双向整形功能的伸缩式侧犁装置分析及研究.pdf

料为基础进一步拓展，构建符合机械工 厂使用要求的车间模式，把成套装备技 术融合于工厂服务领域 、 4 2工厂 项 目规划。编制 、申报项 目 建 议书 ，综合 评估 机械 工 厂设 计方 案执 行 效益 ，预测 成 套方 案 需的投 入 比例 ， 这 需要 各个部 门同时 完成 项 目分析 与建 议 ，如 图 3 ，重 点对工 厂建筑总平面布局 进 行规 划。例 如 ，项 目主管 部 门或 项 目 建 设单 位提 出项 目建议 书，也 可委 托有 一 定资质的设计单位协助编制；陈述项 目建设的必要性、项目内容、建设地点、 建设进度、投资结算及资金筹措、经济 效果和社会效益等，即对建设项目作 “ 轮 廓 ” 描述 ， 并报请 上级主管部 门审批立项。 甲 图 3机械工厂总平面布局 4 3设计方案评估。委托有一定资质 的设计单位或咨询单位协助进行，并对 工作成果的可靠性、准确性和报告的质 量 负责 。可行 性研 究报 告 一般 应包 括 以 下内容：项 目承办单位的基本情况和条 件；市场调查和预测情况 以及项 目建设 规模和产 品方案：资源、原材料、燃料 及 公 用设 施落 实情 况 ；建 厂条 件和 厂 址 方 案建设项 目的设计方 对环境保护 、 消防、 劳动安全卫生的措施。 设计改革 中， 评估方案要考虑工厂结构、成本投入、 安全使 用等 三大问题 ， 从实用性、 经济性、 安 全性 等 方面 综合评 估 ，及 时发现 创新 设计方案 的不足 。 4 4正式执行设计 。根据上级批准 的 可行性研究报告进行设计并编制设计文 件，设计研究院将方案正式投放于设计 操 作 中，全 面 贯彻工 厂 革新 思想 理念 ， 抓住机械工厂特色，详细规划设计内容。 主 要包 括：设计依据 ；厂址和 自然条件 ； 工 厂现状 ( 新建厂略 ) ；生产纲领和产品； 生 产 协作 ；工 厂组 成、面 积和 设 备：工 作制度和年时基数；劳动量和人员；工 艺 ( 每个生产车间都必须分别叙述、自 成章节) 。 工厂设计方案尽可能全面统一， 零件生产与仓储、质检、物流等区域集 中整合起来，进而提高工厂设计的标准 化 水平 。 5 结 论 “ 城 市化 ”是 中 国社会 步 入新 时代 的标准，按照城市化标准规划工业经济 发展 ，必须 从工 厂设 施 开始 进行 改革 ， 利 用新 型 设计 方案指 导机 械行 业调 整工 厂格局，顺应城市化对新经济体系的发 展 要求 。 因此 ，机 械工 厂 设计 必须 走 改 革之路，设计师用开拓性思想改造现有 Ac a d em i c 学术 的工厂模式，为机械部门、机械企业等 创造 有利 的运 营条 件 。坚 持工 厂结 构 多 样性 、设 计方案 创新 性 、设计 单位 联合 性等 原则 实现 设计 创新 ， 以新 型工 厂设 计流 程为 准则 ，全面 增强 机械 工厂 设计 质量水平。 参考文献 ： 1 刘苏 中冶精锻大型多 向模锻件 及重型装 备产业基 地工程设计 J 工程 建设与设计 2 0 1 4( 1 2 ) 2 刘进，窦照亮 精益生产在煤 机工厂设 计中 的应 用 J 工程建 设与设 计 2 0 1 4( 1 2 ) 3 于杰，徐德芳，龚政 现代大型 机械工业厂房的建筑设计思路 J 工程 建设与设计 2 0 1 3( I i) 4 姚大元 从 “ 适应功能”到 “ 趋 于人 性化 ”一一 浅析 压缩 机厂房 的建筑 设计 J 石油化工建设 2 0 1 4( 0 2 ) 5 周旋，彭天成 基于精益生产的 工程机械齿轮工厂设计 J 工程建设与 设计 2 0 1 4( 0 6 ) 6 李晓男，苏辉 机械专业类综合 化实践车间布局设计与分析 J 湖南农 机 2 O 1 3 ( o i) 作者简介： 聂 苏 铭 ( 1 9 6 2 3)，男 ，汉 族 ， 大学 本科 ，高级 工程 师，主 要从 事机 械 工厂工 艺设计工作 。 双向整形功能的伸缩式侧犁装置分析及研究 姜芳伟 ( 0 5 0 0 0 0 中国神华轨道机械化维护分公司 石家庄 ) 摘要： 本文通过分析配砟车侧犁装置主要作业方式及原理 ， 提出一种新的采用伸缩式机构实现双向整形功能的方法及设备 ， 即 采用伸缩式具有双向整形功能的侧犁装置 ， 该装置通过水平与垂直两个方向伸缩、侧犁旋转等动作实现双向整形作业 ， 且整形边 坡角度适应范围大 ， 能适应大超高曲线地段、隧道、桥梁等线路的边坡整形要求 ， 具有创新性 同时本文结合示例设备对该伸缩 式侧犁装置进行功能分析、受力分析 ， 阐述其应用可行性。该文的目的旨在通过功能分析及理论计算提出一种新的配砟车整形方 法及设备 ， 对同类设备集成化、模块化研制及发展具有一定的指导意义。 关 键 词 引言 本 文重 点结 合两 种侧 犁整 形装 置 的 优势，提出新的伸缩式侧犁机构，通过 优化水平与垂直两个方向伸缩、旋转结 构及主犁结构，使该侧犁装置具有双向 整 形功 能 ；同 时基 于该 设备 结构进 行 作 业 功 能分 析、机 构 受力 分析 ，阐述 设 备 应 用可 行 性。本 文 的 目的 旨在 通过 功 能 分 析及 理论 计算 提 出一 种新 的配砟 车 整 形 方法 及 设备 ，对 同类设 备研 制及 发 展 具有一定 的指 导意义。 1 工作 机理 本文所述侧犁装置采用伸缩式结构， 如 图所 示 ，坐标 定 义钢 轨 方 向为 X向， 垂直 X向且 沿轨枕方 向为 Y向，垂下 x 、 Y向为 z向，其动作原理 为 ( 分析单侧功 能动作 )： 1 1 确定待整形边坡的边坡要求，将 整形装置 的水平伸缩筒沿 Y方 向移动至 边坡处；主要通过左水平伸缩油缸 9驱 动 7向左侧移动至边坡合适位置； i 2调节 整形装置 的垂直伸缩 筒沿 Z 方向的高度，将主犁板靠近边坡；主要 通过左侧犁转动油缸 1 2驱动左水平伸缩 外筒 1 0在 z Y平面旋转，同时通过左垂 直升降油缸 8驱动左垂直伸缩 内筒 6在 左垂直伸缩外筒 7内沿 z向移动，保证 将 左主犁 4移动至边坡合适位置 ； 1 3将主犁板绕垂直伸缩机构 转动 ， 主犁板在 Y 、z方向构成的平面内转动， 使 实现 作业 要求 的边 坡角 度； 由于左侧 犁转 动油缸 1 2 提 前将侧犁放 置边坡合适 位置 ， 因此左 主犁 板转 角 油缸 5驱 动左 主犁板 4绕左垂直伸缩 内筒旋转时，用 较小的角度就可实现主犁板 i ： i 7 5边坡 整形要求 ； i 4调整主犁板和翼犁板之 间的角 度 ，实现 作业 要求 的迎砟 角度 和 道砟 流 向控 制； 与 D P Z 一 4 4 0型 配砟 车 不 同时， 增 加 一条 翼 犁板 ，并 通过 优 化主 犁 板 4 及前 翼犁板 2 2和后翼犁 板 2结构 ，满 足 边坡 整形 作业 强度 要 求，实现 该装 置 的 双向整形功能 ； 1 5启动作业车辆 ，使整形装置随作 业车辆的走行将边坡的道砟调整、搬移 中国机械 M a c h in e C h i n a 1 7 3 一 一 Ac a d em i c 学术 图 卜l 所述侧力装置结构示意 1 一路基 2 一左后翼犁板 3 一翼犁板转 角油缸 4 一左主犁板 5 一左主犁板转角油 缸 6 一左 垂直 伸缩 内筒 7 一左 垂 直伸 缩 外 筒 ( 与左水平伸缩内筒 固接)8 一左垂直 升 降油缸 9 一左 水平伸 缩油缸 1 0 一左水平 伸 缩 外筒 1 1 一车架 1 2 一左侧 犁 转动 油 缸 1 3 一右侧犁转动油缸 1 4 一右 水平伸缩 外筒 1 5 一右垂 直伸 缩 外筒 I 1 5 一右 垂直 伸缩 内 筒 1 6 一右主犁板 1 7 一左翼犁板 1 8 一左水 平 伸缩 内筒 1 9 一右水 平伸 缩 外筒 与车 架 的铰接 点位 置 2 O 一左 水平 伸 缩外 筒与 车 架的铰接点位置 2 1 一右前翼板转角油缸 2 2 一右前翼板 该道床边坡整形装置，通过增加侧 犁 转动油 缸 1 2 ，增 加整 形装置 基体 的活 动空间及范围，解决在大超高地段进行 整形作业下插深度不够及整形角度偏小 问题，解决在大超高线路上整形时外部 边坡无法达到整形深度及角度 的不足； 通 过合 理布 置整 形基体 水平 伸缩 外筒 的 旋 转支 撑 点，改善 整形 基体 垂直 伸缩 筒 内筒 的受 力，可机 构 受力 更小 ；通过 水 平伸缩机构及垂直伸缩机构、侧犁旋转 机构，可解决隧道、桥梁等困难线路作 业容易侵入临线及收放困难等 问题；通 过增加一条翼犁板，并优化结构，解决 终 为类 似伸 缩结构 实现 双 向整形作 业 功 能提供 解决 方案 ；基于 该伸 缩式侧 犁整 形 思路 ，在 结构 空 间范 围可优 化、集成 设 计插 板 中犁装 置，实 现类 似结 构 的组 合功 能，即双 向配砟 、整形功能 。 2 受力分析 图 卜2侧犁装置设计参数分析示意图 根据侧犁整形要求，侧犁整形时最 大整形 宽度应达 到单边 3 6 0 0 m m ，双边 7 2 0 0 m m的作业整形宽度要求，且侧犁机 构强度应 满足作业推 力不小 于 6 0 k N的承 载要 求，根据 以上 设计 原则 ，基 于 D P Z 一 4 4 0伸缩侧结构对本文所述方案进行受力 类别分析如下： 设计的最大整形宽度为 3 6 0 0 m m ，道 床坡度为 1 ：1 7 5 ，即提供 t g a = h 1 7 5 ， 得 = 2 9 7 。 ，主犁板 最大转 角 3 5 。， 如 图所 示，满足 最大 整形 宽度 所 需主犁 板 长 度 L ：D P Z 一 4 4 0为 L = 2 9 2 0 ，即主 犁板长 度 不小 于 2 9 2 0 m m 本 文所述为 L = = 2 9 7 2 ，考虑前后 端均布置主犁板，即前端或后端犁板长 伸缩式侧犁装置仅能单向整形功能，最 度不小于 2 9 7 2 2 = 1 4 8 6 m m 。 表 卜1装置受力类别清 单 A段分析 B段 分析 D P Z 一 4 4 0 本文所述 D P Z - 4 4 0 本文所述 M ， N m 11 4 1 0 。 11 4X 1 0 72 1 O 。 7 2 1 0 T， N m l08 1 O 。 4 2 1 O。 66 1 0 。 4 5 1 0 截面面积 A = B H b h ，m m 9 6 1 0 。 9 6 l0 。 9 6 1 0 9 6 1 0 惯性矩 I = B H 3 - _b h 3 ，m m 1 2 1 X1 0 1 2 1 1 0 1 2 1 1 O 1 2 1 1 0 。 抗弯截面模量 w = ，m m 。 8 0 5 1 O 。 8 0 5 1 O 。 8 O 5 1 O 。 8 O 5 l0 。 抗扭截面模量 W + = 一 ,e b ，m m 。 1 7 5 1 0 。 l_ 7 5 1 0 。 l_ 7 5 1 0 。 1 7 5 1 O 。 弯矩产生的正应力 = ，M P a 1 4 1 1 4 1 8 9 2 8 9 2 扭矩产生的剪应力 1 r，M P a 6 1 5 2 3 9 3 7 5 2 3 9 压力产生的剪应力r = p r，M P a 6 3 6 3 6 3 6 3 ： 2 + 4 r 2 ， M Pa 1 95 5 1 53 4 1 25 1 1 0 1 7 4 中国机 械 一 a I c h l 由于犁 板长度 缩 短，在 采用 同样 材 质 及惯 性截 面 设计 该装置 时，侧 犁 主犁 板 结 构更 强，侧 犁变 形更 小，更 能满 足 作 业工况要求 。 侧犁装置各支撑 截面受力分析： 在对侧犁单边结构进行受力分析时， 取侧犁最恶劣的工作状况进行受力分析， 即水平外伸最大 ( A 段) 、 垂直外伸最大 ( B 段 )，犁板转角最大 ( c段 )，边坡转角 最大 ，且犁 板上受 到沿 行车 方 向上 的阻 力 6 0 k N的均布载荷进行作业工况受力分 析，如图所示 ： 图 卜3 装 置受力类 别分析示 意 ( 左侧 为 本文所述装置 示例 、右侧为 D P Z 一 4 4 0侧 犁装置示意 ) F ： 6 O k 、 lI= F L 1 图 卜3 A段受力的简化模型 对 侧犁 结构进 行 简化 ，其 受力 简 图 如 图所示， D P Z 一 4 4 0侧 犁 装 置 对 应 参 数 ： H=IlO O mm； L1 =1 1 O Om m； L2 =1 80 0 mm； 本 文所 述侧 犁装 置对 应 参数 ：当侧 犁 旋 转 角 度 1 2 2。，作 用 点 距 轨 距 中 心 2 l2 0 ra m ， 则 H l= 4 5 0 m m ，L l= lO 5 O m m ， L 2 ( 前、后端平均 ) = 7 0 0 m m ，B段支撑点 基本与 D P Z 一 4 4 0一致，相关参数计算见 表所示 ： 其 中A 段 ， 最大弯矩位于 中间支点处 ， 其 中序 号 1 代表 D P Z 一 4 4 0 相关计算参数 ， 2代表本文所述装置结构相 关计 算参 数： M 1 = F ( 2 0 0 0 1 2 0 0 ) + M = 6 00 8 + 6 0X 1 1 = 1 1 4 1 0 。 N m ， M 2 ：F( 2 0 0 0 1 2 0 0 ) + M = 6 00 8 + 6 01 1 = 1 1 4 1 0 。 N m ， TI ： FL2 = 60 1 8= 1 08 1 0 。 N m ， T 2 ： F L 2 ： 6 0 0 7= 4 2 1 O 。 N m， 截面参数 3 0 0 2 0 01 0= H B 6 ， h=H一2 0=2 8 0， b = B- 20 =1 80， 惯性矩 I= BH一b h 20 0x30 0 一I 8 0X28 0 抗弯截面模量 w = BH J -b h 3 = 20 03 0 0 3-1 8 0x28 0 J =8。 5 1 mm36 3 0 0 mm 6 抗扭截面模量 W =,a s L ， H B = 3 O 0 2 0 O = 1 5 ， =0 3 4 6， W +=0 3 4 6X( 3 0 0 。一2 8 0 。 ) = 1 7 5 1 0 。 m m。 ， 截 面 面 积 A = B XH b h= 2 0 0 3 0 0 一 】 8O 2 8 0 = 96 1 0 3 m m2 。 弯矩产生的正应力 w 昔一 M P a ， = = 等 M P a ， 扭矩产生的剪应力 = 等 s M P a ， 哇= 一 M Pa， 压力产生的剪应力r = = M P a ， 许 用 应 力 ： 2 4 0 M P a ， 据 第 三 强 度 理论，相当应力 ， 1 ： ； l_5 ：1 9 5 5 口 ， 2 ： ： 1 4 1 2 + 4 ( 2 3 9 + 6 3 ) 2 ：1 5 3 4 盯 1 。 ： 1 、F =；6 O k N 一 - ： 赢 L 图 卜4 B段受力的简化模型 其 中B 段 ， 最大弯矩位于 中间支点处 ， 其中序 号 1 代表 D P z 一 4 4 0 相关计算 参数 ， 2 代表本 文所 述结构相 关计算参数： M1max =F 05+M=60 X 05+ 6 0 ( 1 8 - 1 1 ) = 7 2 i0 。 N m ， M2max =F 05+M=6O O5+ 6 0 ( 0 7 - 0 4 5 ) = 4 5 1 0 。 N m ， TI =F LI =6 0 X 1 1 =6 6 X 1 0。 N m ， T2 =F LI =6 0 1 1 =6 6 1 0。 N m ， 截面参数 同A段相同，弯矩产生的 正应 力 = 一： M P a ， = =意器 M P a ， 扭 矩产 生的剪应 力 ： 一 M P a ， 呜= = M Pa， 压力产生的剪应力r = = 一 M P a ， 许用应力 = 2 4 0 MP a ，据第 三强度 理论 ，相 当应力 ： ： 而 ： 1 2 5 M P a ； ： ： 磊 ： 1 I O M P a 。 综合 以上计算分析，采用本文所述 的侧犁装置，在采用同样惯性截面设计 情况下，其 A 、B段受力均改善较大，更 能满足作业工况受力要求；在 c段，由 于主犁板结构长度减少 5 0 ，在采用 同 样材 质及 惯性 截 面型 材设 计情 况下 ，其 受力将近减少一倍，提高主犁板承载力 Ac a d e m i c 学术 及 使用 寿命 。 3 结论 通过功 能分析及机构 受力计算分析 ， 可以得 出以下结论： 3 1 采用该伸缩式侧犁装置，通过主 犁板 优化 ，可 实现双 向整 形 功能 ，并可 基于 该伸 缩式 侧犁 整形 思路 ，在结 构空 间范围可优化、集成设计插板 中犁装置 ， 实现类似结构的组合功能，即双 向配砟 、 整形功能，具有一定创新新； 3 2通过结构受力类别分析 ，通过优 化铰 接 点、支 撑点位 置 、主犁 板长度 等 措施，在采用同等材质及惯性面型材的 条件 下 ，装 置 各伸缩 机 构、主 犁板 受力 更小 ，结 构使 用寿命 更 长，更 能满 足现 场作业使用要求。 综上所述，本文 旨提出的新型配砟 车整形方法及设备，从功能原理、受力 分析具有可行性，对同类设备集成化、 模块化研制及发展具有一定的指导意义。 参考 文献 ： 1 刘鸿文 材料力学 ( 第 5 版) M 北京 ： 高等教育 出版社 ， 2 0 1 1 2 哈尔滨工业大学理论力学教研 室 理 论 力 学 ( 第 7版 ) M 北 京 ： 高 等教育出版社 ， 2 0 0 9 3 龙驭球 ， 包世华 结构力学 M 北京 ： 高等教育出版社 ， 2 0 0 6 4 闻邦椿 机械设计手册 M 北 京：机械工业出版社 ， 2 0 1 0 5 李志峰 机械优化设计 M 北 京：高等教育出版社 ， 2 0 1 1 双联动多功能桌的设计与开发 任国强 ( 6 2 9 0 0 0 四川职业技术学院 四川 遂宁) 摘要 ： 本产品是一种能自由升降高度 ， 桌面能自由旋转的多功能桌 ， 将平常学习用的课桌、设计时用的绘图桌、绘画时用的画 架融入体。本产品是基于人体工程学的设计 ， 能够使人们在使用时保持最舒适的姿势 ， 利于缓解疲劳 ， 提高学习、设计、绘图、 绘画的工作效率 ， 同时本产品体积小 ， 质量轻、功能多、结构简单 ， 具有很强的实用性和推广性 ， 有较大的市场前景。 关 键 词 1 产品设