基于SolidWorks的列車轉(zhuǎn)向架機器人清洗夾具設(shè)計及可靠性分析

郭濤 孫中剛

摘 要 以液壓系統(tǒng)作為動力源設(shè)計轉(zhuǎn)向架定位夾緊夾具，定位工裝設(shè)計成可快速更換形式，通過機器人手爪實現(xiàn)工裝更換及換型過程。應(yīng)用SolidWorks的Simulation有限元分析工具[1]，對夾具系統(tǒng)的關(guān)鍵零件橫梁做有限元分析，通過應(yīng)力、應(yīng)變和變形等分析結(jié)果判斷關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能夠滿足變位夾具系統(tǒng)工作過程中的強度要求[2]。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)向架;機器人;清洗;變位機;SolidWorks;夾具;有限元

引言

在國內(nèi)各車輛段，主要使用工業(yè)堿洗工藝進行轉(zhuǎn)向架清洗，人工勞動強度大，堿洗后的廢水如果處理不當會對環(huán)境造成損壞，目前的工藝及清洗效率已經(jīng)不能滿足國內(nèi)鐵路系統(tǒng)發(fā)展的需要。設(shè)計轉(zhuǎn)向架機器人清洗工作站，轉(zhuǎn)向架放置到變位夾具上夾緊并可做旋轉(zhuǎn)變位，變位夾具系統(tǒng)能夠兼容206P、209HS、209P、AM96、CL242、CW-1、CW-2、CW200K、SW-160和SW220K共10種型號轉(zhuǎn)向架，以液壓系統(tǒng)為動力源，通過機器人更換定位工裝的形式實現(xiàn)多機種兼容。

1 列車轉(zhuǎn)向架機器人清洗夾具設(shè)計

夾具主要由定位夾緊模塊、變位機連接法蘭、定位工裝和液壓管路歧管塊等部分組成。變位機連接法蘭和變位機輸出軸連接，帶動夾具整體可做±180°旋轉(zhuǎn)，配合機器人完成整個轉(zhuǎn)向架表面的干冰清洗過程。定位夾緊模塊用于轉(zhuǎn)向架的定位和夾緊，保證夾具整體旋轉(zhuǎn)過程中工件不會移位。定位工裝設(shè)計成可更換形式，更換機種作業(yè)時，機器人根據(jù)程序指令更換即將清洗型號工裝，實現(xiàn)多機種夾具兼容。液壓管路歧管塊用于連接液壓管，將夾具上的管路和液壓站輸入管路分開，便于日后設(shè)備維護。整個夾具主體模塊化設(shè)計，各部分可互換。

2 基于SolidWorks的變位機橫梁有限元分析

兩套變位機橫梁承載所有定位夾緊機構(gòu)及工件，其設(shè)計強度為變位機設(shè)計關(guān)鍵因素。橫梁整體采用Q235材料焊接而成，材料彈性模量2.12e11N/M?，泊松比0.288，屈服強度2.35e8N/M?。重型設(shè)備，取材料安全系數(shù)1.859[3]，則許用應(yīng)力為1.264e8 N/M?。變位機在工作過程中做±180°旋轉(zhuǎn)，夾具體水平狀態(tài)和豎直狀態(tài)為姿態(tài)極限位，分別取兩個極限位對橫梁進行有限元分析，驗證其強度可靠性。

2.1 夾具水平狀態(tài)橫梁有限元分析

夾具體水平狀態(tài)下，橫梁最大應(yīng)力1.172e8 N/M?，在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。最大變形量0.617mm，出現(xiàn)在懸臂和負載最大的兩端位置。最大應(yīng)變值為1.301e-4。

2.2 夾具豎直狀態(tài)橫梁有限元分析

夾具體豎直狀態(tài)下，橫梁最大應(yīng)力0.328e8 N/M?，在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。最大變形量0.638mm，出現(xiàn)在懸臂和負載最大的兩端位置。最大應(yīng)變值為1.551e-4。夾具體豎直狀態(tài)下，整個橫梁受力情況優(yōu)于水平狀態(tài)。

3 結(jié)束語

（1）設(shè)計列車轉(zhuǎn)向架機器人清洗變位夾具系統(tǒng)，夾具系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架±180度旋轉(zhuǎn)，配合機器人完成列車轉(zhuǎn)向架所有表面清洗;

（2）對夾具水平裝配橫梁做有限元分析，得出最大應(yīng)力值1.172e8 N/M?，在許用應(yīng)力范圍內(nèi);

（3）對夾具水平裝配橫梁做有限元分析，得出最大應(yīng)力值0.328e8 N/M?，在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。

參考文獻

[1] 趙罘，楊曉晉，趙楠. SolidWorks 2018中文版機械設(shè)計從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2018：78.

[2] DS SOLIDWORKS公司. SOLIDWORKS?Simulation基礎(chǔ)教程[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2018：117.

[3] 趙麗娟，孫中剛，李國平.刨煤機牽引塊可靠性分析及疲勞壽命預(yù)測[J].煤炭學(xué)報，2012，（3）：516-521.