基于Solidworks/ Simulation的接觸軌膨脹接頭調(diào)整工裝設(shè)計(jì)

趙 躍

(南京金城軌道交通設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210000)

基于Solidworks/ Simulation的接觸軌膨脹接頭調(diào)整工裝設(shè)計(jì)

趙 躍

(南京金城軌道交通設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210000)

運(yùn)用三維建模軟件Solidworks/Simulaton，充分發(fā)揮其三維建模及有限元分析功能，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出鋼鋁復(fù)合接觸軌膨脹接頭調(diào)整工裝，在青島四方環(huán)線改造項(xiàng)目中得到應(yīng)用，大大節(jié)省了調(diào)整時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)以后鋼鋁復(fù)合接觸軌項(xiàng)目的安裝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

接觸軌；膨脹接頭；調(diào)整工裝；Solidworks/Simulation

1 設(shè)計(jì)說(shuō)明

1.1 原理說(shuō)明

鋼鋁復(fù)合接觸軌膨脹接頭用于補(bǔ)償鋼鋁復(fù)合接觸軌因溫度變化而產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化。既保證電氣連接的可靠性，又保證集電靴平滑的從一端過(guò)渡到另一端。根據(jù)膨脹接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)整工裝采用兩端卡爪結(jié)構(gòu)通過(guò)緊固件與外端兩部分復(fù)合軌緊固，中部圓形卡爪套緊中間緊固件尾部螺栓頭，使用時(shí)擰緊中間卡爪固定螺栓使其整體固定。兩端卡爪的固定支撐管設(shè)計(jì)有梯形螺紋絲桿，通過(guò)扳手旋轉(zhuǎn)螺母，使絲桿由圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成向兩端外側(cè)的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償距離的調(diào)節(jié)。

1.2 干涉檢查

僅使用 2D CAD 工具時(shí)，在投產(chǎn)之前發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題非常困難。SolidWorks 工具可在制造任何零件之前幫助驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否能夠正確配合、裝配和操作。利用Solidworks中干涉檢查，進(jìn)一步完善三維模型件的裝配關(guān)系。

1.3 膨脹接頭調(diào)整工裝的有限元分析

(1)建立算例。一個(gè)算例的完整定義包括分析類型、材料、負(fù)荷、約束和網(wǎng)格。

(2)應(yīng)用材料。在運(yùn)行算例之前，必須定義模型的材料屬性。

(3)添加約束。為了完成一個(gè)靜態(tài)分析，模型必須被正確地約束。

(4)施加載荷。單擊Simulation工具欄中“外部載荷”下拉菜單中的“壓力”，完成對(duì)零件載荷的施加。

(5)生成網(wǎng)格。單擊Simulation工具欄中的“運(yùn)行”下拉菜單中的“生成網(wǎng)格”，完成對(duì)零件的網(wǎng)格化。

(6)運(yùn)行算例。完成應(yīng)用材料、添加約束、施加載荷和對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，就可以進(jìn)行分析了。

(7)顯示結(jié)果。運(yùn)行結(jié)束之后，SimulationStudy樹(shù)中增加了“結(jié)果”文件夾，并且“結(jié)果”下還有應(yīng)力、位移、應(yīng)變和安全系數(shù)四個(gè)圖解選項(xiàng)。其圖解分別如圖1～圖3所示。

(8)生成報(bào)告。經(jīng)過(guò)結(jié)果分析后，可以將結(jié)果生成研究報(bào)告，以方便查閱、演示和存檔。

圖1 調(diào)整工裝強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)圖

從上圖可以分析得出：當(dāng)在兩側(cè)卡爪分別施加最大初始滑移力800 N時(shí)，最大強(qiáng)度發(fā)生在絲桿調(diào)節(jié)處為104 MPa,絲桿采用45鋼其屈服強(qiáng)度為185 MPa,所以此結(jié)構(gòu)不存在破壞的可能性。

圖2 調(diào)整工裝剛度分析數(shù)據(jù)圖

從上圖可以分析得出：當(dāng)在兩側(cè)卡爪分別施加最大初始滑移力800 N時(shí)，最大變形發(fā)生在兩側(cè)卡爪上，最大變形量為1.932 mm<2 mm變形允許量，所以剛性滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 調(diào)整工裝安全系數(shù)分析數(shù)據(jù)圖

從上圖可以分析得出：當(dāng)在兩側(cè)卡爪分別施加最大初始滑移力800N時(shí)，最小安全系數(shù)為3.386>1,所以此調(diào)整工裝結(jié)構(gòu)具有較好的安全性能，可以滿足使用要求。

經(jīng)過(guò)對(duì)調(diào)整工裝整進(jìn)行整體的強(qiáng)度、剛度、安全系數(shù)分析，得出滿足使用要求的結(jié)論，接下來(lái)按制圖要求出圖并送外協(xié)生產(chǎn)；首臺(tái)套一次性試驗(yàn)成功滿足了調(diào)整要求。

2 膨脹接頭的安裝和調(diào)整

鋼鋁復(fù)合接觸軌膨脹接頭的安裝及調(diào)整關(guān)系到整體使用的可靠性和安全系。首先使用膨脹接頭調(diào)整平臺(tái)將膨脹接頭抬起至與相鄰接觸軌平齊，徹底清潔接觸面，涂抹電力復(fù)合脂。其次將一端推入已安裝好的接觸軌普通接頭內(nèi)，裝上連接螺栓，微調(diào)膨脹接頭與相鄰接觸軌平齊，對(duì)接面密貼、平順后，按力矩要求緊固接觸軌接頭連接螺栓。接著用數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量當(dāng)時(shí)的接觸軌表面溫度，記錄該溫度；根據(jù)設(shè)計(jì)或廠家提供的膨脹接頭溫度補(bǔ)償表查出所需要補(bǔ)償值并記錄；按補(bǔ)償值調(diào)整膨脹接頭，并使用木塊和臨時(shí)夾具固定。最后清潔并涂抹電力復(fù)合脂后，將膨脹接頭的活動(dòng)端與接觸軌對(duì)接安裝，之后安裝下一根接觸軌，并在與膨脹接頭最近的絕緣支架上用臨時(shí)固定夾具對(duì)膨脹接頭進(jìn)行固定，待下一個(gè)錨段的接觸軌安裝完畢后，將臨時(shí)固定夾具移至中錨位置固定，保證膨脹接頭的正常伸縮。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文利用三維建模軟件Solidworks/Simulation設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了膨脹接頭的調(diào)整工裝，過(guò)程中充分利用軟件的三維建模、干涉檢查、有限元分析功能，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)，出圖，加工，安裝調(diào)試的一次性成功，節(jié)約了開(kāi)發(fā)周期及成本。在青島四方環(huán)線改造項(xiàng)目中，輕松實(shí)現(xiàn)鋼鋁復(fù)合接觸軌膨脹接頭的雙向精確調(diào)整，為保證項(xiàng)目完成節(jié)約了安裝時(shí)間，在鋼鋁復(fù)合接觸軌安裝工程中具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 劉衛(wèi)強(qiáng)，李相泉.鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)概述[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007，(10)：79-82.

[2] 金鵬，朱曉軍.鋼鋁復(fù)合接觸軌在北京地鐵5號(hào)線工程中的應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007，(10)：75-87.

[3] 李璉，王旭，王進(jìn).鋼鋁復(fù)合接觸軌安裝技術(shù)的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008，(7)：55-56.

U415.1

C

1008-3383(2017)09-0215-01

2017-03-01

趙躍(1989-)，男，工程師，主要從軌道交通設(shè)計(jì)與研究工作。