SS4型电力机车转向架三维模型毕业论文

题目：题目： 毕业设计（论文）毕业设计（论文） B B0 0式转向架的三维实体设计式转向架的三维实体设计 1 摘摘要要 本文首先论述了国内转向架的发展概况及其构成特点，由于车辆的用途不同、运行 条件的差异、制造维修方法的制约和经济效益等具体因素的影响，对转向架的性能、结 构、参数和采用的材料及工艺等要求就有差异，因而转向架的造型方法各有其特点。其 次，本文基于模块化技术、参数化技术及高级配合技术，利用 SolidWorks 软件设计出 SS4型机车转向架各零部件的三维实体造型，通过高级配合技术完成转向架轮对、轴箱、 轴箱悬挂装置、构架等各部件的装配，最后装配成为一台完整的 SS4机车转向架，为后 续工程图的生成、强度分析提供所需的参数与几何实体模型。最后，本文通过有限元分 析方法对转向架各零部件的强度进行分析，得到的结果，根据转向架的结构特点，采用 局部修正方法调整转向架各零部件的基础模型至最终模型，并确定了相应的零件尺寸。 在完成上述过程之后，可对转向架的所有零件外形及其装配顺序有很彻底的认识，从而 为今后更深层次的分析研究打好基础，具有重要的学术价值和工程实际意义。 【关键词】【关键词】 转向架三维造型工程图 2 AbstractAbstract This thesis starts with a general survey of the development of thebogie in domestic and its constitutional characteristic. Some facto rs such as vehicles different purposes, operating conditions, manufacturing or maintenance methods and economic benefits lead to different requirements of bogies properties , structures, parameters and technology. So the bogiesare characterised by various modeling methods.Then, a three-dimensional solid model for bogie of SS4locomotive was designed ,using SolidWorks software ,based on the modularization techniques,the parameterization technology and the advanced coordinate technology. This model provides the required parameters and geometric solid model for further study of engineering drawings generation, strength and analysis.Finally, the strength of bogies each component and part is analyzed using finite element analysis,and the final model and each parts dimensions are determined .These works mentioned above lay the foundation of further research, have important academic value and actual engineering significance. 【key wordskey words】BogieThree-dimensional solid modelEngineering drawing 目录目录 第 1 章绪论 . .1 1.1 研究背景及意义 .1 3 1.2 转向架的作用与分类.2 1.3 SS4机车转向架的组成及特点. 3 第 2 章SS4机车转向架的三维实体设计. .6 2.1 轮对电机装置.6 2.2 轴箱装置.13 2.3 转向架构架.16 2.4 轴箱悬挂装置.18 2.5 基础制动装置.21 2.6 附属装置.23 第 3 章转向架总体装配.25 第 4 章 转向架构架强度分析.27 总结 . 31 致 谢 .32 参考文献 .33 第第 1 1 章章绪论绪论 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 随着铁路运输的发展和人民生活水平的提高，人们对时空的观念有了深刻的变化， 4 对铁路运输有了新的要求。为了适应现代社会高效率、快节奏的要求，铁路部门已进行 了五次大提速。目前在主要干线上机车最高速度已达到160180km/h，但这种速度还是 不能够满足人们日益增长的需求，比如在秦沈专线上建成的300km/h高速线路，有些人 要求在北京至上海开行磁悬浮列车等等都反应了人们对高速列车的期望。可以肯定的 是，第六次铁路大提速将很快到来，200km/h以上的大功率高速列车注定将步入历史舞 台。在下一次铁路提速过程中发挥主要作用。 作为机车的重要部件之一，转向架也是机车最高运行速度的限制性部件，它对于确 保机车的运行安全、改善运行品质、提高舒适程度、减少环境污染等有着极其重要的作 用。因此开发高速机车转向架是开发大功率高速重载机车的关键。世界上的高速列车可 简单划分为动力集中式和动力分散式。动力集中式和动力分散式可以说各有利弊，单纯 从确保性能及降低技术难度来讲，动力分散是有利的，即有助于减轻轴重、充分利用牵 引及制动时的轮轨粘着、提高列车总功率、便于列车分解开行等，但却提高了制造成本 及维修费用等。随着机车技术的发展，可以实现在大功率和大轴重前提下高速机车与线 路间的低动力作用，例如采用驱动装置的体悬、架悬等措施来减少簧下重量，采用体积 小、重量轻的交流牵引电动机来减少轴重，优化悬挂参数及结构提高走行性能等等，使 得开发动力集中式高速机车转向架成为可能， 而且动力集中已成为世界各国高速列车发 展的共同趋势。 转向架是电力机车的走行部分，它对机车动力学性能、牵引性能和安全性能起着重 要的决定性的作用。下面主要通过介绍SS4型电力机车转向架来说明转向架的主要结构 设计和功能特性。 SS4型电力机车有四台基本上相同的转向架。SS4型(1 一 158 号)机车的转向架牵引 装置为平牵引拉杆装置，SS4改型机车转向架牵引装置为推挽式牵引装置。所以两种型 号的转向架互不通用， 但其各型的四台转向架完全通用。 两种型号转向架除构架、 轮对、 牵引装置，制动器不通用外，其余重大部件均通用。 转向架支承车体和车体内安装设备的重量，该重量通过二系弹簧支承、构架、一系 弹簧支承均匀地分配到各个轴箱上，最后经轮对作用于钢轨。SS4型电力机车每个轮对 作用于钢轨上的垂直静载荷为 23t。转向架将轮对产生的牵引力或制动力传递给车体。 当机车牵引列车时，牵引电机产生转距，通过齿轮传动使轮对转动，轮对与钢轨之间由 于粘着的作用而产生轮周牵引力，牵引力由轴箱经轴箱拉杆传至构架，再通过牵引装置 传到车体， 最后经车体车钩牵引列车运行。 当闸瓦制动时， 制动力矩将产生轮周制动力， 其方向与牵引力相反，而传递途径相同，最终经车钩对列车施予制动力。 5 机车沿着曲线运行时，轮轨间将产生水平横向作用力，而且允许车体与转向架有一 定的相对位移，来减小水平横向作用力，缓和轮轨间的磨耗，保证机车安全通过曲线。 SS4型电力机车可以以5mm。 2 经过在工作负荷下测试过的弹簧组应在标准范围内 262mm，然后用加垫的方法 调整其工作高度，使整台机车在工作负荷下弹簧高低之差2mm。 24 至此一系弹簧已调整完毕，若称重时达不到上述要求，希望调整二系弹簧来达到目 的。 2.52.5 基础制动装置基础制动装置 2.5.12.5.1 作用与特点作用与特点 基础制动装置是执行对运行中的机车减速和停车的一种机械装置。它由制动缸、杠 杆传动系统、闸瓦间隙自动调整器和闸瓦等组成。当机车制动时，对制动缸进行充气， 制动缸内鞲鞴产生推力，经杠杆系统放大若干倍，通过闸瓦作用列车轮踏面上，使闸瓦 与踏面产生摩擦，将动能变为热能，从而使机车达到减速或停车的目的。 SS4型机车基础制动装置为独立单元制动器，每台转向架第一根轴后、第二根轴前 左右两侧车轮处均设置一个制动器。 但应该指出的是考虑原有制动器安装座的原因， SS4 型(1158 号)机车采用 3.57 英寸的制动器，而 SS4改型机车因使用新设计的转向架， 所以采用 2.857 英寸制动器，每个转向架设置制动器四个(图 2.15)。 图图 2.15 SS2.15 SS4 4型型(1(1 一一 158158 号号) )机车基础制动装置机车基础制动装置 当机车制动缸压力为(4.5105)Pa 时， SS4型(1 一 158 号)机车基础制动装置每块闸瓦 压力为 32.65kN，制动率为28.4；SS4改型基础制动装置每块闸瓦压力为 25.56kN，制 动率为 22.22。 SS4型(1 一 158 号)机车制动器和 SS4改型机车制动器， 除制动箱体， 杠杆和棘轮不 同外，其余零部件均相同。它们的结构形式也一样，它由制动缸、传动杠杆、闸瓦间隙 自动调整器、闸瓦托和闸瓦等部件组成。 该制动器的特点是，制动单元各部件均安装在制动器箱体内外，在其内安装制动杠 杆和闸瓦间隙自动调整器，其外安装制动缸、闸瓦、闸瓦托和闸瓦托吊杆。采用活塞式 制动缸，尺寸为 56178mm48mm，高摩合成闸瓦，每个制动器安装两块。组装好的制 25 动器作为一个独立部件用螺栓连接在构架的制动器安装座上。每个制动器重 105kg。 2.5.22.5.2 单元制动器的原理与总装配单元制动器的原理与总装配 1.制动器作用原理 当制动器制动缸内充气时，活塞向外伸展，通过鞲鞴杆推动杠杆，杠杆带动滑套， 滑套传给传动螺母，传动螺母带动传动螺杆，螺杆推动闸瓦托、使闸瓦作用在车轮踏面 上实现制动。当制动缸排气时，活塞在缓解弹簧(圆锥弹簧)的推动下，使上述各传动零 件作相反方向运动，闸瓦离开车轮踏面执行缓解。 2.闸瓦间隙自动调整器的作用原理 闸瓦与车轮踏面设计正常间隙尺寸为 7 mm。在运用过程中，闸瓦与轮对踏面相互 摩擦，而产生磨损，使它们之间的间隙越来越大。闸瓦间隙过大，或各闸瓦之间的间隙 不均匀，将直接影响制动力的正常发挥。为了消除增大了的间隙，在本制动器装置中设 置了闸瓦间隙自动调整器。 当鞲鞴充气推动杠杆摆动时，带动与杠杆相连的棘钩作平面圆周运动。当棘钩齿尖 圆周运动超过或等于棘轮轮齿节距时，棘钩齿尖勾住棘轮轮齿。当制动缓解时，棘钩随 杠杆复原向上移动，随之棘钩齿尖带动棘轮轮齿转动。因棘轮与传动螺母是紧固在一起 的，所以带动传动螺母转动，传动螺母的转动使螺杆向外直线移伸，来达到调整闸瓦与 踏面之间间隙的目的。 在设计计算中，当闸瓦与轮对踏面之间间隙不超过 6mm 时，棘钩齿尖不勾棘轮齿， 一旦超过 6mm 时， 闸瓦调整器就动作， 因为传动螺杆螺距为 6mm， SS4型机车(1 一 158 号)的棘轮齿数为 27 个，则调整闸瓦间隙为 6/27=0.22mm；SS4改型机车棘轮齿数为 30 个，则调整闸瓦间隙为 6/300.2mm。为了防止棘钩齿尖与棘轮齿面脱离，用条簧压紧 棘钩。 手轮，当需要间隙小时，可不必推或拉在手动增大调整闸瓦间隙或换瓦时，应推或 拉脱钩杆，使棘钩脱离棘轮轮齿，然后逆时针方向旋转脱钩杆，只要顺时针方向旋转手 轮，间隙可变小。换闸瓦或落构架时，应使闸瓦退到最大间隙位置，换好闸瓦或落车后， 应顺时针方向旋转手轮 使闸瓦紧贴车轮踏面， 然后再逆时针方向旋转手轮一周， 此时， 闸瓦与车轮踏面之间间隙即为要求的正常间隙 6mm。为了使闸瓦上、下端间隙均匀， 可用设置在闸瓦托上的调整螺栓调整闸瓦托的位置来实现调整闸瓦与踏面间隙的目的。 制动器主要技术参数制动器主要技术参数 制动缸直径 .178mm 26 制动缸缓解弹簧反力 .347N 制动倍率：SS4型(1-158 号) .3.5 闸瓦压力(制动缸充气压力 4.5105Pa) .32.65kN 制动器效率 .85 每台转向架制动器数量.4 个 闸瓦与踏面间隙.69mm 图图 2.162.16 单元制动器单元制动器 1 一闸瓦托杆；2 一闸瓦；3 一螺栓；4 一闸瓦托；5 一杠杆；6 一传动螺母；7 一箱体 8 一手轮；9 一 7 英寸制动缸；10 一圆锥弹簧。 3.技术条件 每个制动器在组装至转向架前均应对其进行检查，检查项目如下： 1）脱钩机构组成是否良好；制动缸充气时，鞲鞴行程至28mm 时棘钩应拨动棘轮； 2）闸瓦托与闸瓦的圆弧接触面必须均匀，局部间隙 lmm；各活动摩擦面应注润 滑剂，制动缸应做泄漏试验，当充气 600kPa 时不准有泄漏，下降至 400kPa 时，在 3min 内泄漏10kPa。通过以上检查，制动器方才合格，允许装车。 2.62.6 附属装置附属装置 1.限位装置 SS4型(1158 号)电力机车转向架与车体只有横向限位无纵向和垂向限位。横向限 位是弹性止挡，设置在转向架左右侧梁外侧中部，转向架与车体横向间隙为(20 27 5)mm(单边)(图 2.17)。 图图 2.172.17 机车限位装置机车限位装置 在机车运用中，车体与转向架若发生过度的相对位移，此时限位装置就起作用，另 外当转向架与车体之间发生意外时，车体与转向架相互不脱离，起到安全保护作用。 2.轮轨润滑装置 在运行过程巾，车轮轮缘与钢轨之间会产生摩擦，并引起轮缘及钢轨的磨耗。轮轨 磨耗问题直接影响到车轮和钢轨的使用寿命，机车功率的有效利用和机车的运行安全。 因此，除努力改善机车的曲线通过性能外，还通过改善轮缘和钢轨之间摩擦状态来降低 轮缘与钢轨之间的摩擦系数。有效地减轻轮缘与钢轨之间的剧烈磨损。 SS4型电力机车采用 HSl 型轮缘喷脂器来改善轮缘与钢轨之间的摩擦情况。HS l 型轮缘喷脂装置在转向架上的主要部件有：连接软管、脂缸、三通接头和喷头装配。 轮缘喷脂装置组装在第一位、四位、五位和八位轮对上。它利用压缩空气带动润滑 脂从喷嘴中喷到轮缘上，使轮缘与钢轨之间摩擦情况得到改善。由于这种脂粘附性能、 抗磨性能、耐压性能、抗挤压性能较好。它通过车轮对轨道的接触，带到轨道上，再粘 附在没有设置轮缘喷脂装置的轮缘上，改善了它们的磨耗情况。 第第 3 3 章章转向架总体装配转向架总体装配 28 3.13.1 装配要求装配要求 1.组装转向架时的要求： 1 同一轮对两轮滚动圆直径之差lmm，同一机车八个轮对彼此直径之差2mm。 2 轴箱拉杆方轴与轴箱体及构架拉杆座相联接时，在 1：10 斜面相配合面用 0.lmm 的塞尺检查不允许贯通，槽底部应留有 38mm 的间隙。 3 必须选配每组轴箱弹簧，使内、中、外三个弹簧分别在工作负荷下，各压缩工作 高度之差3mm。 4 为了保证轴重符合标准，应测定一系弹簧每组弹簧在工作负荷下的高度值，用加 垫方法进行配平，一般整台机车高度之差2mm。 5 同样二系车体支承每个橡胶堆也应测定在工作负荷下的高度值，也用加垫的方法 进行配平，一般整台机车高度之差lmm。 6 各部件相连的螺栓、螺母是否紧固，油润是否良好等。 2.落车后的调整要求： 1 构架侧梁上平面至轨面高度：SS4型(1158 号)为(1200 士 10)mm，同一侧前后 至轨面高度之差5mm，同一端左右至轨面高度之差5mm。 2 构架上平面达到要求后，调节闸瓦调整螺栓，使闸瓦与车轮踏面间隙均匀，并转 动制动器的手轮，使闸瓦与车轮踏面间隙为 69mm。 3 为了使手制动竖拉杆位于制动拉杆拉环中间位置(缓解位)，必须调整手制动大链 轮与丝杆端面位置(约 18mm)。 4 轴箱顶部距构架吊座下端面(48 土 l0)mm。 5 齿轮箱距轨面最低位置110mm。 6 撒砂管底面距轨面高度50mm。 7 撒砂管端面与车轮踏面距离为(20 土 5)mm。 8 排石器角钢底边距轨面高度为 080mm。 29 9 限界检查。 10机车称重。 机车通过以上调整后进行静止称重，称重时不允许人为地改变机车状态，两个方向 各进行二次称重，测量值取四次称重的算术平均值。机车称重后必须达到： (1)机车总重 184t； (2)每根轴轴重不应超过机车实际平均轴重的士 2； (3)同一轮对的每一个轮重与该轴实际平均轮重之差，不超过该轴两轮平均轮重的 4。 机车按照出厂试验规则的规定，要求基础制动动作良好，各部件连接可靠，动作状 态正常，无严重振动，撞击脱落，无漏油、窜油现象，并按照规定的速度和里程运行后， 检查轴箱和电机抱轴箱的温升：轴箱体上方中点测量允许温升 30，电机抱轴箱在瓦 端部测量允许工作温度为 50+0.6t(t 为环境温度)。 图图 3.13.1 转向架总体装配转向架总体装配 1 一轴箱装置；2 一液压减震器；3 一构架；4 一电机；5 一电机悬挂装置；6 一拉杆；7 一轮对；8 一大齿轮；9 一小齿轮；10 一基础制动装置；11 一电机抱轴装置。 第四章第四章转向架构架强度分析转向架构架强度分析 30 4.14.1 构架构架 CAD /CAECAD /CAE 设计设计 强度计算的目的是检验转向架构架在超常载荷和模拟运营条件下的强度是否满足 设计要求，载荷条件和方法参照如下标准：EN 13749、UIC515-4 和 UIC615-4 进行，许 用应力和评估方法依据 ERRI B12/RP17 确定。 图图 4.14.1 构架零件图构架零件图 图图 4.24.2 构架造型图构架造型图 1.受力分析 31 根据标准进行构架设计，对于动力转向架，考虑构架通过直线、曲线和道岔时的载 荷。现考虑构架垂向和横向所受载荷。 Q：满轴重静态载荷 Q=230000N g：重力加速度 10（m/s2） Fz：构架垂向力，Fz=935000N Fy：构架横向力，Fy=12000N 2.应力分析 1）前处理： 定类型：静态分析 画模型：运用 SolidWorks建立构架模型。 设属性：锻造不锈钢 分网格：如图 4.3 所示。 图图 4.34.3 构架网格图构架网格图 2）求结果： 添约束：在轴箱座上施加固定约束。 加载荷：由于构架与车体是面面接触，所以加载区域是一个平面，如图 4.4 所示。 查错误：载荷列表后进行检查。 求结果：进行有限元分析 32 下结论：运行结果与受力分析结果比较，相差不大，结果可信。 图图 4.44.4 构架加载图构架加载图 图图 4.54.5 应力云图应力云图 33 图图 4.64.6 位移图位移图 3.强度评价 根据上述载荷工况及有限元模型， 计算得到了通过曲线工况的当量应力及其分布位 置。在 TB/T23682005规范规定的计算工况中，超常载荷工况下最大当量应力为 133.061MPa， 未超出锻造不锈钢许用应力206.807MPa的标准； 运营工况下最大当量应力 为17553 MPa，未超出锻造不锈钢许用应力206 MPa的标准，构架的静强度满足要求。 总结总结 34 自开始至今日我的论文已经完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路 逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的 毕业设计终于落下了帷幕。在这次毕业设计的过程中，我得到了不少的收获。 1) 在毕业设计前期的准备过程中，我学会了通过各种渠道来收集所需资料，比如， 为了找到有关转向架设计参数及其强度校核的资料，我会去图书馆，电子阅览室查阅或 者向老师询问； 2）通过运用 SolidWorks 软件建立转向架的三维实体造型，加深了我对 SolidWorks 软件的认识，并熟练掌握零件的造型、装配体的组装和工程图的生成。 3）在组装转向架的过程中，使我对转向架的结构和细节有了清楚地认识，并熟悉 了转向架的装配顺序及其功能特点。 4)如何建立构架准确的有限元模型将对静强度分析结果起决定性影响 ,包括倒圆角 处理、局部结构简化和有限元网格划分等。 5)在构架有限元模型中考虑焊缝具体结构将使分析结果更接近实际。 焊缝是结构的 薄弱环节,所以在带有焊缝的结构中对焊缝进行处理,使其与母材具有同等强度,以提高 计算精度。 致致 谢谢 35 四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人