动车外皮在线清洗机功能构件的设计与分析

• 作 者: 戚玉柱
• 出 处: 厦门理工学院
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 动车外皮在线清洗机 U形清洁器 喷嘴 滚刷 风刀

随着高铁行业在我国的迅猛发展并逐步走向世界,运行使用的动车数量与日俱增,动车外皮清洗成为铁路工作者需要迫切解决的难题。目前动车清洗主要有人工清洗和动车所洗车机清洗两种方式,但为了应对人工清洗耗时长、清洗效果差和各地动车所位置固定不能做到及时清洗等问题,本文设计了一种安置在站台两侧无需停车即可对动车外皮进行清洗的在线清洁设备。本文研究的动车在线清洗机是一款集全自动智能控制、高压水射流冲洗、无损滚刷刷洗、高速气流吹干、自清洁和自诊断等功能于一身的在线动车清洁设备。U形清洁器作为该设备的关键功能构件,其包含布置有高压扇形喷嘴的两列喷杆、滚刷和风刀,本文对其进行结构设计和相关分析。首先根据动车在线清洗机的技术目标和指导思想,确定设备的布置形式和技术参数;对U形清洁器进行刚度分析,结果显示应力远小于材料的屈服强度,满足设计要求。高压水射流清洗选择轴向扇形喷嘴,确定喷嘴的尺寸,在Creo中建立喷杆总成的三维模型。对单个喷嘴使用ANSYS Fluent进行外流场分析,选取入口压力、靶面距离和倾斜角度三组非结构参数进行分析,探究其对清洗效果的影响。针对本文设计的喷嘴,得到10Mpa、100mm和10°为较佳的参数组合能得到更好的清洗效果。选择EVA泡棉作为滚刷刷毛材料,确定刷毛在圆柱滚筒上直列式布置,根据U形清洁器外形尺寸和内部的布置关系确定滚刷的尺寸参数,在Creo中对滚刷的三维模型进行绘制。根据设计的滚刷尺寸确定滚刷的转速,对单根刷毛和滚刷中心圆柱滚筒受力分别进行了理论计算,为设备试制完成后的试验提供了参考。对滚刷进行了功率计算,为滚刷总成电机的选配提供了依据。在Creo中建立风刀的三维模型,在ANSYS Fluent对风刀内部气体模型进行流体分析,对风刀出口流速进行分析,误差不超过3%,满足设计要求。在HyperWorks OptiStruct中建立风刀的有限元模型,采用Lanczo方法对其进行自由模态分析,提取前六阶固有频率和振型,结果表明其固有频率可以避开由于移动的轴载荷和轨道表面不平顺等原因产生的轮轨动荷载激发车辆、轨道结构发生的振动,避免产生共振。最后根据在Creo中建立的U形清洁器三维模型,在CAD中对喷杆总成、滚刷总成和风刀分别建立二维图生产后进行装配,完成整机的样机试制,为试验研究做准备。