田建忠

(太原機車車輛配件廠 開發(fā)部，山西 太原 030003)

鐵道車輛用鉤緩裝置是車輛系統(tǒng)中最重要的部件之一，主要用于機車與車輛或車輛之間的連掛與分解，同時傳遞列車在運行過程中所產(chǎn)生的牽引力與沖擊力，并使車輛之間保持恒定距離，以緩解或減少這種牽引力或沖擊力對車輛造成的損壞。本文通過應(yīng)用CAXA實體設(shè)計軟件，引入三維建模與虛擬裝配技術(shù)，對全面了解鉤緩裝置的使用特性、功能原理和維護保養(yǎng)等要求，從而確保列車的安全運行具有十分重要的意義[1]。

1 鐵道車輛用鉤緩裝置結(jié)構(gòu)原理

鐵道車輛用車鉤緩沖裝置是指具有使機車與車輛或車輛之間相互連接、牽引及緩解列車運行中所受沖擊力作用性能的裝置。其主要由車鉤組成、緩沖器、鉤尾框、從板和鉤尾銷等零部件組成。在鉤尾框內(nèi)依次安裝從板、緩沖器，用鉤尾銷將車鉤與鉤尾框連接起來，這樣組成的整套裝置就稱為車鉤緩沖裝置，簡稱鉤緩裝置。

鉤緩裝置具有連掛、牽引和緩沖等3個基本功能[2]。鉤緩裝置中的車鉤用于編組和解體列車時機車和車輛或車輛之間的連掛或分解，傳遞列車在運行或調(diào)車作業(yè)時所產(chǎn)生的牽引力或沖擊力，并使車輛之間保持一定的距離；緩沖器可以緩解或減少這種牽引力或沖擊力對車輛造成的損壞；從板和鉤尾框則起著傳遞縱向力(牽引力或沖擊力)的作用。

鐵道車輛用鉤緩裝置按照使用16型、17型車鉤可分為轉(zhuǎn)動式和固定式等2種結(jié)構(gòu)型式，具體組裝圖如圖1和圖2所示[3]。16、17型車鉤適用于翻車機卸貨作業(yè)的不摘鉤重載列車，為防止翻車機卸貨時自動解鉤，在鉤鎖鐵上部裝有防止鉤鎖鐵竄動的止動塊。16型車鉤可繞車體縱向中心線相對鉤尾框做360°回轉(zhuǎn)，17型車鉤鉤頭兩側(cè)設(shè)有聯(lián)鎖裝置，鉤尾端兩側(cè)設(shè)有自動對中凸肩，能夠保持車鉤的連掛性能，防止列車顛覆，同時還可使車鉤在運行中始終保持正位。

圖1 轉(zhuǎn)動式鉤緩裝置組裝圖

圖2 固定式鉤緩裝置組裝圖

2 鉤緩裝置三維建模及虛擬裝配

鐵道車輛用旋轉(zhuǎn)式鉤緩裝置與固定式鉤緩裝置功能不同，所屬零部件較多，裝配時的相互位置關(guān)系要求十分嚴格，特別是鉤體的曲面較多，型腔十分復(fù)雜，需要用到多種建模手段。鉤緩裝置虛擬裝配前，應(yīng)對所屬零部件逐件進行三維實體建模。CAXA實體設(shè)計軟件提供了強大的三維實體建模與虛擬裝配功能，通過運行CAXA實體設(shè)計軟件，對所屬零件在二維草圖環(huán)境下的幾何參數(shù)進行相應(yīng)設(shè)置，隨后針對不同對象進行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、抽殼和布爾運算等操作方式，對零件逐一進行實體建模造型，生成三維實體模型并單獨保存。由于組成鉤緩裝置部件的所屬零件種類較多，因此應(yīng)對16型、17型車鉤組成和MT—2型緩沖器等大部件分別進行三維建模與裝配。

2.1 16型車鉤組成的三維建模與裝配

16型車鉤組成主要由16型車鉤鉤體、鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷、下鎖銷轉(zhuǎn)軸、鎖鐵組成及下鎖銷組裝等零件組成。16型車鉤鉤體在鉤頭的鉤腕一側(cè)有聯(lián)鎖套頭(帶有上下調(diào)準平面)，在鉤耳的外側(cè)有聯(lián)鎖套口(帶有上下調(diào)準平面)，在鉤頭的下部有防脫安全托，上述結(jié)構(gòu)使車鉤連掛后具有聯(lián)鎖、自動對中及防脫的功能。為了使車鉤在進行翻卸作業(yè)時轉(zhuǎn)動靈活，16型車鉤與從板接觸的部位為SR133.5 mm的球面。車輛在翻車機翻卸作業(yè)時，轉(zhuǎn)動套與鉤尾框的內(nèi)圓柱面相對轉(zhuǎn)動，完成車輛的翻轉(zhuǎn)作業(yè)。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求，畫出16型車鉤組成的三維圖及三維爆炸圖(見圖3和圖4)[4]。

圖3 16型車鉤組成三維圖

圖4 16型車鉤組成三維爆炸圖

2.2 17型車鉤組成的三維建模與裝配

17型車鉤組成由17型車鉤鉤體、鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷、鎖鐵組裝、下鎖銷轉(zhuǎn)軸和17型車鉤下鎖銷組裝等零件組成，其中鉤舌、鉤舌推鐵、鉤舌銷和鎖鐵組裝與16型車鉤組成完全相同。17型車鉤鉤體的頭部與16型車鉤相同，因17型車鉤是固定車鉤，所以鉤身的形狀與其他車鉤相似，為箱形截面。鉤尾與從板接觸的部位為SR133.5 mm的球面，并在兩側(cè)有使車鉤與車體自動對中的凸肩。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求，畫出17型車鉤組成的三維圖及三維爆炸圖(見圖5和圖6)。

圖5 17型車鉤組成三維圖

圖6 17型車鉤組成三維爆炸圖

2.3 MT—2型緩沖器的三維建模與裝配

MT—2型緩沖器是適用于重載單元列車的大容量緩沖器，具有性能穩(wěn)定、阻抗低、容量大、使用壽命長和檢修方便等特點，在各型重載貨車上均裝用了該型緩沖器。根據(jù)產(chǎn)品圖尺寸要求，畫出MT—2型緩沖器的三維爆炸圖(見圖7)。

圖7 MT—2型緩沖器三維爆炸圖

根據(jù)產(chǎn)品零件圖要求，逐一畫出轉(zhuǎn)動套、從板、鉤尾銷和鉤尾銷托組成等零部件的三維建模圖與裝配體，在當時繪圖環(huán)境下，通過“裝配”下拉菜單的“插入零件/裝配”選項，依次插入需要裝配的零部件，利用三維球工具進行精準定位和操作，按照鉤緩裝置的裝配關(guān)系和結(jié)構(gòu)要求，將所屬零部件按照先后順序進行實時虛擬裝配，并對裝配后的轉(zhuǎn)動式鉤緩裝置及固定式鉤緩裝置的三維模型進行著色、光源調(diào)配、背景更換和參數(shù)選擇等相關(guān)設(shè)置，渲染出具有真實感視覺效果的鉤緩裝置三維效果圖(見圖8和圖9)[5]。

圖8 轉(zhuǎn)動式鉤緩裝置三維效果圖

圖9 固定式鉤緩裝置三維效果圖

3 鉤緩裝置三維爆炸圖

在CAXA實體設(shè)計的繪圖環(huán)境中，利用“裝配爆炸”可生成各種裝配件的爆炸圖和表示裝配過程的動畫仿真演示。具體操作時，從“工具”設(shè)計元素庫中將“裝配”拖入設(shè)計環(huán)境中，彈出“裝配爆炸”對話框，選擇“爆炸”(無動畫)選項，點擊“確定”即可生成鉤緩裝置的三維爆炸圖，從而更加直觀地顯示出各零部件之間的相互裝配關(guān)系。生成的鉤緩裝置三維爆炸圖如圖10和圖11所示。

圖10 轉(zhuǎn)動式鉤緩裝置三維爆炸圖

圖11 固定式鉤緩裝置三維爆炸圖

4 結(jié)語

通過運用CAXA實體設(shè)計三維軟件技術(shù)，對鉤緩裝置進行總體的三維建模與虛擬裝配，直觀地加深了設(shè)計人員對鐵道車輛用2種鉤緩裝置各零部件之間相互位置關(guān)系的理解，有助于正確使用與合理地維護保養(yǎng)，同時為產(chǎn)品的數(shù)控加工、整體性能的不斷優(yōu)化改進、可視化技術(shù)培訓(xùn)以及產(chǎn)品的可靠性分析提供了準確的數(shù)字化模型信息，使得數(shù)字化、信息化技術(shù)的應(yīng)用得到了充分的體現(xiàn)。

[1] 陳雷.鐵路貨車段修技術(shù)與管理[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2] 陳雷.鐵路貨車技術(shù)與管理[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3] 于惠力，馮新敏. 現(xiàn)代機械零部件設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[4] 尚鳳武.CAXA創(chuàng)新三維CAD教程[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2004.

[5] 魯君尚.CAXA實體設(shè)計三維CAD案例提高教程[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2006.