轉(zhuǎn)向架移車臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報 告設(shè) 計(jì) 題 目 : 轉(zhuǎn)向架移車臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: 機(jī)械 07-5 學(xué) 生 姓 名: 陳阿亮 導(dǎo) 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(dǎo)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(jì)的迅速發(fā)展，中國城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，城市集聚的社會財(cái)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(jìn)程和經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(qiáng)。因此，需要準(zhǔn)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(yīng)的城市交通工具。城市軌道交通具有運(yùn)能效率高、能耗低、污染小、快速、準(zhǔn)時和安全等明顯優(yōu)點(diǎn)，是解決城市交通問題的主要手段。城市地鐵交通因其運(yùn)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(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，各種運(yùn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后，導(dǎo)致公共交通問題越來越突出，嚴(yán)重的影響了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)程。地面交通已無法適應(yīng)有經(jīng)濟(jì)活動和人民生活產(chǎn)生的日益增長的運(yùn)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(dǎo)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(yàn)，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(yùn)行必不可少的，它決定著軌道交通能否安全運(yùn)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(shè)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(jì)性，因此設(shè)計(jì)一臺轉(zhuǎn)向架移車臺專用運(yùn)輸機(jī)電設(shè)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(yùn)到修理車間，以及相反的過程，從而降低檢修工人的勞動強(qiáng)度，提高地鐵檢修的效率、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，保障地鐵交通運(yùn)輸?shù)捻槙场? 課題研究現(xiàn)狀2.1 國內(nèi)移車臺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著地鐵的廣泛應(yīng)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(yīng)用于地鐵檢修過程。1.無坑式移車臺是在消化吸收發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型設(shè)備，適用于總重不超過 150 噸的機(jī)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(jī)構(gòu)、司機(jī)室供電裝置及電控系統(tǒng)等組成。 移車臺采用手動操作，實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(jìn)” 、 “后退” 、 “快速” 、 “慢速” 、 “點(diǎn)動”等功能。控制系統(tǒng)采用控制器、變頻器實(shí)現(xiàn)電動機(jī)同步動作和準(zhǔn)確控制及移車臺速度調(diào)整，保證移車臺平穩(wěn)啟動、運(yùn)行、停止，提高運(yùn)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(hù)功能。同時具備電機(jī)任意兩相的短路保護(hù)和 A、B 兩相的對地短路保護(hù)、電機(jī)過載和過熱保護(hù)、任意一點(diǎn)的保護(hù)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(jìn)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(guān)系，只允許一端單獨(dú)操作。 在移車臺四角設(shè)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(jī)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(hù)功能。移車臺兩側(cè)設(shè)置設(shè)有止擋和電氣限位開關(guān)，當(dāng)移車臺碰撞裝置碰到地面車擋前，位置開關(guān)動作，切斷主電源，緩沖裝置碰撞止擋使設(shè)備停止運(yùn)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(shù)并針對用戶要求而開發(fā)一種全新的移車臺，中鐵設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)車車輛在原有軌道上的正常通行。同時又可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車車輛的平行轉(zhuǎn)軌作業(yè)。移車臺采用手動操作，實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(jìn)” 、 “后退” 、 “快速” 、 “慢速” 、 “點(diǎn)動”等功能。同時具備多項(xiàng)安全保護(hù)措施，如電器聯(lián)鎖、聲光報警、四角設(shè)急停、極限位置保護(hù)等。平交道式移車臺主要由車架、專用驅(qū)動裝置、牽車機(jī)構(gòu)、渡橋、司機(jī)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(jī)車車輛（包括地鐵車）在制造及維修等作業(yè)過程中的機(jī)車運(yùn)送工作（主要指橫移軌等） 。本產(chǎn)品運(yùn)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(shè)備操作簡便，按“道號”就能自動對位，易于維護(hù)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(jī)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(yùn)行而無塑性變形。兩個司機(jī)室，對角線布置。運(yùn)行驅(qū)動方式采用三合一減速電機(jī)，即電機(jī)、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(jī)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(jī)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(jī)同步運(yùn)行。其電氣控制具有：運(yùn)行長度補(bǔ)償、程序管理、故障檢測、安全和故障報警、兩個司機(jī)室控制互鎖等功能。供電方式是采用德國進(jìn)口的拖鏈供電、運(yùn)行安全可靠。司機(jī)室頂部設(shè)有電鈴、閃光警示燈和投光燈。運(yùn)行特點(diǎn)：本產(chǎn)品在運(yùn)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(yīng)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(yùn)行，移車臺的此速度低恒速運(yùn)行，再感應(yīng)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(jī)車通過時有足夠的剛度和抗變形能力，升降采用卷揚(yáng)機(jī)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(jìn)行下一步操作，以確保移車臺運(yùn)行安全。2.2 國外移車臺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀在國外，移車臺的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家。英國Lloyds Somers 公司，擁有超過 30 年設(shè)計(jì)專門用于鐵路行業(yè)設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行走形運(yùn)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(shè)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(shè)計(jì)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(dá)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(yùn)行軌道的轉(zhuǎn)運(yùn)軌道對齊，然后再通過人工牽引，到達(dá)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(yùn)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(chǔ)上的其他配套設(shè)施和技術(shù)也在這種需求下應(yīng)運(yùn)而生。轉(zhuǎn)向架移車臺是移車臺的一種，主要應(yīng)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(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析：（1）移車臺運(yùn)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(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算4．轉(zhuǎn)向架移車臺構(gòu)架的設(shè)計(jì)5．轉(zhuǎn)向架移車臺零件建模和裝配4 技術(shù)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(jī)、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(dǎo)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(diǎn)之一，是轉(zhuǎn)向架移車臺正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是電動機(jī)、減速器、制動器的選型，軸的設(shè)計(jì)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(diǎn)。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(diǎn)，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(shè)計(jì)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(yùn)行機(jī)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(jī)構(gòu) 4.定位鎖緊機(jī)構(gòu)4.2 走形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(dú)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(jī)、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(jī) 4.角形軸承箱 5.減速電機(jī)支撐架4.2.1 轉(zhuǎn)向架移車臺運(yùn)行形式的選擇分析移車臺的運(yùn)行軌跡：運(yùn)行距離短，僅十幾米；運(yùn)行軌跡固定，在固定的路線上做直線平移運(yùn)動；移車臺與軌道對接時精度要求高，定位要可靠且準(zhǔn)確。履帶式的行走制造成本高，運(yùn)行速度低，功率消耗大，零件磨損快，維護(hù)成本高，不合設(shè)計(jì)要求，首先排除。輪胎式雖運(yùn)行靈活，但走行穩(wěn)定性和安全性較差，多用于運(yùn)行軌跡不固定場合。而軌道—車輪是起重機(jī)行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的運(yùn)行方式，具有維護(hù)容易、負(fù)荷大、運(yùn)行阻力小、運(yùn)行軌跡固定等優(yōu)點(diǎn)，便于移車臺準(zhǔn)確定位。因此，選用軌道—車輪這種運(yùn)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(jī)大車運(yùn)行機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)上已廣泛采用。這種驅(qū)動方式尤其適用于跨度較小的機(jī)構(gòu)，不僅節(jié)省機(jī)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(fù)雜，由于每個主動輪都配有一套獨(dú)立的電機(jī)、減速器、制動器裝置，導(dǎo)致成本過高?？紤]到移車臺的跨度并不大，并借鑒起重機(jī)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)以及對經(jīng)濟(jì)性的評估，綜合考慮之后，決定本設(shè)計(jì)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(zhǔn)確的平均傳動比，但瞬時傳動比不是常數(shù)，導(dǎo)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(yùn)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(wù)是將能量傳遞到移車平臺的運(yùn)行機(jī)構(gòu)即車輪，輸出的能量表現(xiàn)形式為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。事實(shí)上，運(yùn)輸機(jī)械的運(yùn)行機(jī)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(jìn)度安排2011.2.28-2011.3.20 接受任務(wù)，收集相關(guān)資料，撰寫并提交開題報告，翻譯英文文獻(xiàn)；2011.3.21-2011.4.3 擬定總體結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2011.4.4-2011.4.18 轉(zhuǎn)向架移車臺結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)分析；2011.4.19-2011.5.4 轉(zhuǎn)向架移車臺的設(shè)計(jì)與校核計(jì)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(shè)計(jì)說明書，整理材料，準(zhǔn)備答辯。6 參考文獻(xiàn)[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：單行本：聯(lián)軸器、離合器與制動器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[2] 陳志強(qiáng). 輕軌工作車移車平臺的研究與設(shè)計(jì)[D].重慶大學(xué),2004.[3] 朱向陽. 淺坑式交流傳動移車臺[J].電力機(jī)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(yùn)輸機(jī)械,2004.[6] 鄒慧君. 機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)手冊[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,1994.[7] 孫玉芹, 孟兆新.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2006.[8] 成大先. 主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第 2 卷)[S].化學(xué)工業(yè)出版社 ,2002.[9] 陳秀，嚴(yán)國良 .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊[M].高等教育出版社，2004.[10] 周希章，周平等.如何正確選用電動機(jī)[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[11] 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