基于Solidworks/ Simulation的接触轨膨胀接头调整工装设计

赵 跃

(南京金城轨道交通设备有限公司，江苏 南京 210000)

基于Solidworks/ Simulation的接触轨膨胀接头调整工装设计

赵 跃

(南京金城轨道交通设备有限公司，江苏 南京 210000)

运用三维建模软件Solidworks/Simulaton，充分发挥其三维建模及有限元分析功能，利用虚拟样机技术设计出钢铝复合接触轨膨胀接头调整工装，在青岛四方环线改造项目中得到应用，大大节省了调整时间，降低了劳动强度，对以后钢铝复合接触轨项目的安装具有重要的现实意义。

接触轨；膨胀接头；调整工装；Solidworks/Simulation

1 设计说明

1.1 原理说明

钢铝复合接触轨膨胀接头用于补偿钢铝复合接触轨因温度变化而产生的长度变化。既保证电气连接的可靠性，又保证集电靴平滑的从一端过渡到另一端。根据膨胀接头的结构特点，调整工装采用两端卡爪结构通过紧固件与外端两部分复合轨紧固，中部圆形卡爪套紧中间紧固件尾部螺栓头，使用时拧紧中间卡爪固定螺栓使其整体固定。两端卡爪的固定支撑管设计有梯形螺纹丝杆，通过扳手旋转螺母，使丝杆由圆周运动转化成向两端外侧的直线运动，实现补偿距离的调节。

1.2 干涉检查

仅使用 2D CAD 工具时，在投产之前发现这些问题非常困难。SolidWorks 工具可在制造任何零件之前帮助验证设计是否能够正确配合、装配和操作。利用Solidworks中干涉检查，进一步完善三维模型件的装配关系。

1.3 膨胀接头调整工装的有限元分析

(1)建立算例。一个算例的完整定义包括分析类型、材料、负荷、约束和网格。

(2)应用材料。在运行算例之前，必须定义模型的材料属性。

(3)添加约束。为了完成一个静态分析，模型必须被正确地约束。

(4)施加载荷。单击Simulation工具栏中“外部载荷”下拉菜单中的“压力”，完成对零件载荷的施加。

(5)生成网格。单击Simulation工具栏中的“运行”下拉菜单中的“生成网格”，完成对零件的网格化。

(6)运行算例。完成应用材料、添加约束、施加载荷和对模型进行网格划分后，就可以进行分析了。

(7)显示结果。运行结束之后，SimulationStudy树中增加了“结果”文件夹，并且“结果”下还有应力、位移、应变和安全系数四个图解选项。其图解分别如图1～图3所示。

(8)生成报告。经过结果分析后，可以将结果生成研究报告，以方便查阅、演示和存档。

图1 调整工装强度分析数据图

从上图可以分析得出：当在两侧卡爪分别施加最大初始滑移力800 N时，最大强度发生在丝杆调节处为104 MPa,丝杆采用45钢其屈服强度为185 MPa,所以此结构不存在破坏的可能性。

图2 调整工装刚度分析数据图

从上图可以分析得出：当在两侧卡爪分别施加最大初始滑移力800 N时，最大变形发生在两侧卡爪上，最大变形量为1.932 mm<2 mm变形允许量，所以刚性满足设计要求。

图3 调整工装安全系数分析数据图

从上图可以分析得出：当在两侧卡爪分别施加最大初始滑移力800N时，最小安全系数为3.386>1,所以此调整工装结构具有较好的安全性能，可以满足使用要求。

经过对调整工装整进行整体的强度、刚度、安全系数分析，得出满足使用要求的结论，接下来按制图要求出图并送外协生产；首台套一次性试验成功满足了调整要求。

2 膨胀接头的安装和调整

钢铝复合接触轨膨胀接头的安装及调整关系到整体使用的可靠性和安全系。首先使用膨胀接头调整平台将膨胀接头抬起至与相邻接触轨平齐，彻底清洁接触面，涂抹电力复合脂。其次将一端推入已安装好的接触轨普通接头内，装上连接螺栓，微调膨胀接头与相邻接触轨平齐，对接面密贴、平顺后，按力矩要求紧固接触轨接头连接螺栓。接着用数字温度计测量当时的接触轨表面温度，记录该温度；根据设计或厂家提供的膨胀接头温度补偿表查出所需要补偿值并记录；按补偿值调整膨胀接头，并使用木块和临时夹具固定。最后清洁并涂抹电力复合脂后，将膨胀接头的活动端与接触轨对接安装，之后安装下一根接触轨，并在与膨胀接头最近的绝缘支架上用临时固定夹具对膨胀接头进行固定，待下一个锚段的接触轨安装完毕后，将临时固定夹具移至中锚位置固定，保证膨胀接头的正常伸缩。

3 结 语

本文利用三维建模软件Solidworks/Simulation设计开发了膨胀接头的调整工装，过程中充分利用软件的三维建模、干涉检查、有限元分析功能，实现了从设计，出图，加工，安装调试的一次性成功，节约了开发周期及成本。在青岛四方环线改造项目中，轻松实现钢铝复合接触轨膨胀接头的双向精确调整，为保证项目完成节约了安装时间，在钢铝复合接触轨安装工程中具有实际的应用价值。

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U415.1

C

1008-3383(2017)09-0215-01

2017-03-01

赵跃(1989-)，男，工程师，主要从轨道交通设计与研究工作。