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畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告設 計 題 目 : 轉(zhuǎn)向架移車臺的結(jié)構(gòu)設計 院 系 名 稱: 機電工程學院 專 業(yè) 班 級: 機械 07-5 學 生 姓 名: 陳阿亮 導 師 姓 名: 陳曦 開 題 時 間: 2011 年 3 月 19 日 1 研究課題的目的和意義指導委員會審查意見：簽字： 年 月 日1.1 研究課題的目的近年來，隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，中國城市化進程進一步加快，城市集聚的社會財富和人口越來越多，居民出行更為頻繁，城市交通需求的矛盾也就越來越突出。同時，隨著工業(yè)化進程和經(jīng)濟建設步伐的加快，人們的工作節(jié)奏也越來越快，時間觀念越來越強。因此，需要準時、安全、快捷的交通方式來滿足人們的出行要求。世界各國都在尋求發(fā)展與之相適應的城市交通工具。城市軌道交通具有運能效率高、能耗低、污染小、快速、準時和安全等明顯優(yōu)點，是解決城市交通問題的主要手段。城市地鐵交通因其運送客流量大、快速安全、空氣污染小 、不占用或很少占用地面而被大多數(shù)大城市選用。在我國，由于經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，各種運輸量增加很快，特別是市內(nèi)客流量成倍或成幾十倍的增長，加上城市基礎設施建設相對滯后，導致公共交通問題越來越突出，嚴重的影響了經(jīng)濟建設的進程。地面交通已無法適應有經(jīng)濟活動和人民生活產(chǎn)生的日益增長的運量需求。城市交通堵塞、交通事故、噪音和空氣污染日益影響著人們的生活。因此，發(fā)展以軌道交通為骨干，以常規(guī)公交為主體的公共交通體系，為城市居民提供安全、快速、舒適的交通環(huán)境，引導城市居民使用公共交通系統(tǒng)是國外大城市解決城市交通問題的成功經(jīng)驗，也是我國大城市解決交通問題的惟一途徑。轉(zhuǎn)向架移車臺是軌道交通運行必不可少的，它決定著軌道交通能否安全運行，是制約軌道交通發(fā)展的重要因素。1.2 研究課題的意義地鐵的檢修設備是保證城市地鐵交通安全必不可少的一部分，地鐵的檢修可以大大的提高地鐵的安全可靠性和經(jīng)濟性，因此設計一臺轉(zhuǎn)向架移車臺專用運輸機電設備，代替人類手工移動轉(zhuǎn)向架的工作，可以保證工作人員安全及轉(zhuǎn)向架不受損壞的條件下，高效率的完成轉(zhuǎn)向架的移動，將地鐵車輛轉(zhuǎn)向架從架車車間運到修理車間，以及相反的過程，從而降低檢修工人的勞動強度，提高地鐵檢修的效率、安全可靠性和經(jīng)濟性，保障地鐵交通運輸?shù)捻槙场? 課題研究現(xiàn)狀2.1 國內(nèi)移車臺技術的發(fā)展現(xiàn)狀隨著地鐵的廣泛應用，我國移車臺迅猛發(fā)展起來。轉(zhuǎn)向架移車臺是移車臺的一種，主要應用于地鐵檢修過程。1.無坑式移車臺是在消化吸收發(fā)達國家同類產(chǎn)品的基礎上開發(fā)的新型設備，適用于總重不超過 150 噸的機車車輛平行轉(zhuǎn)軌作業(yè)。移車臺由車架、操作臺、移動走行部、渡橋、牽車機構(gòu)、司機室供電裝置及電控系統(tǒng)等組成。 移車臺采用手動操作，實現(xiàn)運行、對軌、停止等功能動作，也可以根據(jù)需要配置自動對軌和攝像監(jiān)控系統(tǒng)。操作臺具有“前進” 、 “后退” 、 “快速” 、 “慢速” 、 “點動”等功能?？刂葡到y(tǒng)采用控制器、變頻器實現(xiàn)電動機同步動作和準確控制及移車臺速度調(diào)整，保證移車臺平穩(wěn)啟動、運行、停止，提高運行的穩(wěn)定性和安全性。電氣控制系統(tǒng)具備過載、過電流、過電壓、過熱、欠電壓、短路、缺相等保護功能。同時具備電機任意兩相的短路保護和 A、B 兩相的對地短路保護、電機過載和過熱保護、任意一點的保護接地功能。 移車臺啟動前和走行過程中，有光電警示燈和響鈴進行警示。 移車臺可以根據(jù)用需要配置 1 個或 2 個操作臺，移車臺的兩個操作臺有聯(lián)鎖關系，只允許一端單獨操作。 在移車臺四角設有緊急停車按鈕。按下緊急停車按鈕，斷整個移車臺電源。 移車臺停車對軌后具備鎖定和警示功能，機車上下過程中移車臺不能移動。 移車臺兩側(cè)有極限位置保護功能。移車臺兩側(cè)設置設有止擋和電氣限位開關，當移車臺碰撞裝置碰到地面車擋前，位置開關動作，切斷主電源，緩沖裝置碰撞止擋使設備停止運行。 2.平交道式移車臺：平交道式移車臺是充分吸收國外技術并針對用戶要求而開發(fā)一種全新的移車臺，中鐵設計院獲得了國家專利。平交道移車臺在移動的平面范圍內(nèi)，允許機車、車輛走行軌道與移車臺走行軌道平交，徹底改變了原有移車臺走行軌道和車間（正線）軌道不能相交（需要斷開軌道）的布局模式，不影響機車車輛在原有軌道上的正常通行。同時又可以實現(xiàn)機車車輛的平行轉(zhuǎn)軌作業(yè)。移車臺采用手動操作，實現(xiàn)運行、對軌、停止等功能動作，也可以根據(jù)需要配置自動對軌和攝像監(jiān)控系統(tǒng)。操作臺具有“前進” 、 “后退” 、 “快速” 、 “慢速” 、 “點動”等功能。同時具備多項安全保護措施，如電器聯(lián)鎖、聲光報警、四角設急停、極限位置保護等。平交道式移車臺主要由車架、專用驅(qū)動裝置、牽車機構(gòu)、渡橋、司機操縱室、操作臺和供電裝置等組成。3.淺坑式交流傳動移車臺主要用于各種機車車輛（包括地鐵車）在制造及維修等作業(yè)過程中的機車運送工作（主要指橫移軌等） 。本產(chǎn)品運行平穩(wěn)，能自動或手動完成移車臺上的鋼軌與廠房鋼軌的對接，對接精度在 1mm 內(nèi)。正常條件下，能按作業(yè)要求連續(xù)工作 20 小時以上。設備操作簡便，按“道號”就能自動對位，易于維護和保養(yǎng)。移車臺承載部分長度為 25m，采用箱形梁結(jié)構(gòu)，移車臺兩端，動軌部分長度為 1.5m，動軌對 150t 機車的通過的有足夠的剛度和搞變形能力。移車臺表面及走臺板為花紋鋼板，能承受輪胎式牽引車（自重 10t）在其上牽引運行而無塑性變形。兩個司機室，對角線布置。運行驅(qū)動方式采用三合一減速電機，即電機、減速器、制動器為一體，動力經(jīng)萬向傳動軸傳給車輪。兩端動軌升裝置采用蝸輪減速電機通過繩索和拐臂驅(qū)動動軌升降，簡單可靠。移車臺采用高精度矢量變頻器及交流異步電機的矢量控制調(diào)速方式由 PLC控制四臺變頻器驅(qū)動四個變頻電機同步運行。其電氣控制具有：運行長度補償、程序管理、故障檢測、安全和故障報警、兩個司機室控制互鎖等功能。供電方式是采用德國進口的拖鏈供電、運行安全可靠。司機室頂部設有電鈴、閃光警示燈和投光燈。運行特點：本產(chǎn)品在運行過程中，能自動或手動完成移車臺上的鋼軌與廠房鋼軌的對接，移車臺走到距需對接的廠房鋼軌約 800mm 處時，減速傳感器就感應到減速信號，通過 PLC 及變頻器控制，使移車臺逐步減速到 20mnJs 左右的低恒速運行，移車臺的此速度低恒速運行，再感應到定位傳感器的定位信號，通過 PLC 及變頻器控制，使移車臺停止在正確對接的位置，自動放下橋式對接動軌，其對接精度在 1 mm 內(nèi)。移車臺兩端，動軌部分長度為 1，5m，動軌在150t 機車通過時有足夠的剛度和抗變形能力，升降采用卷揚機形式，以保證升降可靠，萬一鋼軌下降不到位，對接不到位或提升不到位，電氣拄制部分就能反鎖報警，不能進行下一步操作，以確保移車臺運行安全。2.2 國外移車臺技術的發(fā)展現(xiàn)狀在國外，移車臺的技術已經(jīng)非常成熟，特別是一些工業(yè)發(fā)達國家。英國Lloyds Somers 公司，擁有超過 30 年設計專門用于鐵路行業(yè)設備的經(jīng)驗，該公司生產(chǎn)的 30 噸移車臺，結(jié)構(gòu)簡單，載重量大，采用滑觸式供電，由位于一側(cè)中間的控制臺進行走形運動的精確控制。澳大利亞 Vector Lifting 公司也是一家生產(chǎn)地鐵配套設備的專業(yè)大公司，其生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架移車裝置與常見的平臺式移車臺有很大的區(qū)別。該公司設計制造的轉(zhuǎn)向架移車裝置，是通過幾個相同的安裝于地下的旋轉(zhuǎn)臺配合完成轉(zhuǎn)向架移動的。轉(zhuǎn)向架通過人工牽引的方式，到達旋轉(zhuǎn)臺的中央，旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn) 90°，使旋轉(zhuǎn)臺軌道與垂直于運行軌道的轉(zhuǎn)運軌道對齊，然后再通過人工牽引，到達另一個旋轉(zhuǎn)臺，經(jīng)過相反的操作，就可以完成轉(zhuǎn)向架的移動。這種轉(zhuǎn)運方式不需要占用地面空間，而且操作簡單。就我國而言，發(fā)展以軌道交通為骨干，以常規(guī)公交為主體的公共交通體系是未來城市交通的必然趨勢，在此基礎上的其他配套設施和技術也在這種需求下應運而生。轉(zhuǎn)向架移車臺是移車臺的一種，主要應用于地鐵檢修過程中，能自動完成移車臺上的鋼軌與廠房鋼軌的對接。3 設計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題基本內(nèi)容與擬解決的主要問題1．轉(zhuǎn)向架移車臺的總體結(jié)構(gòu)設計方案：提出轉(zhuǎn)向架移車臺的總體方案，由驅(qū)動系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和構(gòu)架三個主要部分組成。2．轉(zhuǎn)向架移車臺的走形機構(gòu)設計分析：（1）移車臺運行形式的選擇；（2）移車臺驅(qū)動能量轉(zhuǎn)換方式的選擇和校核；（3）移車臺能量傳遞裝置的選擇和校核。3．轉(zhuǎn)向架移車臺供電裝置的設計計算和校核計算4．轉(zhuǎn)向架移車臺構(gòu)架的設計5．轉(zhuǎn)向架移車臺零件建模和裝配4 技術路線或研究方法4.1 轉(zhuǎn)向架移車臺由驅(qū)動系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和構(gòu)架三部分組成。驅(qū)動系統(tǒng)主要由電機、減速器、傳動軸以及與之配套的零部件組成，共同完動力的轉(zhuǎn)換。供電系統(tǒng)主要由繞線的滾子、鏈輪和鏈條、光杠、絲杠、導線裝置以及配重組成，配合完成電纜的自動收放。構(gòu)架主要由箱形梁焊接而成，是移車臺的主體。如圖轉(zhuǎn)向架移車臺總體效果模型圖驅(qū)動系統(tǒng)是本文研究的重點之一，是轉(zhuǎn)向架移車臺正常運行的基礎。驅(qū)動系統(tǒng)的設計關鍵是電動機、減速器、制動器的選型，軸的設計與校核，聯(lián)軸器的選擇與校核，軸承的選擇與校核，以及鍵的選擇與校核。供電系統(tǒng)是本文研究的另一個重點。目前工程中常用的供電方式有掛纜小車、卷纜裝置、安全滑觸線和柔性電纜橋架，但都存在一個缺點，就是整個供電系統(tǒng)的體積相對于轉(zhuǎn)向架移車臺而言都過大。因此，設計一種體積小的螺旋繞線裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電纜隨移車臺的移動而同步收放。螺旋繞線裝置模型圖構(gòu)架車架是移車臺的主體，起支撐連接作用，也是移車臺的承重結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上，采用了對稱鋼結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有很好的抗傾覆能力，穩(wěn)定性好。移車臺承載梁與工作車軌道合二為一，有效的避免了因工作車停放在移車臺上的偏心而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩。承載梁跨在兩根端梁上，兩根端梁騎在運行機構(gòu)上，即單軌跨座式結(jié)構(gòu)。移車臺結(jié)構(gòu)草圖1.驅(qū)動走行裝置 2.車架 3.工作車限位機構(gòu) 4.定位鎖緊機構(gòu)4.2 走形機構(gòu)的設計走行裝置是由一對主動輪裝置及一對從動輪裝置及鋼軌組成。獨立、對稱安裝于移車平臺兩頭同側(cè)邊位。依靠一套三合一（電機、減速器、制動器）驅(qū)動裝置由雙輸出軸驅(qū)動一對主動輪。走行裝置結(jié)構(gòu)草圖1.車輪 2.軸 3.減速電機 4.角形軸承箱 5.減速電機支撐架4.2.1 轉(zhuǎn)向架移車臺運行形式的選擇分析移車臺的運行軌跡：運行距離短，僅十幾米；運行軌跡固定，在固定的路線上做直線平移運動；移車臺與軌道對接時精度要求高，定位要可靠且準確。履帶式的行走制造成本高，運行速度低，功率消耗大，零件磨損快，維護成本高，不合設計要求，首先排除。輪胎式雖運行靈活，但走行穩(wěn)定性和安全性較差，多用于運行軌跡不固定場合。而軌道—車輪是起重機行業(yè)中應用最廣泛的運行方式，具有維護容易、負荷大、運行阻力小、運行軌跡固定等優(yōu)點，便于移車臺準確定位。因此，選用軌道—車輪這種運行形式。4.2.2 轉(zhuǎn)向架移車臺驅(qū)動能量轉(zhuǎn)換方式選擇起重機大車運行機構(gòu)驅(qū)動有兩種典型形式，即集中驅(qū)動和分別驅(qū)動。集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；分別驅(qū)動，即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。集中驅(qū)動雖然傳動零部件多、自重大，但走行結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定，在起重機上已廣泛采用。這種驅(qū)動方式尤其適用于跨度較小的機構(gòu)，不僅節(jié)省機構(gòu)使用空間，而且可以大幅度減低制造成本。分別驅(qū)動裝置雖省去了中間傳動軸，自重輕，但控制裝置復雜，由于每個主動輪都配有一套獨立的電機、減速器、制動器裝置，導致成本過高?？紤]到移車臺的跨度并不大，并借鑒起重機行業(yè)的經(jīng)驗以及對經(jīng)濟性的評估，綜合考慮之后，決定本設計的移車臺采用集中驅(qū)動。4.2.3 轉(zhuǎn)向架移車臺能量傳遞裝置的選擇帶傳動的傳動外廓尺寸較大，需要張緊裝置，而且由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比，帶的壽命短，傳動效率低。不予采用。與帶傳動相比，鏈傳動雖沒有打滑現(xiàn)象，能保持較準確的平均傳動比，但瞬時傳動比不是常數(shù)，導致傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊，成本高，易磨損，易伸長，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中，也不予采用。該裝置的任務是將能量傳遞到移車平臺的運行機構(gòu)即車輪，輸出的能量表現(xiàn)形式為旋轉(zhuǎn)運動。事實上，運輸機械的運行機構(gòu)最常用的能量傳遞形式還是結(jié)構(gòu)緊湊、輸出扭矩大、變速范圍廣的齒輪箱。因此，選用齒輪減速器作為能量傳遞裝置。5 進度安排2011.2.28-2011.3.20 接受任務，收集相關資料，撰寫并提交開題報告，翻譯英文文獻；2011.3.21-2011.4.3 擬定總體結(jié)構(gòu)方案，進行總體結(jié)構(gòu)設計；2011.4.4-2011.4.18 轉(zhuǎn)向架移車臺結(jié)構(gòu)形式設計分析；2011.4.19-2011.5.4 轉(zhuǎn)向架移車臺的設計與校核計算；2011.5.5-2011.5.14 轉(zhuǎn)向架移車臺 Pro/ENGINEER 建模；2011.5.15-2011.6.5 繪制、修改總體結(jié)構(gòu)裝配圖及零件圖；2011.6.6-2011.6.17 撰寫設計說明書，整理材料，準備答辯。6 參考文獻[1] 機械設計手冊編委會 . 機械設計手冊：單行本：聯(lián)軸器、離合器與制動器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.[2] 陳志強. 輕軌工作車移車平臺的研究與設計[D].重慶大學,2004.[3] 朱向陽. 淺坑式交流傳動移車臺[J].電力機車與城軌車輛,2003.[4] 陳國民. 雙股道 100t 移車臺[J].鐵道車輛,1996.[5] 翟明選. 新型移動供電裝置——拖鏈系統(tǒng)[J].起重運輸機械,2004.[6] 鄒慧君. 機械運動方案設計手冊[M].上海:上海交通大學出版社,1994.[7] 孫玉芹, 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