課程設(shè)計(jì)--受電弓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-免費(fèi)閱讀

　　

【正文】 殷益駿在 MATLAB計(jì)算時(shí)給我提供了很大的幫助。在建模的過程當(dāng)中，由于 剛接觸 SolidWorks，很多功能 都不知道 ，只好邊學(xué)邊用，盡管模型有點(diǎn)簡(jiǎn)單，不是很完 美，但是面對(duì)著自己建出來(lái)的模型，仍然感到很驕傲，在對(duì)模型的尺寸分析的過程當(dāng)中，借鑒了一些網(wǎng)上， 以及前人一些資料的數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理，一個(gè)一個(gè)計(jì)算出來(lái)。 圖 下臂桿變形情況分布 在桿變形情況分布圖中可以看到，桿受到分布載荷的時(shí)候，發(fā)生了彎曲變形，中間部分變形比較大，而兩邊比較小。可以看到中間處得應(yīng)變分布明顯大于四周的應(yīng)變分布。 43 弓頭機(jī)構(gòu)的有限元分析 圖 弓頭部分環(huán)境配置 在弓頭部分我們選用的是 4340 鋼，熱處理方式為正火，在弓頭上面平面施加 30Mpa 的分布力，通過將弓頭固定的方式進(jìn)行有限元分析。 定義伺服電動(dòng)機(jī)，重力。 （ 8）倒圓角 （ 9）得到升弓桿機(jī)構(gòu)如下圖所示。 圖 連架桿機(jī)構(gòu) （ 4）插入?yún)⒖济婊鶞?zhǔn)面 4（如下圖所示），選擇基準(zhǔn)面 4 為鏡像平面，使用鏡像特征得到連架桿兩端。 30 圖 底座草圖 （ 2）拉伸如下所示草圖， 選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面， 拉伸厚度 10mm。 圖 弓頭滑板草圖 通過各平面草圖的拉伸與切除，最終得到弓頭滑板如下圖所示。 點(diǎn) E 的角偏移量的仿真： 26 圖 弓頭的線偏移量與上升量的 曲線圖 隨著弓頭的上升，點(diǎn) E 線偏移量先有緩慢減少的趨勢(shì)，慢慢又以一個(gè)比較大的速度增加的趨勢(shì)，雖然增加的速度增加，但是到最后仍然滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。 連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力 通過 autocad 將受電弓在不同位置時(shí)繪制在同一張圖中便于清晰的看出其運(yùn)動(dòng)軌跡線： 圖 受電弓多位置變化圖 （ 1）：對(duì)主動(dòng)件桿 AB 的受力運(yùn)動(dòng)分析。 連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 變化曲線 在上面的分析計(jì)算中已經(jīng)保證了就對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的傳動(dòng)角進(jìn)行驗(yàn)證。 可以求出點(diǎn) E 的坐標(biāo) ? ?EE yx , ,然后比較 Ex 偏離 0 的大小，線偏離也就是maxmaxmax 0 EE xxl ??? 的大小。據(jù)跟這些要求對(duì)受電弓尺寸進(jìn)行優(yōu)化。 平衡桿機(jī)構(gòu)計(jì)算模型計(jì)算 平衡機(jī)構(gòu)是受電弓連桿機(jī)構(gòu)中另外一塊很重要的組成部分，在升弓和降弓的運(yùn)動(dòng)當(dāng)中起到平衡的作用，下面我們對(duì)確定平橫機(jī)構(gòu)的尺寸。 可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，找出運(yùn)動(dòng)約束條件建立約束方程。 2,為了保護(hù)弓頭在運(yùn)動(dòng)中盡可能的不受到外面的因數(shù)的干擾，我們?cè)诠^的上面加了一個(gè)小蓋，算是一個(gè)小小的創(chuàng)新的，同時(shí)能夠防止滑輪在受到雨水，露水等等因數(shù)的作用而發(fā)生腐蝕和生銹。即 CD 的長(zhǎng)度就會(huì)變短，會(huì)使弓頭上升，且行程為豎直向下的直線。 6， 受電弓的整個(gè)工作過程應(yīng)該安全可靠。 目前我們 CRH 系列動(dòng)車組所采用的是 DSA250 型受電弓（如下圖），該受電弓采用輕量化優(yōu)質(zhì)材料，具有良好的機(jī)械和動(dòng)力學(xué)性能，受電弓滑板采用純硬碳材料，對(duì)接觸網(wǎng)起到保護(hù)作用。 （ 2） 受電弓重量需要降低。 在普通列車上使用的受電弓已經(jīng)基本能滿足我們運(yùn)行使用的要求，但是隨著我國(guó)鐵路大提速的要求及高鐵的日益發(fā)展，實(shí)用與高速列車的受電弓就顯得尤為重要。 （ 2） 單臂式 ， 除了雙臂式，其后亦有單臂式的集電弓，亦可稱為 “ 之 ” （ Z）字形的集電弓。 （ 2） 降弓：傳動(dòng)氣缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)受電弓緩沖閥迅速排向大氣，在降弓彈簧作用下，克服升弓彈簧的作用力，使受電弓迅速下降，脫離接觸網(wǎng)。 （ 4） 石津式 ， 日本岡山電氣軌道的第六代社長(zhǎng)，石津龍輔 1951 年發(fā)明、又稱為 “ 岡電式 ” 、 “ 岡軌式 ” 。 對(duì)于高速受電弓，除了與普通受電弓相同的諸如磨耗小，可靠性高，運(yùn)營(yíng)和維修費(fèi)較低的一般技術(shù)要求外，還應(yīng)該具有以下更為嚴(yán)格的特點(diǎn)： （ 1） 受流可靠。安裝在車頂?shù)氖茈姽擒圀w突出部分，必須采取相關(guān)措施提高受電弓空氣動(dòng)力學(xué)性能，即減小空氣動(dòng)力學(xué)作用對(duì)受流的影響，減小空氣阻力和氣動(dòng)噪聲。 ）。 根據(jù)上面的要求，可以設(shè)計(jì)出不同的連桿機(jī)構(gòu)： 方案一：平面 RR 開鏈機(jī)械臂 7 圖 平面 RR 開鏈機(jī)械臂 工 作原理：平面 RR 開鏈機(jī)械臂工作時(shí)，下桿作圓周運(yùn)動(dòng)，而上桿作搖擺運(yùn)動(dòng)，下桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，確保上桿的運(yùn)動(dòng)軌跡在圖中所畫的中心線軌跡上作豎直運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)缺點(diǎn)：鉸鏈三桿機(jī)構(gòu)能夠確保弓頭在最高點(diǎn)能穩(wěn)定下來(lái)，因?yàn)闂U 3 對(duì)桿 1有一個(gè)支持的作用，另外桿 2 對(duì)桿 1 有一個(gè)固定防止桿 1 產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)的作用，另外，這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，不占用空間。 10 弓頭 弓頭的設(shè)計(jì)選圖中所示的結(jié)構(gòu)。 12 ?????????????????????????????????????????21212111111112111111112121211111111211111111)()()cossincossin()sincossincos()()()cossincossin()sincossincos(DCDCDiEiEEiiCiCDiEiEEiiCiCABABAiEiEEiiBiBAiEiEEiiBiByyxxyyxyyxxyxxyxyyxxyyxyyxxyxxyx???????????????? 采用逆向設(shè)計(jì)的方法，先確定設(shè)計(jì)的尺寸，然后利用仿真軟件直接模擬出點(diǎn) E的運(yùn)動(dòng)軌跡，或者 matlab 軟件解出上面的方程；對(duì)點(diǎn) E 的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，并驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化 在進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建模當(dāng)中，計(jì)算出來(lái)的尺寸很繁瑣，而且小數(shù)點(diǎn)后面有很多的小數(shù)，為了計(jì)算與建模的方便，我們?cè)诒ＷC他們的力學(xué)性能的前 提下以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，查找了一些數(shù)據(jù)手冊(cè)，并且根據(jù)一些具體情況對(duì)后面的小數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，使得結(jié)果更加的簡(jiǎn)便，讓人一目了然，便于直觀的感受。 對(duì)點(diǎn) B,點(diǎn) E 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 由于點(diǎn) A,點(diǎn) D 的坐標(biāo)已知，而且桿 AB，桿 BE 的桿長(zhǎng)確定，因此可以求出點(diǎn)B，點(diǎn) E 的軌跡方程 : ? ? ? ? 222 ABBABA Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 BEEBEB Lyyxx ???? 因?yàn)?AB 桿是風(fēng)缸直接作用桿件，所以其受力在所有桿件中式最為關(guān)鍵的 ，故要對(duì)其進(jìn)行分析，又因?yàn)?AB 的角速度和角加速度能直接決定受電弓弓頭上升的速度，所以對(duì)其角速度和角加速度的分析就顯得尤為重要了。 為了能更好的了解整個(gè)過程中的受力情況我們主要對(duì)連桿機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)件AB 分析，和桿 DBE 和，鉸鏈點(diǎn) E 點(diǎn)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)與受力的分析。而且最大值為 176。 圖 桿 CBE 的速度和加速度變化曲線 在圖中可以看出桿 CBE 在 X 方向上的速度和加速度都在減少，而在 Y 方向上的速度和加速度都在增加。 5 機(jī)構(gòu)建模 5． 1． 1 連桿機(jī)構(gòu) 27 圖 連桿機(jī)構(gòu) 加入平衡桿的受電弓機(jī)構(gòu) 圖 加入平衡桿的受電弓 弓頭滑板機(jī)構(gòu) （ 1）弓頭滑板機(jī)構(gòu)主要構(gòu)建建模過程 使用 solidworks2021 的草圖繪制，選擇上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，繪制如下所示的草圖，對(duì)生成的草圖一使用拉伸特征，給定深度為 100mm。得到平衡桿支架如下圖所示。 圖 主動(dòng)桿 （ 3）得到主動(dòng)桿機(jī)構(gòu)如下圖所示。 圖 升弓桿 建模 圖 升弓桿 建模 （ 5） 拉伸如右上所示草圖， 選擇基準(zhǔn)面 3 為草圖繪制平面， 拉伸厚度 5mm。 38 圖 升弓桿 建模 機(jī)構(gòu)總體裝配過程 （ 1）受電弓爆炸圖 圖 受電弓機(jī)構(gòu)爆炸圖 表 爆炸圖各個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)名稱 1 底座 4 升弓桿 2 連架桿 5 弓頭滑板 3 主動(dòng)桿 6 平衡桿 (2)受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖 39 圖 受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖 （ 3）裝配過程 零件 名稱 裝配方法 1 底座 底座與主動(dòng)桿，連架桿采用【同心軸】配合 2 連架桿 連架桿與底座，升弓桿之間采用【同心軸】裝配 3 主動(dòng)桿 主動(dòng)桿和底座，升弓桿，平衡桿之間采用【同心軸】裝配 4 升弓桿 升弓桿和連架桿，主動(dòng)桿，弓頭滑板軸之間采用【同心軸】裝配 5 弓頭滑板 弓頭滑板和副臂之間采用【同心軸】裝配 6 平衡桿 平衡桿和弓頭滑板軸，主動(dòng)桿之間采用【同心軸】裝配 （ 4）各機(jī)構(gòu)之間配 合 底座 連架桿 圖 底座 圖 連架桿 40 主動(dòng)桿 升弓桿 圖 主動(dòng)桿 圖 升弓桿 弓頭滑板 平衡桿 圖 弓頭滑板 圖 平衡桿 6 機(jī)構(gòu)仿真 機(jī)構(gòu)仿真配置 將各個(gè)桿件以同心圓的約束進(jìn)行配合，在主動(dòng)桿處放置一臺(tái)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，詳細(xì)設(shè)置如下： 41 圖 機(jī)構(gòu)仿真過程 在“標(biāo)準(zhǔn)”環(huán)境內(nèi)，裝配組件（進(jìn)行約束與連接） 進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”環(huán)境，定義特殊連接。 仿真中存在的不足 機(jī)構(gòu)仿真過程中的不足是： （ 1）仿真過程中，各個(gè)配置不是特別和實(shí)際情況吻合，導(dǎo)致測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)和實(shí) 際情況有一定的誤差， （ 2）沒能全面考慮實(shí)際情況對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，從而在一些工況下力的設(shè)置沒有涉及。 圖 弓頭處得應(yīng)力分布曲線 在這張圖中可以看到在兩邊的應(yīng)力分布比較小，而在中間的時(shí)候應(yīng)力分布就比較大了。 圖 下臂桿截面處應(yīng)力分布 在圖中可以看出，在桿的內(nèi)部應(yīng)力分布都比較小，而在截面周圍應(yīng)力分布應(yīng)力比較大。 （ 2） 課題實(shí)施 我的課題是：受電弓。 10 致謝 經(jīng)過這一階段的努力，課程設(shè)計(jì)《受電弓》終于完成。 52 參考文獻(xiàn) [1] 林清安 . Pro/ENGINEER 野火 中文版動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 [M]. 北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021. [2] 《 DSA250 型受電弓控制策略》 丁春嶸、李昌奇 電力機(jī)車與城軌車輛學(xué)報(bào) 2021 年第 29 卷第 4 期 [3] 《 DSA200 受電弓自動(dòng)降弓控制方式的改進(jìn)》 唐滿林、楊杰 電力機(jī)車與城軌車輛學(xué)報(bào) 2021 年第 28 卷第 6 期 [4] 《機(jī)械原理》 謝進(jìn)編 高等教育出版社 2021 版 [5] 《大學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn) — MA