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基于CATIA的钢轨道岔扭转加工装置的设计

2014/5/1    来源:万方数据    作者:孙明  刘静      
关键字:CATIA  钢轨道岔扭转装置设计  有限元分析  
文章分析了钢轨道岔扭转装置的工作原理,根据其工作原理利用CATIA软件建立了钢轨扭转加工装置的简化模型。对简化模型进行了有限元分析,从而确定了钢轨扭转装置的重要部件结构及尺寸,并对整个装置进行装配设计。

    目前我国的高铁发展很快,高铁的发展给人们的生活带来了方便,但火车在一次次提速的同时也带来了新的技术难题。火车速度提高了,在拐弯时火车的拐弯角度必然要加大,否则容易引起火车脱轨、侧翻,因此对叉道处或者拐弯处的铁轨加工提出了新的要求。为了适应高速行驶的火车,拐弯处的铁轨在加工时要让铁轨绕轴线方向偏转一个小的角度,以使火车在拐弯时能够平稳过渡。到目前为止,铁轨的这种小角度偏转加工都是通过热轧形成的,而这些热轧的设备并不是为铁轨偏转加工而设计的,因此加工精度低,加工过程也不能控制。针对以上问题,参照铁轨的加工工艺要求,作者提出了一种专门用于铁轨扭转加工的装置。

1 简化模型及有限元模型的建立

    1.1 对钢轨扭转加工装置的初步分析

    首先,要实现钢轨的扭转变形,而且是发生永久塑性变形,可以在钢轨上施加扭矩,要保证施加在钢轨上的扭矩必须使钢轨所承受的应力值超过其屈服强度;其次,在施加载荷时,可以使钢轨的一端固定,在另一端施加载荷,让钢轨发生扭转变形;最后,选择施加载荷的动力系统。由于液压传动具有传动平稳、承载能力大、能实现无级变速等优点,初步选定液压驱动的方式来施加载荷。

    1.2 简化模型的建立

    建立钢轨扭转加工装置三维简化模型是实现有限元分析的关键步骤之一。根据对装置的初步分析及钢轨截面图(图1)尺寸,利用CATIA V5 R19中零件设计模块建立简化模型,如图2所示。

钢轨截面图

图1 钢轨截面图

三维简化模型

图2 三维简化模型

    这里把夹具简化为两个长方体,并且假设夹具的材料与钢轨的材料相同,均为高锰钢,σs≥784MPa,这样做使得模型更为简化;另外由于只要知道夹具的应力情况,给具体的夹具设计提供参考就行,所以这里使用同一种材料,也给分析带来很大方便。两个长方体中其中一个长方体的两端被固定,另一个长方体的两端被施加载荷,初步设计长方体的长为2000mm、宽为200mm、高为300mm。另外,根据加工要求两个长方体之间的距离为448mm。

责任编辑:程玥
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