動車轉向架檢測線多功能小車運動分析及仿真

2013-12-31 07:17:58楊凡朱玉川吳洪濤林志勇鄭衛星

機械工程師 2013年10期

關鍵詞：轉向架

楊凡，朱玉川，吳洪濤，林志勇，鄭衛星

（1.南京航空航天大學機電學院，南京210016；2.江蘇速升自動化裝備股份有限公司江蘇省軌道車輛生產裝備

工程技術研究中心，江蘇無錫214112）

1 引言

由于國外國情不同，動車型號單一、數量較少，所以目前動車轉向架檢測主要采用地面輸送設備和空中行車配合的方式，無流水生產線；但不少國家已引起重視，加快發展動車，必將加快發展動車檢測行業和檢測輸送技術。

國內地廣人多，動車需求量龐大且品種型號繁雜，按照1～1.5 年的強制檢測要求，檢測量巨大，現有動車生產廠家產能有限，貨車檢測線水平低下，無法滿足動車轉向架檢測需求和技術工藝要求。軌道車輛轉向架檢測輸送線采用先進的上部懸掛式輸送方式，能適應各型動車轉向架的同線檢修，滿足提速轉向架的檢修工藝需求，全面提高檢修作業效率。檢修線采用空中多功能小車，實現轉向架的運輸、上下升降、水平旋轉，配合地面專機對動車轉向架的檢修。可用于動車轉向架三級～五級檢修，通過抓爪的前后左右調節，來實現CRH1、CRH2、CRH3、CRH5構架的自動吊掛作業。

2 多功能小車的三維實體建模

圖1 多功能小車結構圖

檢測線多功能小車可以分為行走托盤組件、小車主體升降組件、旋轉裝置組件、轉向吊組件、小車電控系統和集電裝置。其中小車主體升降組件和旋轉裝置組件是小車的主要運動部分，如圖1 所示。

3 多功能小車的運動分析及仿真

3.1 多功能小車的升降運動傳動鏈

多功能小車的升降由小車的主體升降組件完成。主體升降組件由兩個嵌套在一起的絲桿螺母構成，通過一組離合器完成兩級對接。內層絲桿與大鏈輪固定完成旋轉運動，最外層螺母與升降套筒固定完成升降運動。圖2、圖3 分別為升降運動內部結構示意圖和運動示意圖。

圖2 升降運動內部結構示意圖

圖3 升降運動示意圖

3.2 多功能小車的升降運動仿真分析

圖4 升降組件約束

主要技術參數：總升降行程為2.4m；小車升降速度2.4m/min。把建立的多功能小車Pro/E 三位模型導入多體動力學軟件ADAMS 中進行仿真，在實心絲桿和大地之間添加旋轉副，絲桿與螺母直接添加接觸和圓柱副，離合器與實心絲桿之間添加平動副和彈簧,在實心絲桿上加上916°/s 的驅動。由于兩級絲桿螺母模型結構較復雜，為了得到兩級絲桿螺母運動情況，減少計算機運算量，本次仿真在無負載無重力情況下做運動學仿真計算。圖4 為升降組件加了約束之后的內部結構圖。

圖5、圖6 為內螺母豎直方向位移曲線和速度曲線，圖7 為離合器豎直方向位移曲線。

圖5 內螺母豎直方向位移曲線

圖6 內螺母豎直方向速度曲線

圖7 離合器豎直方向位移曲線

圖8 內螺母轉速曲線

由圖5、6 可知內螺母運動曲線可分為兩段，第一段做近似勻速運動，第二段螺母與離合器嚙合，豎直方向位置基本不變，有小幅振動。分析第一段曲線可得，此段速度在2.3m/min 左右波動，基本滿足升降運動技術要求。由圖7 可得離合器豎直位移圖可分為兩段，第一段是未嚙合前，穩定在一個位置。第二段運動剛開始嚙合，離合器豎直位移有大幅波動，最后穩定于另一個水平位置，并帶有小幅度的振動。圖9、10 說明外螺母以比較穩定的速度往下運動，在離合器對接處速度有波動。

3.3 多功能小車的旋轉運動傳動鏈

轉向架的水平旋轉由多功能小車的旋轉裝置完成，旋轉裝置由一個帶輪機構和一個蝸輪蝸桿機構組成。電機、帶輪機構與蝸桿固定在轉向吊機構上,轉向吊通過一個軸承與內層升降套筒聯接。蝸輪通過鍵固定于內層升降套筒上。這樣在旋轉電機帶動下，電機、帶輪組件與蝸桿一起做旋轉運動。內部結構示意圖如圖11。

圖9 外螺母位移曲線

圖10 外螺母速度曲線

圖11 旋轉運動傳動鏈示意圖

3.4 多功能小車的旋轉運動仿真分析

主要技術參數：水平旋轉角度0°～180°；旋轉速度（可調）3.1r/min。把三維模型導入ADAMS 進行仿真，運用ADAMS2012 的帶輪模塊，創建一個同步帶組件，在小帶輪的旋轉副上加上大小為5880°/s 的驅動，大帶輪用固定副與蝸桿固定，蝸輪蝸桿之間添加一個齒輪副，蝸桿用固定副與一級套筒固定，旋轉電機用固定副與整個轉向吊組件固定，轉向吊組件與蝸輪之間設置一個旋轉副。圖12 為旋轉組件加了約束之后的內部結構圖。

圖13 為旋轉裝置轉速曲線，圖14 從左到右從上到下依次為蝸桿上X 軸、Y 軸、Z 軸方向上和X^2+Y^2+Z^2上的轉矩曲線圖。圖15 從左到右從上到下依次為大帶輪上X 軸、Y 軸、Z 軸方向上和X^2+Y^2+Z^2 上的轉矩曲線圖。