趙 躍

(南京金城軌道交通設備有限公司，江蘇 南京 210000)

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

趙 躍

(南京金城軌道交通設備有限公司，江蘇 南京 210000)

運用三維建模軟件Solidworks/Simulaton，充分發(fā)揮其三維建模及有限元分析功能，利用虛擬樣機技術(shù)設計出鋼鋁復合接觸軌膨脹接頭調(diào)整工裝，在青島四方環(huán)線改造項目中得到應用，大大節(jié)省了調(diào)整時間，降低了勞動強度，對以后鋼鋁復合接觸軌項目的安裝具有重要的現(xiàn)實意義。

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

1 設計說明

1.1 原理說明

鋼鋁復合接觸軌膨脹接頭用于補償鋼鋁復合接觸軌因溫度變化而產(chǎn)生的長度變化。既保證電氣連接的可靠性，又保證集電靴平滑的從一端過渡到另一端。根據(jù)膨脹接頭的結(jié)構(gòu)特點，調(diào)整工裝采用兩端卡爪結(jié)構(gòu)通過緊固件與外端兩部分復合軌緊固，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計有梯形螺紋絲桿，通過扳手旋轉(zhuǎn)螺母，使絲桿由圓周運動轉(zhuǎn)化成向兩端外側(cè)的直線運動，實現(xiàn)補償距離的調(diào)節(jié)。

1.2 干涉檢查

僅使用 2D CAD 工具時，在投產(chǎn)之前發(fā)現(xiàn)這些問題非常困難。SolidWorks 工具可在制造任何零件之前幫助驗證設計是否能夠正確配合、裝配和操作。利用Solidworks中干涉檢查，進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。一個算例的完整定義包括分析類型、材料、負荷、約束和網(wǎng)格。

(2)應用材料。在運行算例之前，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”，完成對零件載荷的施加。

(5)生成網(wǎng)格。單擊Simulation工具欄中的“運行”下拉菜單中的“生成網(wǎng)格”，完成對零件的網(wǎng)格化。

(6)運行算例。完成應用材料、添加約束、施加載荷和對模型進行網(wǎng)格劃分后，就可以進行分析了。

(7)顯示結(jié)果。運行結(jié)束之后，SimulationStudy樹中增加了“結(jié)果”文件夾，并且“結(jié)果”下還有應力、位移、應變和安全系數(shù)四個圖解選項。其圖解分別如圖1～圖3所示。

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

圖1 調(diào)整工裝強度分析數(shù)據(jù)圖

從上圖可以分析得出：當在兩側(cè)卡爪分別施加最大初始滑移力800 N時，最大強度發(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：當在兩側(cè)卡爪分別施加最大初始滑移力800 N時，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，所以剛性滿足設計要求。

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：當在兩側(cè)卡爪分別施加最大初始滑移力800N時，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)過對調(diào)整工裝整進行整體的強度、剛度、安全系數(shù)分析，得出滿足使用要求的結(jié)論，接下來按制圖要求出圖并送外協(xié)生產(chǎn)；首臺套一次性試驗成功滿足了調(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)字溫度計測量當時的接觸軌表面溫度，記錄該溫度；根據(jù)設計或廠家提供的膨脹接頭溫度補償表查出所需要補償值并記錄；按補償值調(diào)整膨脹接頭，并使用木塊和臨時夾具固定。最后清潔并涂抹電力復合脂后，將膨脹接頭的活動端與接觸軌對接安裝，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固定夾具對膨脹接頭進行固定，待下一個錨段的接觸軌安裝完畢后，將臨時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

本文利用三維建模軟件Solidworks/Simulation設計開發(fā)了膨脹接頭的調(diào)整工裝，過程中充分利用軟件的三維建模、干涉檢查、有限元分析功能，實現(xiàn)了從設計，出圖，加工，安裝調(diào)試的一次性成功，節(jié)約了開發(fā)周期及成本。在青島四方環(huán)線改造項目中，輕松實現(xiàn)鋼鋁復合接觸軌膨脹接頭的雙向精確調(diào)整，為保證項目完成節(jié)約了安裝時間，在鋼鋁復合接觸軌安裝工程中具有實際的應用價值。

[1] 劉衛(wèi)強，李相泉.鋼鋁復合接觸軌系統(tǒng)概述[J].鐵道標準設計，2007，(10)：79-82.

[2] 金鵬，朱曉軍.鋼鋁復合接觸軌在北京地鐵5號線工程中的應用研究[J].鐵道標準設計，2007，(10)：75-87.

[3] 李璉，王旭，王進.鋼鋁復合接觸軌安裝技術(shù)的研究[J].鐵道標準設計，2008，(7)：55-56.

U415.1

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1008-3383(2017)09-0215-01

2017-03-01

趙躍(1989-)，男，工程師，主要從軌道交通設計與研究工作。