多樣且較雜，有用滾動軸承的，有用滑動軸承的，有三大件式轉向架的，有焊接構架式轉向架，但上體基本上是KF60原型原樣。KF100型側翻車全國只有攀枝花礦業(yè)公司應用，共60輛，到目前為止僅由哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司制造。4關鍵基礎技術缺乏研究側翻車，不同于其它普通的專用貨車車輛，有其獨特的要求，涉及的方面較多。由于政策上的支持和國際背景，我國側翻車在上世紀六七十年代是發(fā)展高峰，但之后多停留在行走部的改進上和局部鋼結構的加強，在整體車輛框架和一些影響傾翻穩(wěn)定性能的結構、尺寸及配合的關鍵技術上基本處于停滯階段。最突出的一點就是對傾翻機構缺乏更詳盡的研究，目前側翻車的傾翻機構主要有三種，一是四連桿機構，KF一100型側翻車采用該結構。二是端部控制機構，前蘇聯(lián)研制的側翻車多采用該種結構三是采用大折頁的機構，KF一60型側翻車應用此種結構除此之外，還沒有推出更新的機構，來實現(xiàn)簡化車輛結構，減輕車輛自重，增加車輛傾翻穩(wěn)定性。但是不論國內(nèi)還是國外,總的發(fā)展趨勢是朝著大噸位、大容積的方向發(fā)展。2第2章機構選型設計及尺寸綜合21設計要求（1）車廂向一側傾翻車廂向一側傾翻至給定角度時，該側廂門聯(lián)動打開，成為車廂底面的延伸面或平行延伸面。（2）車廂向一側傾翻時，另一側廂門不得向內(nèi)擺動擠壓。（3）車廂未傾翻時及恢復水平狀態(tài)時，兩側廂門聯(lián)動關閉，廂門不得在散貨壓迫下自行開啟。（4）驅動和傳動系統(tǒng)在車廂下面，不超出車廂側面。（5）采用液壓驅動，各傳動角不得小于30。（6）不得發(fā)生桿件干涉現(xiàn)象。受力合理。（7）不得出現(xiàn)高副機構。22設計數(shù)據(jù)221基本數(shù)據(jù)圖21基本數(shù)據(jù)上圖中的尺寸數(shù)據(jù)即為設計的基本要求尺寸。222自設數(shù)據(jù)主梁長14820MM主梁寬2200MM主梁板厚12MM車廂外側長14420MM車廂內(nèi)側長14540MM車廂內(nèi)側寬3070MM車廂內(nèi)側高1124MM廂門長14540MM廂門高1124MM廂門厚12MM載重100T23機構選型設計231傾斜機構由于側翻車是用液壓驅動的，所以選取液壓缸來作為它的驅動原件，在隨著社會的發(fā)展，盡管研發(fā)了許多適合不同場合的側翻車，但是它們的驅動原件一般都是選取液壓缸來進行傳動的。232廂門機構國內(nèi)外側翻車側門機構發(fā)展大概可以分成2個階段，在20年代到50年代，一般采用端部控制機構（圖22）和大折頁機構（圖23）。60年代以后，采用較普遍的是端部控制機構和四連桿機構（圖24）。圖22端部控制機構1支撐桿一2支撐桿二3杠桿圖23大折頁機構示意圖1折頁2抑制肘3抑制肘彈簧4環(huán)頭絲桿圖24四連桿機構示意圖1吊板2長支承桿3短支承桿2312324傾翻設計方案及原理圖25側翻車草圖當側翻車向右傾斜卸貨時，左邊的液壓缸EF緩慢向上頂，車廂繞G點順時針旋轉（基本上趨近于勻速轉動），旋轉至40度時的虛線位置，由于左邊的連桿與側門垂直，并且連桿不會發(fā)生逆時針轉動，所以左側側門不會自動打開，也不會向里擠壓。右側側門在在K點的帶動下相對于J點順時針旋轉，最后旋轉到與車廂底面平行，貨物被卸下。由于該機構是對稱的，所以側翻車向左傾斜卸貨的工作原理與向右傾斜卸貨的工作原理相同，符合要求。25側翻車構件長度及傳動角251側翻車的自由度計算當側翻車向右傾翻卸貨時自由度17253F，所以有確定的運動，由于該機構是對稱的，所以側翻車向左傾翻卸貨時與側翻車向右傾翻卸貨時的自由度相等，也具有確定的運動。252側翻車構件的相關長度數(shù)據(jù)計算根據(jù)給定的原始參數(shù)可以求出各連桿的長度和相關機構的角度表21機構各連桿尺寸計算參數(shù)計算過程結果AM已知參數(shù)307AMM307AMMBK已知參數(shù)1BK1BKFG已知參數(shù)2FG2FGRS已知參數(shù)30RS30RSKM已知參數(shù)1414AB已知參數(shù)MABMABJG由已知條件得2302435JGKSM（）5JSK同理可得4543SKFC同理可得FCFCBR同理可得BR5BRJK由已知條件得J48135294MJ8GS同理可得MSGS4RF同理可得FFBC同理可得BCBCJI初始位置狀態(tài)時RGSJK48，在GKJRT中，由勾股定理可得2235465JM當GK旋轉到與GJ重合時，KJ的長度最短，可以根據(jù)幾何關系可以求得此時KJ的長度為6254190KJ此時JI的長度應該小于JG的長度，即JI在初始位置長度加上JK與JG重合時JK從滑塊右端向左端滑出的部分為的和應該小于JG的長度，即MJIJIJI63470531428；可以推出M32JI50所以取MJI50CD與求JI的方法相同，其結果也與JI相同可得CD1MCD10QGQG的長度應該小于FG的一半，即MQGF801622，所以取M60QG6PF與求QG的方法相同，其結果也與QG相同可得PMPF60GH根據(jù)側翻車機構運動圖上給定的數(shù)據(jù)可以求出液壓缸的原始長度，H528013取G50GH5FE與求QG的方法相同，其結果也與QG相同可得MFEFE0在側翻車傾斜到虛線位置時，此時液壓缸的長度可以根據(jù)幾何關系圖求得，簡化圖如右圖所示由于GF,45所以67在RT中MFRG361210567COS又由于F所以所以42在E中57922COSEFE210615061424M1745MEF7所以取VW放在轉向架上的鋼梁結構的寬度RSVW160所以取2MVW0253傳動角當側翻車在初始位置時，傳動角都為90，當側翻車向右傾斜卸貨后開始返回時KGS為傳動件，輸出構件為MI,傳動角為傳動件對輸出構件的作用力和傳動構件的轉動中心連線間所夾的銳角，如簡化圖26所示在KGSRT中，圖26傳動角7056348TAN所以2此傳動角為最小傳動角，滿足傳動角的設計要求。26液壓缸相關參數(shù)計算261液壓缸所受負載由于側翻車載重100噸，即貨物的質量為100000KG，車廂質量約重18噸，即18000KG，取，所以可以得出車廂加上貨物的重力98/為，本側翻車（10000018000）98115640011564車廂每側采用2個液壓缸。圖27側翻車液壓缸受力圖當側翻車向右側傾翻卸貨時，由于液壓缸的運動非常緩慢，可以視為勻速運動，故車廂將繞著G點作勻速旋轉。側翻車的車廂在水平位置時左側液壓缸的受力最大，由上圖可以得車廂出左側2個液壓缸的每個液壓缸的受力大小。忽略其他桿件的受力情況，由靜力平衡得，又，所以得到2052330即為液壓缸把車廂頂起來的最少推力。2891262液壓缸的直徑和其相關參數(shù)圖28液壓缸草圖表22液壓缸相關結構尺寸的具體計算參數(shù)計算過程結果活塞桿直徑D由輸出推力得424，4由于各類起重運輸機械液壓缸的壓力范圍為,25100所以可以取，取3509故428911033510609108根據(jù)活塞桿強度公式得24，4取活塞桿的材料為Q235碳鋼，查機械設計手冊（軟件版2008），其，235可知，取得3，235378。42891103781066871015所以液壓缸的活塞桿穩(wěn)定性要進行校核。C活塞桿的截面轉動慣量464D活塞桿截面的面積24E活塞桿斷面的回轉半徑401440035F活塞桿細長比,15053543G由于液壓缸的兩端采用鉸接，所以末端條件系數(shù)1H又Q235鋼為中碳鋼，故根據(jù)液壓傳動設計指南（北京2009）的柔性系數(shù)表查得桿的柔性系數(shù)85I所以85185J總上所述,2891穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取，本驗算中?。?。244O由此看出符合液壓缸的穩(wěn)定性條件。264耳環(huán)參數(shù)根據(jù)液壓缸活塞桿采用的是銷軸，所以與液壓缸連接的耳環(huán)一般采用雙耳環(huán)。如下圖所示圖29雙耳環(huán)草圖表23耳環(huán)尺寸的計算尺寸計算過程結果耳環(huán)寬度EW由公式得，156810300515010621（其中，而對于45102025號鋼其，600）025600150故取9090耳孔CX一般取104故104505252MS一般取1542故154264040L一般取14故14507070C一般取3350150150265液壓缸活塞銷釘參數(shù)圖210銷軸草圖表24銷軸尺寸計算銷軸直徑0由圖可知銷軸是雙面受剪，為此其直徑應按0以下式子計算。0064對于45號鋼其。70故0064156810370106378根據(jù)液壓缸活塞桿端部耳環(huán)CD直徑取050050銷軸一端的長度L其長度一般為。0125故501258015015027本章小節(jié)本章主要介紹了機構的選型和尺寸的計算。包括翻車機構的確定、側翻車的外形尺寸、翻車四桿機構的長度、液壓驅動部分及液壓元件的尺寸及動力參數(shù)。第3章機構的運動分析機構的運動分析是對設計結果很重要的一步驗證。過去只能靠人工進行基本的簡化模型計算，不僅工作量大、工作復雜而且精度不高。在計算機技術和軟件技術快速發(fā)展的今天通過建立虛擬樣機在實體機械設備的制造之前作出運動仿真可以及時的發(fā)現(xiàn)設計上的錯誤，或對原來的設計進行優(yōu)化。從而使整個設計更趨于合理同時也最大的節(jié)約了測試成本。本文正是出于如上考慮對先前確定的尺寸做了一次運動的仿真，以及時驗證尺寸的確定是否合理。一般虛擬樣機的建立和分析是通過專門的動力學軟件進行的。但是考慮到其定義函數(shù)的過程相當復雜，且三維造型能力有限，本次設計的虛擬樣機是直接應用的SOLIDWORKS建立的三維模型，利用其中的模塊進行的運動學分析。中的模塊的內(nèi)核也是因此其分析的精度同樣很高。在動力學分析中載荷的定義如圖所示31車廂側門的位移分析根據(jù)對液壓缸定義勻速運動并捕捉側廂門形心的運動，得到如下圖所示的位移曲線。由下圖可以看出位移曲線相當光滑，車廂側門運動比較平穩(wěn)說明本次設計的桿長比較合適。圖51位移曲線512速度分析由下圖可以看出速度曲線比較接近正弦曲線，也比較光滑沒有突變和尖點存在，雖然速度有一定的變化幅度但是變化的很平穩(wěn)不會有沖擊現(xiàn)象。速度曲線也符合要求。圖52速度曲線513加速度分析由下圖可以看出加速度除了在初始位置有突變之外，在其余時刻也沒有突變和尖點。說明機構的運動不存在動力沖擊。同樣雖然加速的變化有一定的幅度，且有兩次極值，但是總體變化平穩(wěn)。所以即使加速度曲線不太理想但是仍然可以接受。圖53加速度曲線37本章小結本章主要介紹了液壓元件包括油箱、附件、泵站的選擇，以及管路的設計計算及安裝，還有一些元件的安裝要求和液壓系統(tǒng)的常見故障。第4章零部件的設計41車廂的設計車廂的結構如圖41所示。該車廂由三部分構成，即左右兩個側廂門、前后兩個端壁和下面一個底板。由于該部分零部件均為焊接件，且均為板材焊接的結構件，強度及剛度要求都不是很高。所以其板材均選用12MM厚的普通碳素結構鋼Q235。車廂的長度為14192MM，寬度為3240MM，高度1400MM。圖41車廂411側廂門的設計廂門的結構如下圖所示。由于筋板同時與翻車機構連接，所以筋板和側門板分開制作，并通過焊接方法將其連接到一起。由于翻車動作時側廂門要承受一定的載荷，所以對側廂門的強度和剛度有一定的要求。本次設計應用了折線截面的側門板而不是簡單地矩形截面，此舉有利于提高側門板的屈曲穩(wěn)定性，筋板的加入可以提高側廂門的剛度防止側廂門的過大變形所引起的受力不良的情況。側廂門的高度為1200MM，長度為1400MM。圖42側廂門412車廂底板設計車廂底板的設計見圖43和圖44。底板也為焊接件，主要為蓋板、縱向筋梁、橫向筋梁和支撐厚板拼接而成。蓋板為12MM厚的普通碳素鋼Q235，橫筋梁和縱筋梁為厚12MM的矩形型鋼截面尺寸為150X150和一根工字型鋼。支撐厚板的厚度為100MM，長和寬均為600MM。需要注意的是在各鋼材拼接時要留出底架橫梁的矩形截面槽。圖43車廂底板模型圖圖44車廂底板二維圖413端壁的設計車廂端壁的結構如下圖所示。端壁由端壁板、端壁底板和五根100100的矩形型鋼筋板焊接而成，端壁板和端壁底板均為厚度為12MM的Q235鋼板。其受力最為單一，受力情況簡單，一般不會被破壞。圖45車廂端壁42主梁的設計主梁主要由大梁主體和端梁焊接而成。大梁主體是承受載荷的關鍵部分，也是連接車廂和轉向架的關鍵零部件。其截面設計采用等強度梁的思想，即兩端的截面面積較小而中間的截面面積較大。此舉有利于充分利用材料、節(jié)約成本，并可以有效地減小車體重量，使設計更為合理。大梁主體由上下前后四部分蓋板焊接而成，其前后蓋板形狀完全相同，均為魚腹型鋼板，厚度為12MM。上蓋板為簡單的矩形鋼板其厚度也為12MM。由于要留出矩形槽與轉向架連接，下蓋板要分為5部分。也是通過焊接將其拼接到一起。因為主梁的高度合理，不容易喪失穩(wěn)定性，所以內(nèi)部不用加隔板或筋板。側梁的結構要相對簡單一些，因其幾乎不受任何力的作用，僅做成簡單的箱型截面。圖46主梁43轉向架的設計轉向架是軌道車輛結構中最為重要的部件之一，其主要作用如下1）車輛上采用轉向架是為增加車輛的載重、長度與容積、提高列車運行速度，以滿足鐵路運輸發(fā)展的需要；2）保證在正常運行條件下，車體都能可靠地坐落在轉向架上，通過軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動轉化為車體沿線路運行的平動；3）支撐車體，承受并傳遞從車體至車輪之間或從輪軌至車體之間的各種載荷及作用力，并使軸重均勻分配。4）保證車輛安全運行，能靈活地沿直線線路運行及順利地通過曲線。5）轉向架的結構要便于彈簧減振裝置的安裝，使之具有良好的減振特性，以緩和車輛和線路之間的相互作用，減小振動和沖擊，減小動應力，提高車輛運行平穩(wěn)性和安全性。6）充分利用輪軌之間的粘著，傳遞牽引力和制動力，放大制動缸所產(chǎn)生的制動力，使車輛具有良好的制動效果，以保證在規(guī)定的距離之內(nèi)停車。7）轉向架是車輛的一個獨立部件，在轉向架于車體之間盡可能減少聯(lián)接件。在我國通常一對車輪的軸重為25T，及每對車輪所能承受的平均重量為25T。而本次設計載重加上車體的自重大約為140T。每節(jié)車廂一般只能安裝兩對轉向架。所以本次設計應采用三軸轉向架。雖然轉向架的設計已有國家標準，但是國家標準大部分是針對二軸轉向架。所以轉向架應單獨設計。通過查閱大量資料，本次設計的轉向架為兩級懸掛無心盤支撐結構。兩級懸掛意味著減震系統(tǒng)有兩級，考慮到側翻車運行的惡劣工作環(huán)境此舉可以有效地減小車廂的動力響應，并因此提高零件的壽命。圖47轉向架45整車造型通過以上主要零部件的設計和其他輔助零件的設計以及一些標準件的選擇和調(diào)入得出整車的造型如下圖所示。圖48整車三維造型46本章小結本章主要介紹了零部件的結構及三維圖繪制過程。包括車廂部分的底板、側廂門、端壁的結構。大梁主體、端梁的連接方式和三維效果圖以及轉向向架的確定和繪制。從而得出了整車的三維造型。從而為接下來的動力學分析、有限元結構分析和二維圖出圖得到了物質基礎。第5章關鍵零部件的有限元強度分析52關鍵零件的有限元分析521主支撐支座的有限元分析主支撐支座為側翻車的主要支撐部分其受力情況最惡劣，強度的大小直接影響到側翻車的性能。因此本次設計詳細分析了支座的強度。并應用有限元軟件ANSYS做了詳細分析。圖54、55、56分別為有限元分析結果的網(wǎng)格劃分、位移圖像和應力圖像。圖54主支撐支座的網(wǎng)格劃分圖55主支撐支座的位移圖像圖56主支撐支座的應力圖像522長支撐橫梁的有限元分析在側翻車側翻工作時，即車廂翻過一定的角度時，長支撐橫梁的工作載荷也會比較大。但是隨著角度的增大，貨物被不斷的卸掉，載荷也會慢慢減小。本次強度分析采用保守的計算方法，將最大的載荷加在最不利的位置上，極力保證了側翻車工作時的安全系數(shù)。圖57、58、59分別截取了分析過程中的網(wǎng)格圖像、位移圖像和應力圖像。圖57長支撐橫梁的網(wǎng)格劃分圖58長支撐橫梁的位移圖像圖59長支撐橫梁的應力圖像523轉向架側架的有限元分析轉向架是鐵道車輛上最重要的部件之一，它直接承載車體自重和載重，引導車輛沿鐵路軌道運行，保證車輛順利通過曲線，并具有減緩來自車輛運行時帶來震動和沖擊的作用，因此轉向架的設計也直接決定了車輛的穩(wěn)定性和車輛乘坐的舒適性。因此轉向架的強度也是側翻車性能的關鍵指標，其強度分析也至關重要。因此本次設計將其作為主要零部件做了有限元分析。同樣截取了分析過程中的網(wǎng)格劃分、位移圖像、應力圖像放置于圖510、511、512中。圖510轉向架的網(wǎng)格劃分圖511轉向架的位移圖像圖512轉向架的應力圖像53本章小結本章的內(nèi)容主要是由ADAMS動力學分析軟件及ANSYS有限元分析軟件獲得。有限元分析（FEA）是對于結構力學分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學領域飛機結構靜、動態(tài)特性分析中應用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等問題，有限元方法已經(jīng)應用于水工、土建、橋梁、機械、電機、冶金、造船、飛機、導彈、宇航、核能、地震、物探、氣象、滲流、水聲、力學、物理學等,幾乎所有的科學研究和工程技術領域?；谟邢拊治觯‵EA）算法編制的軟件，即所謂的有限元分析軟件。所分析的主要內(nèi)容為通過給定液壓缸的運動，所得到的車廂形心的位移、速度和加速度。以及在給定的載荷下大支座、長支撐橫梁和轉向架的受力和變形。結論本文的主要目的是結合實際情況，在限定機構的設計條件先設計出來的，在設計過程中，在設計過程，采用了，假設某桿的尺寸，在通過圖解法計算出其他桿的尺寸，總格考慮側翻車機構在工作中所涉及的機械，液壓傳動和電力等方面的關系，使機構能夠很好的滿足工程所要求的條件。主要完成的工作有計算側翻車的外形尺寸及零部件的尺寸參數(shù)使其達到實現(xiàn)預期的運動的目的、繪制三維的零件圖并實現(xiàn)裝配成功從而模擬了側翻車的運動、通過三維零件圖繪制了二維工程圖、對部分零部件做了有限元強度分析、撰寫了設計說明書。通過對選取零件的分析了解到設計的零件有些在結構上是有缺陷的，并不能直接進行實際的應用，需要再次優(yōu)化設計，但限于時間也只能對少量零件進行初步的優(yōu)化。也了解到了有限元分析在實際應用中的重要性。參考文獻1郭乃文載重80噸自翻車結構分析及輕量化設計的研究J北京北京交通大學碩士論文2009，1102范如虎25T軸重新型鐵路側翻車研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