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畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目:列車車輪磨損檢測(cè)儀 1、 課題的目的及意義 車輪作為機(jī)車車輛走行部的重要部件, 直接關(guān)系到行車安全。在實(shí)際運(yùn)用過程中, 由于存在著線路養(yǎng)護(hù)條件較差、輪軌外形及材質(zhì)匹配不合理、轉(zhuǎn)向架技術(shù)狀態(tài)不良和牽引裝載定數(shù)過大等諸多原因, 導(dǎo)致車輪踏面和輪緣的磨耗加劇, 影響了機(jī)車車輛的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 降低了機(jī)車車輛的利用率。因此, 及時(shí)準(zhǔn)確地掌握車輪的磨耗狀況是非常必要的。我國鐵路機(jī)務(wù)車輛部門對(duì)各型車輪的磨耗限度均有明確的規(guī)定。在檢修車輪時(shí), 主要通過測(cè)量輪緣踏面外形的幾何參數(shù)來判斷車輪的磨耗程度。這些數(shù)據(jù)包括, 車輪直徑、輪緣厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等, 其中以輪緣厚度最為關(guān)鍵。如何準(zhǔn)確方便地測(cè)量車輪外形參數(shù)是迫切需要解決的問題。國外各主要發(fā)達(dá)國家為此進(jìn)行了長(zhǎng)期研究和探索, 也取得了顯著成果。概括起來, 車輪外形幾何參數(shù)的測(cè)量方法基本分為靜態(tài)檢測(cè)法和動(dòng)態(tài)檢測(cè)法。靜態(tài)檢測(cè)是指機(jī)車車輛在檢修時(shí)進(jìn)行的測(cè)量; 動(dòng)態(tài)檢測(cè)則是指機(jī)車車輛在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的測(cè)量。 靜態(tài)檢測(cè)技術(shù) 靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了機(jī)械量具測(cè)量和電子量具測(cè)量等階段。隨著微電子技術(shù)和可編程技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械量具已逐漸被電子量具所取代。下面簡(jiǎn)要介紹幾種國外典型的電子式測(cè)量產(chǎn)品。 1) 美國便攜式車輪斷面測(cè)量?jī)x 美國國際電子機(jī)械有限公司于80 年代末期研制成功便攜式車輪斷面測(cè)儀。這種儀器可在2 s 的時(shí)間內(nèi)測(cè)出輪緣厚度和踏面磨耗等數(shù)據(jù), 并能打印記錄測(cè)量結(jié)果, 使用非常方便。在進(jìn)行任何測(cè)量工作以前, 兩組控制機(jī)構(gòu)可確保儀器放在車輪正確的位置, 因而其測(cè)量精度很高。這種儀器已形成系列產(chǎn)品, 可廣泛用于機(jī)車車輛和地鐵動(dòng)車組的車輪參數(shù)測(cè)量, 并可在任何照明和氣候條件下正常工作, 測(cè)量數(shù)據(jù)可以自動(dòng)傳送到已有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處。利用預(yù)先編制的維修程序, 這種儀器能夠使檢修人員把旋輪和換輪成本降至最低程度。該公司還于同期研制成功便攜式的輪徑電子測(cè)量?jī)x和車輪輪廓測(cè)量?jī)x。輪徑測(cè)量?jī)x能在不拆卸輪對(duì)的情況下精確測(cè)出車輪的直徑, 測(cè)量誤差不超過0. 76 mm。當(dāng)同根車軸或同臺(tái)轉(zhuǎn)向架不同車輪的直徑超過用戶規(guī)定的限度值時(shí), 儀器將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。機(jī)內(nèi)預(yù)編程序可對(duì)不同標(biāo)稱直徑的車輪設(shè)置相應(yīng)的公差, 定位機(jī)構(gòu)可以準(zhǔn)確地將儀器放在車輪合適的位置, 進(jìn)而得到精確的讀數(shù)。輪廓測(cè)量?jī)x能夠提供完整的輪緣踏面的數(shù)字化斷面, 可以隨時(shí)精確地測(cè)定踏面各點(diǎn)的磨耗量。儀器還能為評(píng)價(jià)改變車輪踏面形狀、更換車輪的整修計(jì)劃以及不同的輪緣潤(rùn)滑技術(shù)的效果提供所需的數(shù)據(jù)。 2) 芬蘭車輪外形測(cè)量?jī)x 芬蘭鐵路已于90 年代初期研制成功車輪外形測(cè)量?jī)x。這種儀器可以測(cè)繪磨耗車輪的外形并將測(cè)得的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)比較, 進(jìn)而計(jì)算出車輪外形參數(shù)并對(duì)近限或超限車輪發(fā)出旋修指令。儀器能在大約3 s 的時(shí)間內(nèi)測(cè)量1 000 個(gè)點(diǎn),每2 點(diǎn)的間隔僅有0. 10 mm。測(cè)量裝置用永久磁鐵安裝在車輪上, 包括齒輪和齒條的測(cè)量架可在車輪踏面上移動(dòng), 傳感器和直線形滑桿負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并傳輸給控制裝置。計(jì)算機(jī)程序能夠把車輪外形放大3倍、4 倍或10 倍, 并以圖像或數(shù)字形式顯示出來, 另外還可以直接從控制裝置或從計(jì)算機(jī)繪出車輪形狀或打印測(cè)量結(jié)果。 3）日本輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)裝置 日本鐵路于80 年代末期研制成功輪對(duì)自動(dòng)檢查裝置。當(dāng)轉(zhuǎn)向架解體后, 裝置可同時(shí)檢測(cè)輪對(duì)2 個(gè)車輪的外形參數(shù)。整套裝置主要由平行光源( 2 只) 、CCD 攝像機(jī)( 2臺(tái)) 、控制處理機(jī)構(gòu)和外部設(shè)備等組成。當(dāng)輪對(duì)沿垂直方向以較低的速度勻速升高時(shí), CCD 攝像機(jī)可拍攝車輪的外形輪廓, 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理運(yùn)算后,將車輪參數(shù)和輪廓圖像顯示在屏幕上并存儲(chǔ)在磁盤里。該裝置可測(cè)量輪緣厚度、踏面磨耗和車輪內(nèi)距等數(shù)據(jù), 當(dāng)所測(cè)尺寸超過限度值時(shí), 便有紅色數(shù)字顯示,測(cè)量誤差小于0. 20 mm, 測(cè)量周期約為20 min/ 對(duì)。這套裝置不僅實(shí)現(xiàn)了檢修作業(yè)自動(dòng)化, 提高了檢測(cè)精度和可靠性, 而且極大地改善了作業(yè)環(huán)境。 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù) 動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)是與靜態(tài)檢測(cè)技術(shù)同步發(fā)展起來的。由于具有測(cè)量自動(dòng)化程度高、不占用機(jī)車車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間和便于存儲(chǔ)車輪信息資料等特點(diǎn), 因此在最近的10 年里, 動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)日益受到世界各國的重視。對(duì)車輪外形參數(shù)施以動(dòng)態(tài)檢測(cè), 可采用隨車測(cè)量型式或地面測(cè)量形式。隨車測(cè)量型就是在機(jī)車車輛上安裝車輪外形參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng), 雖然能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè), 但需為所有車輪都加裝傳感器件, 不經(jīng)濟(jì)也不必要。據(jù)資料檢索, 目前僅有日本鐵路對(duì)新干線電動(dòng)車組開發(fā)試用了隨車式車輪磨耗形狀檢測(cè)裝置。地面測(cè)量型就是在線路上固定安裝車輪外形參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng), 對(duì)于大量正在運(yùn)用的機(jī)車車輛而言, 這種地面式動(dòng)態(tài)測(cè)量設(shè)備最為理想。下面簡(jiǎn)要介紹幾種國外典型的地面式檢測(cè)裝置。 1）俄羅斯輪對(duì)參數(shù)自動(dòng)化檢測(cè)裝置 俄羅斯聯(lián)邦鐵路于90 年代中期研制成功輪對(duì)參數(shù)自動(dòng)化檢測(cè)裝置。它采用超聲遙測(cè)的非接觸方法,當(dāng)機(jī)車車輛以不大于5 km/ h 的速度運(yùn)行時(shí), 遙測(cè)傳感器組可測(cè)出距車輪各個(gè)特征表面的距離, 經(jīng)分析處理后, 可得出車輪直徑、輪緣厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等參數(shù)。測(cè)量誤差分別為: 輪徑誤差不大于1mm, 輪緣厚度誤差不大于0. 5mm, 踏面磨耗誤差不大于0. 30mm。整套測(cè)量裝置由傳感器組、地面測(cè)量單元、數(shù)據(jù)傳輸線路、操縱控制單元和外部設(shè)備等組成。多通道的傳感器組利用卡座緊固在軌底上, 其作用是將車輪的機(jī)械( 物理)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào); 地面測(cè)量單元完成傳感器信息的收集和模數(shù)轉(zhuǎn)換等工作, 并通過雙線數(shù)據(jù)傳輸線路與操縱控制單元連接, 傳感器組與地面測(cè)量單元之間的距離可達(dá)到20 m; 操縱控制單元包括微機(jī)、顯示器、鍵盤和供電組件等設(shè)備。微機(jī)負(fù)責(zé)處理由地面測(cè)量單元傳送的大量輸入數(shù)據(jù), 并將被檢車輪的輪廓外形變換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊, 以便觀察和獲得車輪的磨耗狀態(tài), 所得的信息資料可以清晰地呈現(xiàn)在顯示器上, 地面測(cè)量單元與操縱控制單元之間的距離可達(dá)到500 m; 外部設(shè)備包括中央計(jì)算機(jī)和打印機(jī)等, 中央計(jì)算機(jī)可動(dòng)態(tài)管理和集中檢查全部車輪的外形數(shù)據(jù), 打印機(jī)則可將檢測(cè)結(jié)果文件化。整套裝置由交流220 V 電源供電, 所需功率小于200 W。它可在車輪運(yùn)動(dòng)的工況下測(cè)出車輪的外形輪廓, 然后將該踏面外形同存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)踏面外形進(jìn)行比較, 就能得到有關(guān)車輪磨耗的數(shù)據(jù)信息?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明, 該裝置具有很高的穩(wěn)定性, 可以保證車輪外形參數(shù)測(cè)量所必需的精度。全部檢測(cè)作業(yè)均自動(dòng)完成, 無須操作人員干預(yù)。 2)羅馬尼亞車輪外形磨耗自動(dòng)檢測(cè)裝置 羅馬尼亞鐵路于90 年代初期研制成功車輪外形磨耗自動(dòng)檢測(cè)裝置。其檢查車輪外形磨耗狀況的自動(dòng)過程, 是利用采集圖像的閉環(huán)系統(tǒng)和數(shù)字處理的視頻測(cè)量系統(tǒng)來記錄列車車輪的外形圖像, 并在通過微機(jī)確定車軸序號(hào)的同時(shí), 直接在圖像上進(jìn)行測(cè)量, 然后打印和處理影響運(yùn)行安全的危險(xiǎn)情況。整套裝置由測(cè)量和控制單元、CCD 攝像單元、連續(xù)縫隙光照明單元、車輪導(dǎo)向單元、圖像采集單元、微機(jī)單元以及數(shù)據(jù)傳輸單元組成。當(dāng)機(jī)車車輛以限定速度( 不超過10 km/ h) 運(yùn)行時(shí), 安裝在軌道上的檢測(cè)設(shè)備可捕捉所有車輪的外形輪廓, 在計(jì)算程序的輔助下, 便可得出車輪的外形參數(shù)并做出判斷和進(jìn)行處理。經(jīng)常使用該自動(dòng)檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)車輪外形的磨耗狀況, 可以防止車輪在2 次定期修理期間各種缺陷的產(chǎn)生, 同時(shí)還可以為診斷車輪技術(shù)狀態(tài)、預(yù)測(cè)車輪使用壽命提供詳盡的信息資料。 3)德國輪對(duì)自動(dòng)診斷裝置 德國鐵路于80 年代末期研制成功輪對(duì)自動(dòng)診斷裝置。其主要功能就是當(dāng)列車以小于5 km/ h 的速度運(yùn)行時(shí), 自動(dòng)測(cè)量車輪斷面的幾何參數(shù)。這套裝置的工作原理是: 將縫隙光光帶以規(guī)定角度投射到車輪上形成可辨認(rèn)的輪廓, 同時(shí)用攝像機(jī)在對(duì)應(yīng)用角度捕捉反射的光束。車輪圖像是通過布置于每根鋼軌上的4個(gè)半導(dǎo)體攝像機(jī)拍攝的, 這樣能夠覆蓋被測(cè)車輪的4 個(gè)斷面, 經(jīng)分析處理后便可計(jì)算出輪緣厚度、踏面磨耗和車輪內(nèi)距等參數(shù)。該設(shè)備由中央計(jì)算機(jī)控制, 所有的測(cè)量數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)文件庫內(nèi), 以便隨時(shí)掌握輪對(duì)的工作經(jīng)歷。整套裝置安裝在漢堡機(jī)務(wù)段的綜合檢查車間內(nèi), 可實(shí)現(xiàn)非接觸動(dòng)態(tài)檢測(cè)。為了校準(zhǔn)診斷設(shè)備和快速檢驗(yàn)設(shè)備功能, 裝置采用標(biāo)準(zhǔn)輪對(duì)來確定測(cè)量缺陷和測(cè)量誤差。 4)美國車輪自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)(A WI S ) 美國Loram 公司于90 年代中期研制成功2 種型式的車輪自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng), 低速檢測(cè)型和高速檢測(cè)型。低速檢測(cè)型可在列車運(yùn)行速度不超過8 km/ h 的情況下輸出圖像、圖表和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù); 高速檢測(cè)型可在列車運(yùn)行速度不超過72 km/ h 的情況下打印出測(cè)量數(shù)據(jù)和報(bào)告。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果表明, 這套系統(tǒng)可以自動(dòng)測(cè)量列車的通過速度, 具有連續(xù)圖像采集、連續(xù)數(shù)據(jù)處理和車輪計(jì)數(shù)等功能, 可以測(cè)量輪緣厚度、踏面磨耗和車輪直徑等參數(shù), 同時(shí)在精確度以及方便性和安全性等方面,均能滿足使用要求。 列車車輪的運(yùn)行狀況在整個(gè)車輛軌道系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全，而車輪的磨損狀況是影響列車運(yùn)行情況的非常重要的因素。本課題要完成的火車車輪磨損檢測(cè)儀將利用光學(xué)裝置CCD和與之配套的部分來實(shí)現(xiàn)車輪輪廓的描繪，通過將實(shí)測(cè)到的車輪輪廓與標(biāo)準(zhǔn)輪廓的比較來準(zhǔn)確地判斷車輪的磨損情況。整個(gè)裝置比較簡(jiǎn)單，具有良好的可行性與應(yīng)用前景，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)足夠精度的測(cè)量。 參考文獻(xiàn) 車輪踏面外形幾何參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)-馬林 輪軌踏面外形的實(shí)際測(cè)量及幾何接觸的進(jìn)一步研究-沈鋼、黎冠中等 用數(shù)碼相機(jī)測(cè)量輪對(duì)踏面形狀的研究-鄭芬芳、劉繼、范佩鑫 便攜式火車輪磨損檢測(cè)儀-王浩旭、楊永躍 2、 課題任務(wù)、重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容與實(shí)現(xiàn)途徑 (1)課題任務(wù) 1、資料收集、整理，了解各種車輪磨損測(cè)量方式的研究現(xiàn)狀和發(fā)展； 2、學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，確定測(cè)量原理和方式，進(jìn)行火車車輪磨損測(cè)量?jī)x的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 3、進(jìn)行火車車輪磨損測(cè)量?jī)x的具體模塊設(shè)計(jì)，確定各部分的材料及尺寸，繪制爆炸圖、具體零件圖及進(jìn)行系統(tǒng)仿真等； 4、 撰寫畢業(yè)論文。要求立論正確，證據(jù)充分，條理清晰，書寫工整，圖文并茂，字?jǐn)?shù)不少于2萬。 (2)研究?jī)?nèi)容 1、確定采用的測(cè)量原理和方式 2、進(jìn)行火車車輪磨損測(cè)量?jī)x整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、進(jìn)行火車車輪磨損測(cè)量?jī)x的具體模塊設(shè)計(jì)，確定器件材料及尺寸 (3)實(shí)現(xiàn)途徑 利用AutoCAD、Solidworks等繪制零件圖、裝配圖及進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示等。 3、進(jìn)度計(jì)劃 第1周 畢業(yè)實(shí)習(xí) 第2-3周 查閱資料，確定測(cè)量原理和方法 第4-7周 整體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 第8-11周 具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸材料確定 第12-15周 總裝圖、關(guān)鍵零部件圖繪制 第16-17周 整理畢業(yè)論文、答辯 學(xué)生簽名： 年 月 日 4、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日