CRH1A型电力动车组驾驶室三维曲面设计与质量分析.pdf
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1、铷l 造 訇 化 C R H1 A 型电力动车组驾驶室三维曲面设计与质量分析 3D sur f ace desi gn of CRH1 EM U cab and i t s qual i t y anal y si s 武振锋,赵旭才 , 李忠学 W U Zh e n f e n g, ZHAO Xu c a i , Ll Zh o n g x u e ( 兰州交通大学 机电工程学院,兰州 7 3 0 0 7 0 ) 摘要 :本文针对CR H q A型电力动车组驾驶室曲面的结构特点 ,提出了一种基于O ATI A V5 的快速 建模与曲面质量评价方法。该方法首先应用O ATI A V5 提供的
2、混合建模功能,分别创建了 驾驶室正面 、侧围、正面与侧围之 间的过渡和导流板的三维曲面模型 ,然后在虚拟环境 下,对曲面零件进行了装配,形成了驾驶室的三维数字化模型,最后分别应用多种曲面质 量分析方法 ,具体包括等照度线、多截面曲率梳、高斯曲率等,对驾驶室的曲面模型质量 进行了评价,并将评价结果与A 级曲面的标准进行了对比分析。文中的分析结果不仅可以 作为后续列车流场分析的基础,同时也可以为驾驶室外板骨架安装以及模具加工制造提供 可靠的理论依据。 关键词:C R H 1 A动车组;驾驶室;曲面模型 ;质量分析 ;CA T I A 中图分类号:T H q 2 2 文献标识码:A 文章编号: Do
3、i : 1 0 9 9 6 9 J i s s n 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 2 9 ( 下 ) 3 1 0 引言 自 2 0 0 7年 4月我 国铁路实施第 6次大范围提 速 以来 ,电力动车组开始在我 国主干 电气化线路 上投入运 行。动车组是一种 由 自带动力 的动车和 不带 动力 的拖车 ,经 固定编组 而成 的旅客 列车。 近 年来 ,我国铁路通过 引进、消化、吸收和再创 新 ,形 成 了 “ 和 谐 号 ”C R H1 、C R H2 、C R H3和 C RH 5四种系列 9种型号的国产 自主品牌高速电力 动车组。 目前 ,电力动车组 以其快速 、安全 、灵
4、活的特点 ,已广泛应用在我 国高速铁 路、客运专 线、地下铁道、城市轻轨等领域。 为 了满足不断提 高的运行速度 ,动车组必须 采用流线型外形设计 ,即要求具有 良好的空气动 力学性能。同时,具 有流线化 外形的动车组也是 我 国铁路高速化、现代化形象的具体体现 ,又 因 驾驶室 位于整列动车组 的最前端 ,其设计结果将 会对 动车组整体 产生重要影 响 。因此 ,设计制 造 出曲面流畅、造型 美观又符合空气动力学要求 的动车组 驾驶室外形已经成为铁路机车车辆领域 科研人 员所关注的焦点 问题。近年来 ,研 究人员 对产 品进行曲面造型与质量分析的研究主要集 中 在了汽车领域 ,具体包括车身整
5、体 、发动机罩 、 前翼子 板 H 、前 后车 门 、后背 门 以及保 险杠 上 ,而对动车组驾驶室进行三维设计及 曲面质量 分析文献相对较少。本文将利用 C A T I A V 5软件 , 完成 C R HI A型 电力动车组驾驶室三维曲面设计 , 并分别应用等照度线、多截面 曲率梳、高斯 曲率 等评 价方法 对驾驶室 曲面 质量进行 了评价 ,进而 使其具有更强的操作性和实际应用价值 。 1 C R H1 A 型电力动车组简介 C R H1 A是 为 了满足 我 国铁 路 第 6次大 提速 的需要 ,由青岛四方庞 巴迪铁路运输 设备有限公 司制造 的高 速电力动车组 。该型号动车组持续运
6、营 速 度 为 2 0 0公 里 小 时 ,最 大 运 营 速 度 为 2 5 0 公 里 小 时。整 车采 用交 一 直 一 交传动 形式 ,编 组 方式 为全 列 8节 ,包括 5节动 车 及 3节 拖车。 C R H1 A型动车组总长 2 1 3 5 5 m,头车 ( 含驾驶室) 长度为 2 6 9 5 m,中间车长度为 2 6 6 0 m,车体宽度 3 3 2 8 m,车体高度为 4 0 4 m。随着产品的不断交 付使 用,C RH1 A型动 车组先后运行在广深铁路 、 武广 客专 、广珠城轨 、武九铁路、达 成铁 路等线 路 上 。 2 C A T I A 与A 级曲面 2 1关于C
7、A T l A C A T I A 是 法 国 Da s s a u l t S y s t e m 公 司 开 发 的 收稿日期:2 0 1 2 0 3 -1 2 基金项目:兰州交通大学青年科学基金资助项目 ( 2 0 1 1 0 1 8 ) 作者简介:武振锋 ( 1 9 7 6 一),男,黑龙江齐齐哈尔人,讲师,硕士,研究方向为数字化设计与制造。 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 9 ( 下) 9 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铷1 违 匐 似 C A D C A E C A M 一体化软件 ,具有强大 的三维实 体建模 、曲面创建、参数化混合建
8、模 、工程分析、 产品装配、虚拟加工 、数 据管理 等功能。C A T I A 提 供了全新 的产品三维设计模式 ,其优 越性 大大 高于传统二维设计软件 ,可 以提高产品的设计 效 率、缩短产 品开 发周期和降 低开发成本 ,为新产 品快速 占领市 场提供 了有力保证。正 因为 C A T I A 软件的上述优点,目前该软件在航空航天、汽车、 船舶 、仪器仪 表等领域 得到了广泛的应用,且 多 数是 V 5版本。 2 2 A 级 曲面的定义 A级曲面 ( C l a s s A S u r f a c e ) 首先是由 Da s s a u l t S y s t e m公司在开发 C A
9、T I A软件包时提 出并付诸应 用的,专指既满足 几何光滑要求 ,又满足 审美需 求的曲面 。最初 A级 曲面主要应用在汽车车身模 型中,随着人们对 A级 曲面认知程度的提高 ,目 前其 已广泛应用在飞机、船舶 、手机和卫生设备 等产品的设计过程 中。 参照施法 中 和朱心雄 关于 A级 曲面特征 的介绍 ,可以将 A级 曲面定义 为: 1 ) 大 的曲面片 是全 凸的,即不存在奇异 多余的拐点 ; 2 )曲率变 化分布均匀; 3 ) 曲面满足 G ( 曲率) 连续或者以上 ; 4 ) 应变能最小。 目前 ,大多数三维 C AD系统均采用 B S p l i n e 方法 构建空间 曲线和空
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