鐵路槽車輕油卸車鶴管計算機輔助設計

       通過SolidWorks軟件，將鐵路槽車收發(fā)油作業(yè)車的槽車輕油卸車鶴管機構進行三維建模，再使用SolidWorks的插件對三維模型進行運動軌跡分析，強度校核，從而提高設計速度。
       鐵路槽車卸車分原油及重油卸車和輕油卸車兩種方式：原油及重油卸車時，采用密閉自流下卸方式，敞開自流下卸方式與泵抽下卸方式；輕油卸車均采用上卸方式。由于大部分鐵路輕油罐車均無下卸口，故目前鐵路槽車輕油裝卸作業(yè)采用沿鐵路沿線建立固定裝卸油棧臺，通用棧臺設置的鶴管（陸用流體裝卸臂）進行上卸作業(yè)。在使用棧臺鶴管進行卸油作業(yè)時，需使用牽引設備將油槽車牽引至鶴管的作業(yè)范圍，因此棧臺一般設置多套鶴管同時作業(yè)，減少槽車挪動頻次，加快卸車速度，適用于多槽車大批量作業(yè)。在實際工作中，經(jīng)常遇到零星少量槽車卸車和直接將槽車中油料直接卸入油罐車中，在這種情況下采用棧臺鶴管卸車就顯得不夠機動靈活。因此，研制了鐵路槽車收發(fā)油作業(yè)車（以下簡稱作業(yè)車）彌補棧臺鶴管的不足，提供了一種機動靈活的收發(fā)作業(yè)形式。
       作業(yè)車采用二類汽車底盤，在底盤上加裝前夾取力器和側取力器，上裝廂體內(nèi)設置裝卸油泵組和管路，廂頂上設置槽車收油鶴管和發(fā)油鶴管。前夾取力器為裝卸油泵提供動力，側取力器為收發(fā)鶴管展收液壓系統(tǒng)提供動力。作業(yè)車能夠機動根據(jù)槽車的位置，使用底盤發(fā)動機動力帶動車上設置的裝卸油泵，將槽車中的油料通過收油鶴管、管路、發(fā)油鶴管，輸入至油罐車中。
       作業(yè)車的鶴管采用液壓展收，因此要對此機構進行運動機構的設計與運動軌跡校核。在傳統(tǒng)設計中：一是采用作圖法初步確定機構的初始位置，并假定在舉升初始位置時油缸推力大，以此為前提進行各構件的力學分析。這種方法不能檢查鶴管在運動過程中是否發(fā)生運動干涉，且當油缸大推力并不是在起始位置時，采用傳統(tǒng)作圖法計算出來的結果與實際有較大誤差。二是根據(jù)幾何約束條件建立方程組來求解。雖然這種方法能求出油缸所需大推力，但是計算工作量大且不能進行運動較核。本文使用SolidWorks三維軟件對鶴管運動機構進行設計、運動軌跡校核和有限元分析。
2、數(shù)學模型建立及運動軌跡分析
       先根據(jù)作業(yè)車一般停至鐵路槽車的距離，確定鶴管作業(yè)范圍，以車廂和鶴管鉸點O為坐標原點建立坐標系，如圖1所示。選用市場上成熟鶴管、三角臂、拉桿總成、液壓油缸等。其中，LAC和LJG為液壓拉桿長度，這兩值為變量值，其它值根據(jù)選型確定。
圖1鶴管機構原理圖
2.1初步方案確定
       根據(jù)使用工況，為適用于底盤行駛，鶴管初始位置為折疊水平放置，其桿OB與桿BE重合，桿BE與桿EH重合，桿HI為垂管，采用手動折放，在計算中不考慮。在設計中，可先根據(jù)鶴管作業(yè)范圍初步選型，確定各節(jié)長度，結合現(xiàn)有成熟液壓油缸的尺寸，在Solid-Works軟件的草繪中進行模擬計算。在模擬計算后可初步定出幾種設計方案，供后分析計算。
2.2運動軌跡分析
       在圖1的基礎上，約束鉸支點O與車廂的相對位置關系，以O點為基準點旋轉復制車廂至任意舉升角θ位置(大90。)。由于鉸支點O與車廂相對位置已確定，因此A點在舉升角的位置也確定。以A點圓心，拉桿長度LAC為半徑畫圓弧1，以B點為圓心，LBC為半徑畫圓弧與圓弧1相交于C點，即C點只能沿圓弧1移動。同理，可作出H點的運動軌跡，由于桿HI為垂管，就可做出I點的軌跡。根據(jù)上述所述原理，可在SolidWorks軟件運動算例中進行模擬動畫。
3油缸大推力計算
       定位準確，即圖形應符合版面要求：大圖不空，內(nèi)容豐富飽滿；小圖不擠，清晰明快。在圖1的基礎上，根據(jù)運動軌跡，在任意舉升角θ位置(大90。)，計算油缸推力。利用上述在SolidWorks中建立的草繪，進行三維建模，如圖2所示。
圖2鶴管三維圖圖3鶴管展開圖
       在裝配體設置各裝配關系，液壓油缸與拉桿配合設置為高級配合，小距離為拉桿自由長度，大距離為自由長度和行程之和，在運動算例中進行運動軌跡校核并進行干涉檢查。圖3為鶴管展開至工作狀態(tài)圖。
       利用SolidWorks軟件建立三維模型后，軟件會自動求出構件質(zhì)心，在約束裝配條件下，便可知質(zhì)心在整個舉升范圍內(nèi)的變化，可直接求出油缸在舉升過程中的大推力。
4、強度校核計算
       使用在前建立的三維模型，為減少有限元模型節(jié)點數(shù)量，減少計算時間，簡化不必重要的圓角，或以倒角代替圓角，省略不重要區(qū)域的小孔及小尺寸細節(jié)結構，簡化非危險區(qū)域的小尺寸細節(jié)結構。利用SolidWorks自帶的插件Simulation有限元分析軟件很容易對主要零件進行強度校核，在設定有關各參數(shù)后，進行自動計算。通過自帶算例生成報告，可自動生成計算結果。在生成報告中可知零件的大受力位置，變形量及小安全系數(shù)等，在此基礎上可對零件進行優(yōu)化設計。
       利用SolidWorks三維軟件設計鐵路槽車收發(fā)油作業(yè)車的收發(fā)油鶴管，并對運動機構運動軌跡校核，使用Simulation插件進行零件的有限元分析。設計過程直觀，周期短，可對運動機構進行仿真模擬，進行運動軌跡校核和零部件干涉檢查，比較傳統(tǒng)設計方法有較大的提高。