铁道车辆用钩缓装置三维建模与虚拟装配

田建忠

(太原机车车辆配件厂 开发部，山西 太原 030003)

铁道车辆用钩缓装置是车辆系统中最重要的部件之一，主要用于机车与车辆或车辆之间的连挂与分解，同时传递列车在运行过程中所产生的牵引力与冲击力，并使车辆之间保持恒定距离，以缓解或减少这种牵引力或冲击力对车辆造成的损坏。本文通过应用CAXA实体设计软件，引入三维建模与虚拟装配技术，对全面了解钩缓装置的使用特性、功能原理和维护保养等要求，从而确保列车的安全运行具有十分重要的意义[1]。

1 铁道车辆用钩缓装置结构原理

铁道车辆用车钩缓冲装置是指具有使机车与车辆或车辆之间相互连接、牵引及缓解列车运行中所受冲击力作用性能的装置。其主要由车钩组成、缓冲器、钩尾框、从板和钩尾销等零部件组成。在钩尾框内依次安装从板、缓冲器，用钩尾销将车钩与钩尾框连接起来，这样组成的整套装置就称为车钩缓冲装置，简称钩缓装置。

钩缓装置具有连挂、牵引和缓冲等3个基本功能[2]。钩缓装置中的车钩用于编组和解体列车时机车和车辆或车辆之间的连挂或分解，传递列车在运行或调车作业时所产生的牵引力或冲击力，并使车辆之间保持一定的距离；缓冲器可以缓解或减少这种牵引力或冲击力对车辆造成的损坏；从板和钩尾框则起着传递纵向力(牵引力或冲击力)的作用。

铁道车辆用钩缓装置按照使用16型、17型车钩可分为转动式和固定式等2种结构型式，具体组装图如图1和图2所示[3]。16、17型车钩适用于翻车机卸货作业的不摘钩重载列车，为防止翻车机卸货时自动解钩，在钩锁铁上部装有防止钩锁铁窜动的止动块。16型车钩可绕车体纵向中心线相对钩尾框做360°回转，17型车钩钩头两侧设有联锁装置，钩尾端两侧设有自动对中凸肩，能够保持车钩的连挂性能，防止列车颠覆，同时还可使车钩在运行中始终保持正位。

图1 转动式钩缓装置组装图

图2 固定式钩缓装置组装图

2 钩缓装置三维建模及虚拟装配

铁道车辆用旋转式钩缓装置与固定式钩缓装置功能不同，所属零部件较多，装配时的相互位置关系要求十分严格，特别是钩体的曲面较多，型腔十分复杂，需要用到多种建模手段。钩缓装置虚拟装配前，应对所属零部件逐件进行三维实体建模。CAXA实体设计软件提供了强大的三维实体建模与虚拟装配功能，通过运行CAXA实体设计软件，对所属零件在二维草图环境下的几何参数进行相应设置，随后针对不同对象进行拉伸、旋转、扫描、放样、抽壳和布尔运算等操作方式，对零件逐一进行实体建模造型，生成三维实体模型并单独保存。由于组成钩缓装置部件的所属零件种类较多，因此应对16型、17型车钩组成和MT—2型缓冲器等大部件分别进行三维建模与装配。

2.1 16型车钩组成的三维建模与装配

16型车钩组成主要由16型车钩钩体、钩舌、钩舌推铁、钩舌销、下锁销转轴、锁铁组成及下锁销组装等零件组成。16型车钩钩体在钩头的钩腕一侧有联锁套头(带有上下调准平面)，在钩耳的外侧有联锁套口(带有上下调准平面)，在钩头的下部有防脱安全托，上述结构使车钩连挂后具有联锁、自动对中及防脱的功能。为了使车钩在进行翻卸作业时转动灵活，16型车钩与从板接触的部位为SR133.5 mm的球面。车辆在翻车机翻卸作业时，转动套与钩尾框的内圆柱面相对转动，完成车辆的翻转作业。根据产品图尺寸要求，画出16型车钩组成的三维图及三维爆炸图(见图3和图4)[4]。

图3 16型车钩组成三维图

图4 16型车钩组成三维爆炸图

2.2 17型车钩组成的三维建模与装配

17型车钩组成由17型车钩钩体、钩舌、钩舌推铁、钩舌销、锁铁组装、下锁销转轴和17型车钩下锁销组装等零件组成，其中钩舌、钩舌推铁、钩舌销和锁铁组装与16型车钩组成完全相同。17型车钩钩体的头部与16型车钩相同，因17型车钩是固定车钩，所以钩身的形状与其他车钩相似，为箱形截面。钩尾与从板接触的部位为SR133.5 mm的球面，并在两侧有使车钩与车体自动对中的凸肩。根据产品图尺寸要求，画出17型车钩组成的三维图及三维爆炸图(见图5和图6)。

图5 17型车钩组成三维图

图6 17型车钩组成三维爆炸图

2.3 MT—2型缓冲器的三维建模与装配

MT—2型缓冲器是适用于重载单元列车的大容量缓冲器，具有性能稳定、阻抗低、容量大、使用寿命长和检修方便等特点，在各型重载货车上均装用了该型缓冲器。根据产品图尺寸要求，画出MT—2型缓冲器的三维爆炸图(见图7)。

图7 MT—2型缓冲器三维爆炸图

根据产品零件图要求，逐一画出转动套、从板、钩尾销和钩尾销托组成等零部件的三维建模图与装配体，在当时绘图环境下，通过“装配”下拉菜单的“插入零件/装配”选项，依次插入需要装配的零部件，利用三维球工具进行精准定位和操作，按照钩缓装置的装配关系和结构要求，将所属零部件按照先后顺序进行实时虚拟装配，并对装配后的转动式钩缓装置及固定式钩缓装置的三维模型进行着色、光源调配、背景更换和参数选择等相关设置，渲染出具有真实感视觉效果的钩缓装置三维效果图(见图8和图9)[5]。

图8 转动式钩缓装置三维效果图

图9 固定式钩缓装置三维效果图

3 钩缓装置三维爆炸图

在CAXA实体设计的绘图环境中，利用“装配爆炸”可生成各种装配件的爆炸图和表示装配过程的动画仿真演示。具体操作时，从“工具”设计元素库中将“装配”拖入设计环境中，弹出“装配爆炸”对话框，选择“爆炸”(无动画)选项，点击“确定”即可生成钩缓装置的三维爆炸图，从而更加直观地显示出各零部件之间的相互装配关系。生成的钩缓装置三维爆炸图如图10和图11所示。

图10 转动式钩缓装置三维爆炸图

图11 固定式钩缓装置三维爆炸图

4 结语

通过运用CAXA实体设计三维软件技术，对钩缓装置进行总体的三维建模与虚拟装配，直观地加深了设计人员对铁道车辆用2种钩缓装置各零部件之间相互位置关系的理解，有助于正确使用与合理地维护保养，同时为产品的数控加工、整体性能的不断优化改进、可视化技术培训以及产品的可靠性分析提供了准确的数字化模型信息，使得数字化、信息化技术的应用得到了充分的体现。

[1] 陈雷.铁路货车段修技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2] 陈雷.铁路货车技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[3] 于惠力，冯新敏. 现代机械零部件设计手册[M].北京：机械工业出版社，2013.

[4] 尚凤武.CAXA创新三维CAD教程[M].北京：航空航天大学出版社，2004.

[5] 鲁君尚.CAXA实体设计三维CAD案例提高教程[M].北京：航空航天大学出版社，2006.