CN1634735A - 流线型列车头部外形与结构的设计、加工方法 - Google Patents

流线型列车头部外形与结构的设计、加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铁路车辆的种类和车体部件领域，尤其涉及铁路流线型列车，包括铁路提速机车、提速内燃动车组和提速电动车组的动车、高速电动车组的动车、高速磁浮列车的头部外形及结构设计，其特征在于：将流线型列车头部外形用多块的NUBRS曲面片组成，通过动态自动生成或调整控制曲面片的中间型线来形成流线型列车头部外形；再将头部结构为空间网状结构的平面曲梁与头部外形一致的蒙皮组焊成流线型列车头部，本发明极大地减轻了设计、施工人员的劳动强度、缩短了生产周期，有效地保证了产品质量，实现了流线型列车头部外形设计、制造一体化。

Description

流线型列车头部外形与结构的设计、加工方法
技术领域：
本发明属于铁路车辆的种类和车体部件领域，尤其涉及铁路流线型列车，包括铁路提速机车、提速内燃动车组和提速电动车组的动车、高速电动车组的动车、高速磁浮列车的头部外形及结构设计。
背景技术：
现有的流线型列车头部外形的设计方法有采用手工设计型线和用计算机绘制Coons外形曲面或NURBS(Non UniformRational B-spline Surface)曲面的方法；也有采用将整块列车头部外形曲面用某个统一的数学函数来表示的方法。
对于流线型列车头部结构的设计方法则有采用将头部结构设计成传统的规则型材形成的承载结构，外形则用其它复合材料相连而成；也有采用将头部结构采用与外形蒙皮一致的型材如槽钢、角钢等组成承载结构再与外形蒙皮组焊而成。
对于流线型列车头部结构的加工方法主要采用手工方法或设计模具或工装的方法。
现有的方法通常是劳动强度大、生产周期长。
发明内容：
本发明的目的在于提出一种用于流线型列车头部气动外形、结构设计及头部骨架梁件数控加工一体化的方法。该方法能极大地减轻设计、施工人员的劳动强度、缩短生产周期，有效地保证产品质量，实现流线型列车头部外形设计、制造一体化。
本发明的技术方案是，将流线型列车头部外形用多块的NUBRS曲面片组成，通过动态自动生成或调整控制曲面片的中间型线来形成流线型列车头部外形；再将采用空间网状结构的平面曲梁和与头部外形一致的蒙皮组焊成流线型列车头部，它包括：
①流线型列车头部外形设计方法是先将输入的控制点，合成非均匀有理B样条NURBS(Non Uniform Rational B-splineSurface)曲线，形成主型线；再根据生成外形曲面的需要适当增加中间控制型线；对这些型线进行空间动态修改，使其构成一组空间网状控制型线；然后将这些型线在空间断开，连成三维外形曲面片；再将这些曲面片在空间相切，就组成了所需的外形曲面。对生成的外形曲面用曲面光照、等高线、等曲率线等多种曲面光顺方法进行检验，得到最终的外形曲面。在曲面用点或线定位，便可得到最终外形数据。
②流线型列车头部板梁结构的设计方法是先交互式地从外形曲面上确定平面曲梁的三维位置，待确定所有的平面曲梁的布置后，将数据直接输出到结构分析软件中进行强度设计计算；当强度满足要求后，在平面曲梁的三维位置上生成板梁的CAD立体图，同时在板梁立体图上生成满足加工要求的CAD平面图。
③流线型列车头部板梁结构的数控加工方法是先对已生成的板梁CAD平面图进行工艺检查，待工艺合格后从板梁CAD平面图中提取数控切割的外轮廓及内轮廓数据，再将外轮廓及内轮廓曲线中的NURBS(Non Uniform Rational B-spline Surface)曲线采用线段拟合法，转换成具有指定精度的直线段，并将数据一方面产生用于大多数数控机床的标准接口DXF数据文件输出；另一方面根据厂家的具体数控机床型号，编制指定数控机床的数控代码，直接放到数据机床上加工。
本发明的流线型列车头部外形与结构的设计、加工方法与现有的技术相比，它的优点如下：
1.本发明极大地减轻了设计、施工人员的劳动强度、缩短了生产周期，有效地保证了产品质量，实现了流线型列车头部外形设计、制造一体化。
2.本发明流线型列车头部外形的设计方法与采用将整块列车头部外形曲面用某个统一的数学函数来表示的方法相比，在外形设计上具有更大的灵活性。当外形曲面上含有具体指定要求规则解析曲面时(如前窗需采用圆柱曲面，侧门需采用平面等)，用统一的数学函数来表示的方法已不适用。与采用手工设计型线和用计算机绘制Coons外形曲面或NURBS(Non Uniform Rational B-splineSurface)曲面的方法相比，本方法能根据需要自动生成中间型线，动态修改中间型线，自动将型线在空间断开，自动生成外形曲面，具有多种外形曲面光顺检查方法。在设计上具有更大的灵活性或更高的工作效率。
3.本发明流线型列车头部板梁的设计方法，与采用将头部结构设计成传统的规则型材形成的承载结构，外形用其它复合材料相连而成的方法相比，不但具有工序简单，节约司机室内部空间，而且能保证外形蒙皮与板梁承载结构保持一致的特点。与采用普通型材(如槽钢、角钢等)组成承载结构再与外形蒙皮组焊而成的方法相比，解决了普通型材为保证与外形一致时出现扭曲梁而难以加工的问题。本发明流线型列车头部板梁的设计方法，既保证了流线型外形与承载结构合为一体的方式进行结构设计，又避免出现扭曲梁问题，同时具有良好的制造与装配工艺性。
4.本发明流线型列车头部板梁的数据加工方法，解决了流线型列车头部板梁结构骨架的制造与装配工艺性问题。由于采用平面曲梁结构，一般总有一边为自由曲线而不能直接用于数控加工。采用将NURBS(Non Uniform Rational B-spline Surface)曲线用线段拟合法，转换成具有指定精度的直线段，将数据一方面产生用于大多数数控机床的标准接口DXF数据文件输出；另一方面根据厂家的具体数控机床型号，编制指定数控机床的数控代码，直接放到数据机床上加工。
5.本发明流线型列车头部外形与结构的设计、加工方法将过去传统的由设计、工艺、加工等多部门协作耗时的工作，集中由计算机自动完成，极大地减轻了设计、施工人员的劳动强度、缩短了生产周期，有效地保证了产品质量，实现了设计、制造一体化。目前，该方法已全面应用到我国流线型列车车体设计、制造中，取得了显著的社会、经济效益，具有广阔的应用前景。
附图说明：
图1为流线型列车头部外形网络结构示意图
图2为流线型列车头部板梁结构示意图
具体实施方式：
下面结合附图作进一步说明：
①流线型列车头部外形设计方法是先将输入的控制点，合成非均匀有理样条NURBS(Non Uniform Rational B-splineSurface)曲线，形成主型线；再根据生成外形曲面的需要适当增加中间控制型线；对这些型线进行空间动态修改，使其构成一组空间网状控制型线；然后将这些型线在空间断开，连成三维外形曲面片；再将这些曲面片在空间相切，就组成了所需的外形曲面。对生成的外形曲面用曲面光照、等高线、等曲率线等多种曲面光顺方法进行检验，得到最终的外形曲面。在曲面用点或线定位，便可得到最终外形数据。
②流线型列车头部板梁结构的设计方法是先交互式地从外形曲面上确定平面曲梁的三维位置，待确定所有的平面曲梁的布置后，将数据直接输出到结构分析软件中进行强度设计计算；当强度满足要求后，在平面曲梁的三维位置上生成板梁的CAD立体图，同时在板梁立体图上生成满足加工要求的CAD平面图。
③流线型列车头部板梁结构的数控加工方法是先对已生成的板梁CAD平面图进行工艺检查，待工艺合格后从板梁CAD平面图中提取数控切割的外轮廓及内轮廓数据，再将外轮廓及内轮廓曲线中的NURBS(Non Uniform Rational B-spline Surface)曲线采用线段拟合法，转换成具有指定精度的直线段，并将数据一方面产生用于大多数数控机床的标准接口DXF数据文件输出；另一方面根据厂家的具体数控机床型号，编制指定数控机床的数控代码，直接放到数据机床上加工。

Claims (1)

1.一种流线型列车头部外形与结构的设计、加工方法，其特征在于：
①流线型列车头部外形设计方法是先将输入的控制点，合成非均匀有理样条NURBS(Non Uniform Rational B-splineSurface)曲线，形成主型线；再根据生成外形曲面的需要适当增加中间控制型线；对这些型线进行空间动态修改，使其构成一组空间网状控制型线；然后将这些型线在空间断开，连成三维外形曲面片；再将这些曲面片在空间相切，就组成了所需的外形曲面；对生成的外形曲面用曲面光照、等高线、等曲率线等多种曲面光顺方法进行检验，得到最终的外形曲面；在曲面用点或线定位，便可得到最终外形数据；
②流线型列车头部板梁结构的设计方法是先交互式地从外形曲面上确定平面曲梁的三维位置，待确定所有的平面曲梁的布置后，将数据直接输出到结构分析软件中进行强度设计计算；当强度满足要求后，在平面曲梁的三维位置上生成板梁的CAD立体图，同时在板梁立体图上生成满足加工要求的CAD平面图；
③流线型列车头部板梁结构的数控加工方法是先对已生成的板梁CAD平面图进行工艺检查，待工艺合格后从板梁CAD平面图中提取数控切割的外轮廓及内轮廓数据，再将外轮廓及内轮廓曲线中的NURBS(Non Uniform Rational B-spline Surface曲线采用线段拟合法，转换成具有指定精度的直线段，并将数据一方面产生用于大多数数控机床的标准接口DXF数据文件输出；另一方面根据厂家的具体数控机床型号，编制指定数控机床的数控代码，直接放到数据机床上加工。
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