DPG500型铺轨机旋转喂枕机构虚拟样机动态仿真分析

第26卷第2期2005年6月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报

Jo urnal of North China Insti tute of Water Conservancy and Hydroelectric Po wer Vo l 126N o 12Jun 12005

收稿日期:2004-11-20;修订日期:2005-01-30

作者简介:纪占玲(1979-),女,河南驻马店人,华北水利水电学院在读硕士研究生,主要从事现代优化方法方面的研究.

文章编号:1002-5634(2005)02-0040-03

DPG 500型铺轨机旋转喂枕机构虚拟

样机动态仿真分析

纪占玲,严大考,上官林建

(华北水利水电学院,河南郑州450011)

摘 要:为了确定D PG 500型铺轨机在不同工况下的铺轨速度,对用Pro/E 软件设计的DPG 500型铺轨机旋转喂枕机构的虚拟样机及转速给样机关键零部件造成影响的仿真结果进行了分析,得出铺轨机的最佳铺枕速度范围,可作为工程实践的参考.

关键词:虚拟样机技术;D PG 500型铺轨机;旋转喂枕机构;仿真分析中图分类号:TP 391.9 文献标识码:A

在一般的设计与制造过程中,首先是概念设计和方案论证,然后进行详细设计和样机制造,再进行试验验证,发现缺陷时,修改设计并再评审、验证,通过周而复始的设计)评审)验证)设计,产品才能达到所要求的性能[1].物理样机虽然可以通过安装、调试和运行测试直观地反映真实情况,但是设计制造周期较长,单机的制造成本较高,对于大型工程机械,从人力、物力、财力及产品研发周期等方面来考虑是不现实的.由此,一般的设计与制造方法已无法满足市场的需求.

铺轨机是铁路施工的重要设备,反映了铁路施工的机械化水平.在充分调研的基础上,综合国外铺轨机的优点,结合秦沈客运专线一次铺设跨区间无缝线路的经验,设计了具有自己特色的DPG 500型铺轨机.D PG 500型铺轨机体积庞大,总体作业尺寸为55000@3200@4700(mm),由钢轨牵引车、铺轨车、辅助动力车、运枕龙门吊、轨枕运输车等5大部分组成,采用机电液一体化和PLC 集中控制技术.为了完成铺轨机的创新性设计,提高产品的系统性能,利用Pro/E 和AD AM S 软件进行了铺轨机虚拟样机设计.它的研制为我国铁路建设提供了自己设计制造的铺轨机,推动了21世纪中国铁路无缝线路的发展.

1 三维几何造型软件的选用

虚拟样机生成的前提是虚拟部件的/制造0.AD A MS 软件具有强大的动力学解算器,但其实体建模功能相对比较薄弱,对比较复杂的零部件进行三维实体建模,不能保证模型的尺寸精度和装配的位置精度.而C AD 三维几何造型软件能快速、便捷地设计和生成具有未来产品外观特征的三维实体,同时包含机构系统仿真所必须的部件质量、重心位置、转动惯量等内在特征,能够方便地进行装配干涉检查,实现参数化、系列化和多方案设计[2].因而,采用C AD 三维几何造型软件建立具有物理属性的参数化模型,再导入AD A M S.

从功能和供应商方面看,C AD 和AD A M S 是2个完全不同的系统,所以各自的数据都难以被对方识别.要将C AD 中创建的实体模型导入到AD A M S 环境中,2种软件必须具备某一相同的几何转换模块(如IG ES,S TEP,S TL,Parasolid 等),先将CAD 数据转换成中性(不依赖于CAD 系统),然后将中性数据通过几何数据转换模块转换成AD A M S 数据.在几何建模过程中采用Pro/E 软件,完成铺轨机旋转喂枕机构的零部件设计和装配,利用Pro/E 和AD A M S 间专用接口模块M ECHA NIS M/Pro,实现Pro/E 和AD A M S

间无缝连接,避免不必要的麻烦,减少传送误差.采用这个连接桥梁,Pro/E用户不必退出其熟悉的应用环境就可以快捷、准确地装配模型,定义刚体,创建约束副,添加驱动,施加载荷等[3].完成模型后,只需界面转换,就可以把模型传入AD A M S中,继续添加更复杂的约束、作用力或驱动,然后对模型进行全面的动力学仿真分析和优化设计,消除了由于模型在不同软件之间的传送带来的模型几何形状和质量特性等方面的误差.

2旋转喂枕机构的仿真分析

喂枕机构是铺轨机的关键部件,其转速决定了铺轨机的铺枕速度.在D PG500型铺轨机设计过程中,对旋转喂枕机构进行了创新性结构设计,改变了由举升机构和油缸拉动的喂枕机构,完成喂枕功能的传统机构形式.喂枕机构由齿轮箱、喂枕连杆、驱动连杆、张紧装置、挡枕架等部分组成,在1#传送链的端部取枕,并与垂直传送链有固定的传动比,通过齿轮箱中齿轮把运动传给喂枕连杆,喂枕连杆把轨枕准确地放到垂直链的托枕臂上[1].整个结构紧凑、新颖,但能否达到效率高、精度高的要求,将直接决定整机的性能.为此,需要对所设计的旋转喂枕机构进行仿真分析.

对于复杂机械系统,采取渐进的原则,将整个系统分解为多个子系统,先对子系统进行仿真分析和试验,排除建模、仿真等过程中隐含的问题,最后进行整个系统的仿真分析试验[4].另外,复杂机械系统的零部件众多,产生的数据量极大,有些对性能仿真并不重要,需进行简化处理[1].

按照以上原则,借助A D AM S软件进行以下运动仿真分析:¹干涉分析.研究旋转喂枕机构各个构件在旋转过程中有无运动干涉,受力是否合理;º运动分析.研究是否完成了预期的运动(即能否喂枕),在运动仿真过程中有无参数值的突变、仿真的骤停;»设置仿真输出,使用AD A M S/PostProcessor 对样机关键零部件在不同转速下的运动特性进行分析,确定样机的主要设计指标)))最佳转速和转速范围.

按照图1所示的建模和分析过程,不断地完善模型,修正不当的约束或运动副,增加辅助分析工具,完成旋转喂枕机构虚拟样机的运动仿真分析

.

图1旋转喂枕机构的仿真分析流程

喂枕连杆顶点位移曲线如图2所示.通过动态

仿真,及时对设计方案进行修改,最终实现了所设计

的零部件间无干涉,能够实现喂枕的功能

.

图2喂枕连杆顶点位移曲线

由于铺轨机运行于多种工况,在不同的工况下

需要采用不同的铺枕速度,为此需要确定铺轨机的

最佳铺枕速度和速度范围.利用不同的转速对喂枕

连杆、驱动轴、传动轴、曲柄轴等关键部件所造成的

影响进行分析,得到不同转速下的仿真输出结果见

表1.

从表中可以看出,当转速为14r/min时,喂枕连

杆顶点的加速度、角加速度、传动轴角加速度、曲柄轴

角加速度相对变化幅度较大,即突变情况严重,因此

转速14r/min是最不理想的情况;当转速为8r/min,

10r/min,15r/min,18r/min时,喂枕连杆的角加速

度、传动轴角加速度、曲柄轴角加速度的最大值、相

对变化值均为峰值点,机构运行不稳定;当转速为

12r/min,13r/min,20r/min时,喂枕连杆、驱动轴和

曲柄轴的角加速度最大值较小,相对变化较小.因此

转速为12r/min,13r/min,20r/min时的铺轨速度比

较理想.

对铺轨机而言,转速决定铺枕的效率;加速度、

角加速度表明部件的受力情况、运转时的冲击和噪

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