动车转向架检测线多功能小车运动分析及仿真

杨凡， 朱玉川， 吴洪涛， 林志勇， 郑卫星

（1.南京航空航天大学机电学院，南京210016；2.江苏速升自动化装备股份有限公司 江苏省轨道车辆生产装备

工程技术研究中心，江苏 无锡214112）

1 引 言

由于国外国情不同，动车型号单一、数量较少，所以目前动车转向架检测主要采用地面输送设备和空中行车配合的方式，无流水生产线；但不少国家已引起重视，加快发展动车，必将加快发展动车检测行业和检测输送技术。

国内地广人多，动车需求量庞大且品种型号繁杂，按照1～1.5 年的强制检测要求，检测量巨大，现有动车生产厂家产能有限，货车检测线水平低下，无法满足动车转向架检测需求和技术工艺要求。轨道车辆转向架检测输送线采用先进的上部悬挂式输送方式，能适应各型动车转向架的同线检修，满足提速转向架的检修工艺需求，全面提高检修作业效率。检修线采用空中多功能小车，实现转向架的运输、上下升降、水平旋转，配合地面专机对动车转向架的检修。可用于动车转向架三级～五级检修，通过抓爪的前后左右调节，来实现CRH1、CRH2、CRH3、CRH5构架的自动吊挂作业。

2 多功能小车的三维实体建模

图1 多功能小车结构图

检测线多功能小车可以分为行走托盘组件、小车主体升降组件、旋转装置组件、转向吊组件、小车电控系统和集电装置。其中小车主体升降组件和旋转装置组件是小车的主要运动部分，如图1 所示。

3 多功能小车的运动分析及仿真

3.1 多功能小车的升降运动传动链

多功能小车的升降由小车的主体升降组件完成。主体升降组件由两个嵌套在一起的丝杆螺母构成，通过一组离合器完成两级对接。内层丝杆与大链轮固定完成旋转运动，最外层螺母与升降套筒固定完成升降运动。图2、图3 分别为升降运动内部结构示意图和运动示意图。

图2 升降运动内部结构示意图

图3 升降运动示意图

3.2 多功能小车的升降运动仿真分析

图4 升降组件约束

主要技术参数：总升降行程为2.4m；小车升降速度2.4m/min。把建立的多功能小车Pro/E 三位模型导入多体动力学软件ADAMS 中进行仿真，在实心丝杆和大地之间添加旋转副，丝杆与螺母直接添加接触和圆柱副，离合器与实心丝杆之间添加平动副和弹簧,在实心丝杆上加上916°/s 的驱动。由于两级丝杆螺母模型结构较复杂，为了得到两级丝杆螺母运动情况，减少计算机运算量，本次仿真在无负载无重力情况下做运动学仿真计算。图4 为升降组件加了约束之后的内部结构图。

图5、图6 为内螺母竖直方向位移曲线和速度曲线，图7 为离合器竖直方向位移曲线。

图5 内螺母竖直方向位移曲线

图6 内螺母竖直方向速度曲线

图7 离合器竖直方向位移曲线

图8 内螺母转速曲线

由图5、6 可知内螺母运动曲线可分为两段，第一段做近似匀速运动，第二段螺母与离合器啮合，竖直方向位置基本不变，有小幅振动。分析第一段曲线可得，此段速度在2.3m/min 左右波动，基本满足升降运动技术要求。由图7 可得离合器竖直位移图可分为两段，第一段是未啮合前，稳定在一个位置。第二段运动刚开始啮合，离合器竖直位移有大幅波动，最后稳定于另一个水平位置，并带有小幅度的振动。图9、10 说明外螺母以比较稳定的速度往下运动，在离合器对接处速度有波动。

3.3 多功能小车的旋转运动传动链

转向架的水平旋转由多功能小车的旋转装置完成，旋转装置由一个带轮机构和一个蜗轮蜗杆机构组成。电机、带轮机构与蜗杆固定在转向吊机构上,转向吊通过一个轴承与内层升降套筒联接。蜗轮通过键固定于内层升降套筒上。这样在旋转电机带动下，电机、带轮组件与蜗杆一起做旋转运动。内部结构示意图如图11。

图9 外螺母位移曲线

图10 外螺母速度曲线

图11 旋转运动传动链示意图

3.4 多功能小车的旋转运动仿真分析

主要技术参数：水平旋转角度0°～180°；旋转速度（可调）3.1r/min。把三维模型导入ADAMS 进行仿真，运用ADAMS2012 的带轮模块，创建一个同步带组件，在小带轮的旋转副上加上大小为5880°/s 的驱动，大带轮用固定副与蜗杆固定，蜗轮蜗杆之间添加一个齿轮副，蜗杆用固定副与一级套筒固定，旋转电机用固定副与整个转向吊组件固定，转向吊组件与蜗轮之间设置一个旋转副。图12 为旋转组件加了约束之后的内部结构图。

图13 为旋转装置转速曲线，图14 从左到右从上到下依次为蜗杆上X 轴、Y 轴、Z 轴方向上和X^2+Y^2+Z^2上的转矩曲线图。图15 从左到右从上到下依次为大带轮上X 轴、Y 轴、Z 轴方向上和X^2+Y^2+Z^2 上的转矩曲线图。

图12 旋转组件约束

图13 旋转装置转速曲线

图14 蜗杆上的转矩曲线

图15 大带轮上的转矩曲线

由图可知旋转装置转速由零开始快速上升到一个比较稳定的转速，在3.3r/min 左右波动。基本满足旋转运动技术要求。

4 结 语

运用ADAMS 虚拟样机技术，对多动能小车的运动进行仿真，检查机构有无干涉情况，验证是否满足技术参数要求，还可以找出噪音源，为改进优化产品提供了数据支持，缩短了产品开发周期。

［1］ 郑卫星.上海动车客车段转向架检修生产线上使用的多功能小车的研制［J］.中国制造业信息化，2012，41（13）：99-100.

［2］ 郑晓亚，尤军峰，张铎，等.ADAMS 和ANSYS 在机构分析中的应用［J］.固体火箭技术，2010，33（2）：201-204.

［3］ 郝云堂，金烨，季辉.虚拟样机技术及其在ADAMS 中的实践［J］.机械设计与制造，2003（3）：16-18.