開題報告-15號車鉤強度分析與優化

畢業設計（論文）開題報告題目：15號車鉤強度分析與優化1畢業設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）1.1題目背景、研究意義鐵路是我國主要的運輸方式，在國民經濟中起著非常重要的作用。鐵路的客貨運量占我國總運量的50%，是國民經濟發展的先導。由于鐵路運輸安全、快速、運量大、方便、節能，相對公路運輸而言污染小，不受自然氣候條件的制約，所以它在世界整個運輸業中具有重要的不可替代的地位。鐵路運輸尤其是高速鐵路運輸引起了世界各國的高速重視。近年來我國鐵路得到了飛躍的發展，今后20年是我國鐵路發展的高峰期，國家計劃修建干線高速鐵路，許多大中城市開始或計劃修建城市輕軌鐵路和地鐵。所以鐵路運輸尤其是高速鐵路運輸，將要在我國經濟建設和人民生活中起到重要的作用。但是在鐵路運輸業中，有許多關鍵技術問題還有待進一步解決。車鉤是鐵道車輛的重要部件，它在機車與車輛、車輛與車輛之間起著連掛作用，并在列車運行中傳遞牽引力和緩解沖擊力，在車輛運輸中起著非常重要的作用。隨著我國列車速度的提高和軸重的加大，15號車鉤出現故障的頻率越來越高。這不僅使鐵路運輸成本迅速增加，而且直接影響列車的安全。已經嚴重影響了我國鐵路客貨運輸秩序，在一定的程度上制約了鐵道車輛的進一步提速，影響鐵路運力的進一步提高。因此，分析優化15號車鉤的結構，對于提高車輛連接的穩定性、防止分離、保證鐵路客貨運輸秩序、節約成本、提高鐵路運力具有重要的現實意義。1.2國內外相關研究情況1.2.1國內車鉤研究與應用現狀早期機車車輛上安裝的車鉤是手動的，工作人員需要在車輛停止時進入兩車連掛之間后通過手工進行摘掛作業，這種操作方式非常容易造成人身傷害或者人員死亡的結果。于是在19世紀60年代美國鐵路上運營的車輛安裝了自動車鉤，到90年代末期的時候美國的全部車輛都已實現了車鉤的自動化更新，并且在1916年制定并實現了自動車鉤標準并推行開來，這種自動化車鉤是由美國人伊利·漢米爾頓·詹內于1873年發明的。在1925年7月17日，經過長達七年的技術積累和準備,日本的鐵路車輛一次性將所有車輛上安裝的鏈鉤都換成了自動化車鉤。蘇聯則用了六年時間實現了鐵路車輛的自動車鉤化更新。自動車鉤的工作原理：即在兩車輛碰撞的時候可使兩車自行連掛并鎖緊，不需要人工進行操作，而且工作人員從外側操縱其中一輛車輛的提鉤桿便能實現兩連掛車輛的摘解工作，這樣既提高了列車車輛的編組和摘解方面的作業效率，又極大的保證了工作人員的人身安全，降低了作業風險，減少了安全隱患。與此同時，歐洲的一些國家的鐵路車輛沒有進行技術的更新，仍在使用著老式的需要人工操作的螺桿鏈環式非自動車鉤。中國的鐵路車輛是在19世紀末的時候逐漸開始更換為自動化車鉤。在1950年左右則實現了對中國的自動化車鉤的鉤型進行了統一，并制定了相應的技術標準，同時在此基礎上開始自行研制和開發了適合于中國車輛的高強度的自動化車鉤。自1980年起，我國自行設計并制造的多種型號客車上都使用了適合各自車型客車運用狀態的車鉤緩沖系統，即編號為15號系列車鉤。1.2.2車鉤分類自動化車鉤和非自動化車鉤是根據現有車鉤的連接方法分出的兩大類別。螺桿鏈環式車鉤是目前還在使用的非自動化車鉤之一，這種車鉤可以在電影和一些游覽車輛上看到。自動化車鉤根據發展的技術流派不同分為了兩種類型。一種是根據具有閉鎖、開鎖、全開三種狀態的詹尼式車鉤發展更新出來的系列，美國、日本等國家的鐵路車輛上都大量的采用了這種車鉤形式。第二種是具有閉鎖和全開的兩個狀態是合在一起的特色的威利森式系列車鉤，這種類型車鉤是蘇聯時期國家的鐵路車輛和歐洲鐵路車輛共同研制并大量采用的。目前我國的車輛使用的車鉤屬于詹尼式車鉤系列，其基本組成是鉤頭、鉤身和鉤尾。只有裝備了鉤舌、鎖舌銷、鉤舌推鐵、鉤鎖鐵等零件的鉤頭才能通過零件的變化來實現車鉤三態。一般的車輛車鉤按照標準的連接輪廓由鋼澆鑄制成。我國鐵路車輛上目前使用的各型車鉤均為工作人員在車端拉動鉤提桿就能完成解鉤動作的自動化車鉤，在兩車速度一般為5公里/小時左右的調車編組作業時通過車輛之間的相互碰撞就能自動完成相應的連掛程序。目前我國大部分普通鐵路客車車輛裝備的車鉤形式有一個系列的三種型號：第一種是在19世紀90年代之前制造的15號車鉤。第二種是為了滿足后來車型發展的要求，提高了車鉤的強度要求，經過研發在90年代后就升級使用C級鋼制造了15號高強度車鉤，簡稱15C號車鉤。這種車鉤緩沖裝置的縱向連接間隙較大，約為27.5mm，存在一定的設計缺點，這樣導致在運行過程中列車較易在車輛之間產生較大的縱向沖擊力，出現了嚴重影響旅客列車的舒適性的情況，同時對客車的提速發展產生了的重要影響。20世紀初為了滿足客車提速的發展需求，由四方研究所進行研制并開發了縱向連接間隙減小到3.5～7mm的15號小間隙鉤緩裝置，簡稱15CX車鉤，經實際驗證后發現，較好的解決了15C型車鉤出現的問題。目前我國25B、25G型鐵路客車車輛是15號C型高強度車鉤主要使用車型，而15號CX型小間隙鉤緩裝置滿足25K、25Z型鐵路客車車輛的設計使用需求。1.2.3車鉤組成鉤頭、鉤身、鉤尾是15號車鉤的三個主要組成部分。其中鉤舌銷是用于鉤頭與鉤舌連接的主要配件，鉤舌的轉動全部是由鉤舌銷約束，鉤鎖鐵、鉤舌推鐵、鉤提銷等配件全部裝用在鉤頭的空腔內，當這些配件經過組合后處于鉤頭空腔內的不同位置，使得車鉤的鉤舌隨之變化，這樣便實現了閉鎖、開鎖、全開，俗稱車鉤的三態作用。下圖1表示15號車鉤的零件圖。圖115號車鉤零件圖2本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要內容（1）了解15號車鉤的工作原理，進行結構設計和計算分析；（2）應用三維軟件對系統零件和裝配的設計；（3）應用有限元軟件對15號車鉤進行強度分析；（4）提出優化方案并驗證。2.2擬采用的研究方案、研究方法查閱相關資料→確定研究技術路線與方案構思→結構和運動學分析→根據所給技術參數進行計算→按所給規格，范圍，性能進行分析，強度和運動學校核→繪制工作裝配圖草圖→繪制總圖及零件圖等→總結問題進行分析和解決。3本課題研究的重點及難點，前期已開展工作本課題的重點和難點：分析探討15號車鉤結構型式、功能要求、強度分析、存在問題、經濟性、適應性等以及后期的裝配工藝規劃，完成設計內容及其裝配圖。前期已開展的工作：查閱各種學術文獻，期刊雜志，科技報紙等資料深入了解本課題內容以及15號車鉤優化的具體工作狀況，分析車鉤的工作原理。4完成本課題的工作方案及進度計劃2022.12.11-2022.12.30 搜集資料，撰寫畢業設計（論文）開題報告2023.01.01-2023.01.30 研讀文獻，對車鉤相關參數計算分析及確定，車鉤三維建模，學習有限元分析軟件。2023.02.01-2023.02.28 學習有限元分析軟件并準備有限元分析，準備中期檢查。2023.03.01-2023.03.15 利用有限元分析軟件對車體模型進行強度計算。2023.03.16-2023.04.30 對強度計算結果進行整理分析，完成論文初稿撰寫工作。2022.05.01-2022.05.14 按照格式要求修改論文，完成論文最終稿，準備答辯。5指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）指導教師：年月日6所在系審查意見系主管領導：年月日參考文獻[1]方凱.鐵道車輛車鉤疲勞強度分析及試驗臺設計[D]重慶:西南交通大學,2015.[2]劉婷婷,楊慧芳,田倩倩.某機車車鉤鉤體及鉤尾框疲勞強度分析[J].鐵道機車與動車,2021(07):6-10+20+5.吳昊臻,陳天星,李天成,楊創.CA-3F車鉤鉤體強度校核及可靠性分析[J].機電工程技術,2020,49(09):20-23+34.孟慶民.鐵路重載貨車車鉤運用狀況調查及其性能改進研究[D].大連:大連交通大學,2012:11-16.[5]李晨曦.重載貨車車鉤鉤體強度及可靠性分析[D].蘭州交通大學,2018.[6]王雨辰.17型車鉤結構分析及其改進設計[D].華北電力大學,2016.[7]羅剛.17型車鉤裝配體有限元分析[J].裝備制造技術,2015(09):25-28.[8]于兆華.17號車鉤、鉤尾框疲勞壽命及可靠性分析[D].北京交通大學,2009.[9]王妍.鐵道車輛車鉤的創新設計及有限元強度計算[D].貴州大學,2009.[10]苗偉明.13號車鉤故障分析及對策研究[D].大連交通大學,2008.[11]Popov,ValentinL.ContactMechanicsandFrictionJ.PhysicalPrinciplesandAppli