火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機構(gòu)設計

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火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機構(gòu)設計摘 要在鐵路高速、重載的發(fā)展形勢下，即提高鐵路的運輸能力，實現(xiàn)鐵路運輸?shù)默F(xiàn)代化，又保證鐵路的運輸生產(chǎn)安全，顯得尤為重要，如果沒有性能良好的車軸作為保證，要提高車輛的運行速度和運行安全是不可能的。車軸尺寸檢測對檢修車軸中處于關(guān)鍵地位，是保證車軸質(zhì)量的重要手段，傳統(tǒng)的檢測方法是以人工操作為主，數(shù)據(jù)的判斷讀取存在較大的人為誤差，所以影響了檢測結(jié)果的準確性、真實性，也直接影響了車輛的行車安全。所以急需對現(xiàn)有的檢測方式進行微機化、自動化改造，以消除測試過程中人為因素對測量結(jié)果的影響，用先進的設備保證車輛的行車安全，所以本文研制一種火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機構(gòu)測量機來解決這個問題。本文研究的車軸尺寸檢測機構(gòu)是一套現(xiàn)代化的智能檢測系統(tǒng)，能滿足火車車軸各個尺寸的檢測，火車車軸尺寸測量機構(gòu)主要是由側(cè)翻機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動、測量機構(gòu)等組成，火車軸尺寸測量機改變傳統(tǒng)人工測量的方式，實現(xiàn)車軸尺寸檢測，避免人為測量中的誤判及波動，以及誤檢、錯檢等弊端。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；側(cè)翻機構(gòu)；頂尖Abstract：Under the situation of the development of the railway high speed, heavy load, namely to improve railway transport capacity, realize the modernization of railway transportation, and ensure the production safety of railway transportation is particularly important, if not the good performance of the axle as a guarantee, to improve vehicle running speed and transport security is not possible. Detection of axle size of maintenance axle in the key position, is an important means to ensure the quality of the axle, the traditional detection method is mainly by manual operation, data of the judge and read there is a large man-made error, so the effect of the accuracy and reliability of the test results, has a direct impact on the safety of vehicles. So there is an urgent need to on the existing detection methods of computer and automation transformation, in order to eliminate the test in the process of human factors on the measurement results and advanced equipment to ensure the safety of vehicles, so in this paper, the development a train axle size detection system measuring machine to solve this problem.The axle dimension detection mechanism is a set of modern intelligent detection system, can meet the detection of train axles of each size, train axle dimension measuring mechanism is mainly by the rollover mechanism, a clamping mechanism, a rotating driving, measurement mechanism, shaft train size measuring machine changes the way of traditional manual measurement, size detection of axles and avoid artificial measurement error and fluctuation, and false detection, false detection of drawbacks.Key words: Rotating mechanism；rollover mechanism；core clamper目 錄1 緒論 11.1 問題的提出 11.2 課題研究的目的與意義 21.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 31.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀分析 31.3.2 國外現(xiàn)狀分析 31.4 發(fā)展趨勢 42 火車車軸尺寸檢測機構(gòu)系統(tǒng)的方案設計 42.1 概述 42.2 主體設計 52.3 火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)的設計方案 53 火車車軸尺寸檢測機構(gòu)液動系統(tǒng)設計 73.1 液壓部分設計與計算 73.1.1 液壓缸的設計計算與選取 83.1.2 液壓缸的缸筒的設計與計算 83.1.3 活塞桿的設計與計算 93.1.4 最小導向長度 H 的確定 114 火車車軸尺寸檢測機構(gòu)機械系統(tǒng)設計 134.1 電機的選型設計 134.2 頂尖心軸的設計 214.2.1 頂尖的計算 214.2.2 軸承的壽命計算 214.2.3 軸承的靜強度計算 234.2.4 頂尖心軸的設計與計算 244.3 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計與強度校核 254.4 滾珠絲杠及電機選型計算 274.4.1 確定滾珠絲杠副的導程 274.4.2 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計算 284.4.3 滾珠絲杠副預期額定動載荷 284.4.4 導程精度的選擇 294.4.5 絲杠電機的選擇 295 檢測部分 315.1 激光位移傳感器的簡介 315.2 激光位移傳感器的工作原理 325.3 上下滑架的設計 33畢業(yè)設計總結(jié) 35參考文獻 36謝 辭 3701 緒 論1.1 問題的提出中華人民共和國鐵路主要技術(shù)政策指出:鐵路是國家重要的基礎設施,國民經(jīng)濟的大動脈,交通運輸體系的骨干。為貫徹國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,適應和促進國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步,應充分發(fā)揮鐵路技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢,積極發(fā)展鐵路,滿足運輸市場需求。鐵路技術(shù)發(fā)展的總原則是：在國家發(fā)展戰(zhàn)略指導下,加快科技進步,突出技術(shù)創(chuàng)新,以市場為導向,加快科技進步,突出技術(shù)創(chuàng)新,以市場為導向,以經(jīng)濟效益為中心,以運輸安全為前提,不斷提高運輸能力、質(zhì)量和效率。堅持自主開發(fā)與引進相結(jié)合,積極采用高新技術(shù),重視技術(shù)的綜合集成。根據(jù)不同運輸需求,采用不同層次的技術(shù)和裝備,系統(tǒng)配套,發(fā)揮整體效能。改革管理體制,制訂相應的政策,推動新技術(shù)盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。目前,我國鐵路的安全技術(shù)裝備落后于運輸生產(chǎn)不斷發(fā)展的要求,運量與運能的尖銳矛盾,是我國鐵路存在超負荷運用鐵路設備的嚴重傾向,長此以往,必將降低設備的安全系數(shù),縮短使用壽命,危及行車安全。此外,鐵路運輸自身固有的點多、線長、生產(chǎn)的連續(xù)性、協(xié)作性和全天候等特點,使鐵路設備也具有種類多、數(shù)量大、配置分散、連續(xù)運轉(zhuǎn)、自然力影響大和有形損耗嚴重等特點,不僅加大了保證設備技術(shù)狀態(tài)經(jīng)常性良好的難度,而且還不易使運用中的設備始終處于有效的監(jiān)控之下。所有這些,使鐵路運輸安全基礎建設面臨更為復雜和艱巨的挑戰(zhàn)。發(fā)達國家鐵路技術(shù)發(fā)展的實踐表明,隨著現(xiàn)代鐵路高速、重載和信息技術(shù)的應用與發(fā)展,安全技術(shù)己成為與一系列高新技術(shù)相互融合、彼此滲透、不可分割的先導技術(shù),研制和發(fā)展先進的高質(zhì)量的運輸基礎設備和安全技術(shù)檢測設備已經(jīng)成為鐵路現(xiàn)代化的重要標志。因此,在我國鐵路大發(fā)展的形勢下,強調(diào)運輸設備的基礎作用,不失時機地進行機輛設備的系統(tǒng)配套改進和安全技術(shù)裝備的加強,改善車輛狀態(tài),改善檢測裝備,提高安全保障能力,必將大大加強我國鐵路的安全基礎設備。[10]在我國鐵路提速和重載和鐵路信息化管理的發(fā)展過程中,車輛行駛的安全問題日益突出,對火車車軸質(zhì)量也提出了更高的要求。車軸是鐵路車輛上重要的運動部件,其狀態(tài)直接影響到車輛的運行安全。車軸的尺寸檢測至關(guān)重要，對車軸的各關(guān)鍵尺寸以及精度的檢測非常重要,檢測數(shù)據(jù)1的準確性將直接影響到車軸的檢修質(zhì)量,當前對車軸參數(shù)的檢測和數(shù)據(jù)記錄基本上還是靠手工完成,測量工具采特制量具車輛車輪第四種檢查器和直尺等,而這些傳統(tǒng)的手工輪對測量裝置,因效率低、差錯率高、不便于信息化管理而不能滿足當前的需要。與此同時,由于列車向高速重載方向發(fā)展,導致工作量加大,根據(jù)車軸檢修質(zhì)量控制的需要,在調(diào)研國內(nèi)外同類設備技術(shù)的基礎上,采用非接觸的激光位移傳感器檢測車軸尺寸更為方便，設計這套車軸尺寸檢測機。大大提高工作效率和檢測精度,其應用必將為列車車軸的測量和檢修提供一種高精度、高效率的檢測手段,對于提高車軸的檢修質(zhì)量、推進鐵路系統(tǒng)的計算機管理、保障鐵路機車的安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。1.2 課題研究的目的與意義隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新、生產(chǎn)水平的加速進步，要求機械裝置的精度、速度也越來越高。軸類相關(guān)零件主要起到傳遞轉(zhuǎn)矩和運動的作用，并保證各部件性能的穩(wěn)定性，是各種機械裝置中應用范圍最廣、應用面最大、應用程度最高的一種零件，諸如各類變速箱、汽車發(fā)動機及傳動部件、火車輪對系統(tǒng)等中都有軸類零件重要應用。鑒于軸類零件的重要應用場合，對其相關(guān)參數(shù)的高精度測量及檢測將對人員、生產(chǎn)安全等起到保障作用，《鐵路貨車輪對和滾動軸承組裝檢修規(guī)則》中規(guī)定：貨車輪對檢修壓裝過程中軸頸的檢測工作量很大，一般情況下，一個車輛段一天檢修檢測 50～100 個輪對軸頸。另外，軸承內(nèi)圈與軸頸之間存在過盈配合，涉及到軸承與軸頸的測量精度問題，而軸承作為標準件，在制造出廠時已標注其精度，因此輪對軸頸軸徑測量存在必要性。目前，軸類零件的測量方法可分為機械測量法、氣動法、超聲法、光學檢測法等，傳統(tǒng)的機械測量法大都利用機械式測量工具，利用直尺、游標卡尺、千分尺等工具進行機械接觸式測量方法容易使零件表面發(fā)生損傷或變形。氣動法、超聲法等手工見表面粗糙度影響較大，線形范圍小，且精度不高，測量范圍小而有限，在實際測量檢測中得不到較廣的發(fā)展空間，應用較少。機器視覺測量技術(shù)作為一種非接觸的、高精度的柔性坐標測量技術(shù)，可以滿足現(xiàn)代化制造領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)及系統(tǒng)新的更高的技術(shù)需要，文章基于機器視覺測量原理對軸徑測量裝置進行設計研究，通過模擬裝置進行實際測量、試驗驗證，數(shù)據(jù)顯示，此激光視覺軸徑測量裝置的測量方法簡單、測量精度高，且適用于大尺寸軸徑測量。通過該設計題目，不僅可以提高火車軸尺寸檢測的精度，可靠性。而且可以提高車輛的運行安全。由于長期、大量的重復性手工作業(yè)使工人極易產(chǎn)生疲勞，再加上目測的誤差等問題使得手2工測量的誤差較大，車軸尺寸檢測裝置的出現(xiàn)可以改變目前對參數(shù)測量的落后狀況，對提高車軸的尺寸檢測，推進鐵路系統(tǒng)的發(fā)展和保障鐵路機車的安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。[15]1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析1.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀分析在國內(nèi)在針對較大的大尺寸零件的車軸尺寸測量方面，比較常規(guī)的量具有：大型卡尺、大型千分尺和大型千分桿等等。對于這類量具普遍所具有的特點是從體積方面看較大、并且移動笨重、使用時不方便，這些常用量具的測量精度在很大程度上取決于工人的技術(shù)水平，由此導致了精度不穩(wěn)定，最終難以達到對大尺寸零件的精度要求。由于長期、大量的重復性手工作業(yè)使工人極易產(chǎn)生疲勞，再加上目測的誤差等問題使得手工測量的誤差較大。目前，軸類零件的測量方法可分為機械測量法、氣動法、超聲法、光學檢測法等，傳統(tǒng)的機械測量法大都利用機械式測量工具，利用直尺、游標卡尺、千分尺等工具進行機械接觸式測量方法容易使零件表面發(fā)生損傷或變形。氣動法、超聲法等手工見表面粗糙度影響較大，線形范圍小，且精度不高，測量范圍小而有限，在實際測量檢測中得不到較廣的發(fā)展空間，應用較少。國內(nèi)部分研究單位采用成像技術(shù)采用一個圖像傳感器,從車軸的一端運行至另一端,讀出相關(guān)數(shù)據(jù)。主要存在問題是對參數(shù)的檢測方法不符合規(guī)程,比如軸直徑等都無法符合檢測標準，數(shù)據(jù)的重復誤差大,不能滿足精度要求，由于光散射、車軸表面不同粗糙度等,都將影響測試尺寸。車軸尺寸檢測裝置的設計，可以改變目前對火車軸尺寸參數(shù)測量的落后狀況，對提高車軸的尺寸檢測很有幫助。[9]1.3.2 國外現(xiàn)狀分析在國外，提高大尺寸零件的測量精度，當前，大尺寸測量的精度的準確性基本上可通過對機床的定期檢查來保證，并對調(diào)整機器的第一個檢查工具是嚴格保密，對大型部件長度測量仍然繼續(xù)在采用以往的測量方法，傳統(tǒng)機械測量方法只能測量 7、8 級精度的零件，用來測量精密零件的儀器實際上是在國外都沒有現(xiàn)成的工具出售，而大尺寸零件的精度測量是確保重大技術(shù)裝備質(zhì)量的重要指標之一。國外有使用輪對測量機的先例,但檢測參數(shù)不多,功能比較簡單,如美國,是按照標準檢查部分項目,包括輪對跳動、輪直徑、軸偏心。而一些車軸部分參數(shù)等都由人工檢測,檢測要求的標準不高。在過去十年中，其他行業(yè)的飛速發(fā)展，如計算機，傳感技術(shù)等方面，都在不同程度的促進著檢測機檢測水平的提高。當前，檢測機已大量用于高精度的測量，以及數(shù)字化在3線質(zhì)量控制的物理模型，測量形狀和位置等的三維復雜零件領(lǐng)域。它具有測量不同形狀和不同平面的空間的各方位的曲面結(jié)構(gòu)的能力，但也有數(shù)控機床，加工中心和柔性制造系統(tǒng)（FMS）等制造工程，綜合性的在線系統(tǒng)，及 CAT/ CAD/ CAM 技術(shù)，以實現(xiàn)一體化的設計，制造和測試。據(jù)統(tǒng)計，國際專業(yè)咨詢公司的可靠數(shù)據(jù)表明，測量機銷售約 8％-24％的增長率。發(fā)達國家有更高的增長速度正在下降，約 6％-10％;發(fā)展中國家則 較低，但約 14％-24％的增長速度，不斷改進。目前，美國，英國，德國，日本，意大利和其他工業(yè)國家都在競相開發(fā)各類規(guī)格的測量機，以滿足不同場合的需要。[9]1.4 發(fā)展趨勢車軸尺寸零件的生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率，在很大程度上取決于所采用測量的方法和工具。國內(nèi)往往使用在重型機械制造業(yè)：大卡尺，千分尺及大型千分桿。這些常見的測量工具普遍體積大，笨重，使用不便，使其工人的技術(shù)水平對測量精度產(chǎn)生了很大影響，測量精度是非常不穩(wěn)定的，在國內(nèi)的大型零部件的尺寸測量，已引起廣泛關(guān)注，也是重型機械制造工藝及設備改造需要解決的技術(shù)問題，更是我國機械行業(yè)的重點研究項目。發(fā)展趨勢如下：（1）利用微電子技術(shù)，依據(jù)工廠車間的實際情況，利用微電子技術(shù)，傳感器技術(shù)和大尺寸測量技術(shù)，建立一個大型的零部件尺寸測量系統(tǒng)，以提高測量精度。（2）對于大型零件的測量環(huán)境復雜，以及因手工測量操作大型部件的測量存在不可靠的因素，因此，采用非接觸式光點測量技術(shù)測量大尺寸部件將是大尺寸檢測發(fā)展的主要方向。機器視覺測量技術(shù)作為一種非接觸的、高精度的柔性坐標測量技術(shù)，可以滿足現(xiàn)代化制造領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)及系統(tǒng)新的更高的技術(shù)需要，基于機器視覺測量原理對車軸尺寸測量裝置進行設計研究，通過模擬裝置進行實際測量、試驗驗證，數(shù)據(jù)顯示，用激光位移傳感器測量車軸尺寸裝置測量方法簡單、測量精度高，且適用于大尺寸軸徑測量。2 火車車軸尺寸檢測機構(gòu)系統(tǒng)的方案設計2.1 概述火車車軸應按預先規(guī)定的工藝規(guī)程及技術(shù)要求完成,并應符合《車輛輪對、軸承組裝及檢修4規(guī)則》的規(guī)定?；疖囓囕S在外觀檢查后必須測量各部尺寸,并按規(guī)定建立車軸卡片,確定旋修范圍。隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新、生產(chǎn)水平的加速進步，要求機械裝置的精度、速度也越來越高。軸類相關(guān)零件主要起到傳遞轉(zhuǎn)矩和運動的作用，并保證各部件性能的穩(wěn)定性，是各種機械裝置中應用范圍最廣、應用面最大、應用程度最高的一種零件，諸如各類變速箱、汽車發(fā)動機及傳動部件、火車輪對系統(tǒng)等中都有軸類零件重要應用。用激光位移傳感器測量技術(shù)作為一種非接觸的、高精度的柔性坐標測量技術(shù)，可以滿足現(xiàn)代化制造領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)及系統(tǒng)新的更高的技術(shù)需要，基于機器視覺測量原理對軸徑測量裝置進行設計研究，通過模擬裝置進行實際測量、試驗驗證，數(shù)據(jù)顯示，此激光視覺軸徑測量裝置的測量方法簡單、測量精度高，且適用于大尺寸軸徑測量。為適應鐵道部火車車軸組裝和提速的需要, 新車統(tǒng)標準的要求,實現(xiàn)火車軸尺寸參數(shù)自動測量及各設備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,提高設備檢測水平,保證火車軸檢修及組裝質(zhì)量。我們在調(diào)研國內(nèi)外同類設備技術(shù)的基礎上,采用非接觸的激光位移傳感器測量技術(shù),開發(fā)研制了火車軸參數(shù)測量機。通過對火車軸參數(shù)的測量,解決了傳統(tǒng)人工測量存在的問題同時可與其它工序共享所檢測的數(shù)據(jù),而且實現(xiàn)數(shù)據(jù)全雙工通訊,可將測量數(shù)據(jù)直接存入輪軸系統(tǒng)。2.2 主體設計由基座、側(cè)翻機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，測量機構(gòu)組成，并配置激光位移傳感器，伺服電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及精密機械傳動系統(tǒng)等一整套測量裝置。設計尺寸測量機構(gòu)的長為 3900mm，寬為 2880mm，高為 4300mm，并配置激光位移傳感器，伺服電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及精密機械傳動系統(tǒng)等一整套測量裝置，采用灰鐵鑄造框架結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,機構(gòu)部分與檢測部分分離設計,排除定位部分的壓力變形對檢測精度的影響，采用頂尖定位的方式,以滿足系統(tǒng)對測量精度的要求主體結(jié)構(gòu)應力分布合理,穩(wěn)定性好。2.3 火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)的設計方案5圖 2-1 1.上頂尖 2.激光位移傳感器 3.滑架 4.側(cè)翻底板 5.底座 6.側(cè)翻機構(gòu) 7.下頂尖圖 2-21.桿 2.底座 3.三腳架 4.拉桿式液壓缸 5.側(cè)翻底板火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機構(gòu)最主要的是要求車軸要豎直放置測量，如果車軸橫放頂尖夾緊后電機帶動車軸轉(zhuǎn)動，在車軸自身重力的作用下會發(fā)生彎曲，使得測量結(jié)果不準確，達不到測量的精度要求。車軸豎直放置還不能損壞車軸表面，因此我設計了一種翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，它是由底座、三腳6架、液壓拉桿等組成，可以實現(xiàn)將軸翻轉(zhuǎn)豎直測量。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將車軸豎直后，該機構(gòu)到達最大翻轉(zhuǎn)程度，翻轉(zhuǎn)托板成九十度，整個裝置繞著托板前端翻轉(zhuǎn)，三腳架可以相互轉(zhuǎn)動，拉桿繞著底座轉(zhuǎn)動，此時，側(cè)翻托板上的支撐點與側(cè)翻托板前端垂直，這樣就可以將水平的車軸側(cè)翻成豎直狀態(tài)。在翻轉(zhuǎn)前，4 帶有液壓拉桿的活動夾將車軸固定，在豎直狀態(tài)后，下部帶有液壓缸的頂尖對準車軸中心孔，上部頂尖也下降至車軸中心孔，這時，4 個活動夾松開，帶有摩擦輪的電機沿滑槽移動至摩擦輪接觸到車軸之后，啟動電機讓摩擦輪旋轉(zhuǎn)帶動車軸旋轉(zhuǎn)，帶有激光位移傳感器的上下滑架開始工作，最后，完成測量工作。用吊車準確將被測車軸準確平穩(wěn)地送入放軸凹槽，而將測量完畢的車軸平穩(wěn)送出測量裝置，當車軸進入預備工位時，工業(yè)計算機發(fā)出控制命令，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置是翻轉(zhuǎn)機構(gòu)運動將車軸從平衡狀態(tài)推送至豎直狀態(tài)，車軸剛好進入孔中，再由上下頂尖夾緊車軸，隨后電機轉(zhuǎn)動帶動頂尖旋轉(zhuǎn)，車軸也就隨之旋轉(zhuǎn)，使用上下滑架帶動傳感器的移動來測量車軸尺寸，當車軸測量完畢后，計算機控制進出總成的導出系統(tǒng)使翻轉(zhuǎn)機構(gòu)再次移動將已測車軸平穩(wěn)送出測量工位整個進出總成機構(gòu)的設計與導入和導出控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，避免了車軸進入測量工位時對裝置造成的沖擊，并控制車軸的速度，防止發(fā)生現(xiàn)場生產(chǎn)安全事故。系統(tǒng)以工業(yè)計算機為核心，通過吊車將被測車軸平穩(wěn)送入測量工位，電機控制頂尖旋轉(zhuǎn)帶動車軸按預定速度轉(zhuǎn)動，同時，激光位移傳感器掃描車軸測量部位實時獲取車軸外形特征并反饋給計算機，計算機經(jīng)過處理并根據(jù)測量算法得到車軸尺寸。驅(qū)動總成安裝在測量裝置的基座上，其作用是通過工業(yè)計算機向步進電機發(fā)出電脈沖信號，將步進電機的運動經(jīng)機械裝置傳遞給頂尖，頂尖帶動車軸轉(zhuǎn)動，可以控制車軸的運動，配合傳感器準確采集各軸段的信息，完成軸尺寸測量。由基座、側(cè)翻機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，測量機構(gòu)組成，并配置激光位移傳感器，伺服電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及精密機械傳動系統(tǒng)等一整套測量裝置，伺服電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及精密機械傳動系統(tǒng)等一整套測量裝置，不是靠特制工具的手工測量方法。當被測量車軸進入測量裝置后，通過伺服電機驅(qū)動控制磨砂輪旋轉(zhuǎn)再帶動車軸旋轉(zhuǎn)，激光位移傳感器在車軸的旋轉(zhuǎn)過程中完成車軸尺寸的檢測。73 火車車軸尺寸檢測機構(gòu)液動系統(tǒng)設計3.1 液壓部分設計與計算車軸尺寸測量系統(tǒng)的大部分動作都由液壓系統(tǒng)來實現(xiàn),因此液壓系統(tǒng)設計的好壞直接影響到系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)液壓站采用最新的液壓控制技術(shù),全部液壓系統(tǒng)采用進口器件,保證液壓系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)良,液壓系統(tǒng)的每個動作都由可調(diào)節(jié)的減壓閥來控制,可以根據(jù)系統(tǒng)的運行情況調(diào)節(jié)各部分動作保證系統(tǒng)在允許壓力下工作。液壓缸具有多種不同的類型，在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計中， 選擇拉桿型液壓缸，前后端蓋與缸筒用四根拉桿來連接，前后端蓋為正方形、長方形或圓形。前后端蓋和活塞等主要零件均為通用件。因此，拉桿型液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、零件通用化程度較高，但是，受到行程長度、缸筒內(nèi)徑和額定壓力的限制。如缸筒內(nèi)徑過大和額定壓力偏高時，因拉桿材料強度的要求，選取大直徑拉桿，但徑向尺寸不允許拉桿直徑過大。3.1.1 液壓缸的設計計算與選取火車軸質(zhì)量 m＝1000kg 但是考慮安全系數(shù) 取 m＝1200kg液壓缸的單缸最大起升的質(zhì)量 M＝1200kg升降平臺的最大起升高度：h＝1.5m上升速度等于下降速度 v＝0.1m/s液壓平臺上升工況的最大負載 F＝M g＝1200 10＝12000N?液壓缸的機械效率 ＝0.95?液壓缸的工作壓力由表可知 P＝1MPa表 3-1 不同負載下的工作壓力負載 F/KN 50工作壓力p/MPa53.1.2 液壓缸的缸筒的設計與計算（1）液壓缸內(nèi)徑 D 的計算8由公式 D= ??PFmax4??1-3（Fmax=12000N；P=1MPa； =0.95）?解得 D=0.063426m根據(jù)表可知，圓整成標準值后，得液壓缸內(nèi)徑 D=80mm表 3-2 液壓缸內(nèi)徑系列 mm（GB/T 2348-93）8 10 12 16 20 25 32 40 5063 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180）200 （220） 250 （280） 320 （360） 400 （450） 500（2）缸筒壁厚和外徑計算本設計的內(nèi)徑 D 為 80mm，查液壓設計手冊液壓缸的外徑 D1 為 95mm，缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度，但為安全起見我們還要進行校核。由于 D=80mm，外徑 D1=95mm，則 /D=0.09416MPa 時的 Pmax=1.25Pn；[ ]—材料的許用壓力。?b 為材料的抗拉強度，n=3.5—5，這里 n 取 5。選用 45 號鋼，并且調(diào)質(zhì) 241~285HB，查工程力學可知 45 號鋼的抗拉強度 b=530~598MPa，現(xiàn)取 b=560MPa，故：??[ = =112MPanb?]560由于液壓缸的工作壓力 P=1.5MPa0.8mm，故強度足夠。3.1.3 活塞桿的設計與計算活塞桿是液壓缸傳遞動力的主要部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。（1）活塞桿直徑的計算根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般受拉力作用時，d=0.3~0.5D。受壓力作用時 P ][4??F??3-式中 d---活塞桿直徑F---活塞桿上作用的力---活塞桿材料的許用應力， ， s 為材料的抗力強度，n 為安全系數(shù)，一???般取 n1.4。由 45 號鋼的許用應力 MPa，F(xiàn)=5000N375.160??nb10得 d0.0043m，而 d=40mm，故活塞桿強度符合要求。按彎曲穩(wěn)定性校核當活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離 l10d 時，應進行穩(wěn)定性校核。按材料力學理論，當一根受壓直桿的軸向載荷 F 超過臨界受壓載荷 Ff 時，即可能失去原有的直線狀態(tài)平衡，稱為失穩(wěn)，其條件為：Fe1S所以 X=0.41，Y=0.87=4884.6N??11fARPYFX??同理 =1.44e，2S22所以 X=0.41，Y=0.87=3352.8N??22fARPYFX??（4）壽命計算：（a）下軸承壽命計算：h=4233.83000h366h10 .4810501n???????????????PCL符合設計要求（b）上軸承壽命計算：h=19472h3000h366h10 8.521001n???????????????PCL符合設計要求4.2.3 軸承的靜強度計算為了使軸承滿足靜強度的要求，應滿足下式；式中 為靜強度安全因數(shù)，取 =3.5；0S0S下軸承額定靜載荷 C1=10.1KN,上軸承額定靜載荷 C2=7.4KN為當量靜載荷，0P=1820.210101ARFYXP???=785.2N22下軸承靜強度校核： 5.3.2180m??PG上軸承靜強度校核： 5.34.9281??C上下軸承靜強度校核均符合設計要求234.2.4 頂尖心軸的設計與計算在設計中頂尖是用來定位和支撐車軸的，頂尖心軸要承受較大的壓力，因此頂尖心軸的材料我選擇的是：45 號鋼各軸段直徑：圖 4-1 頂尖心軸軸段 2、4 直徑為 =45mm， =45mm2d4軸段 2、3 之間為定位軸肩，故取軸肩高度：h=0.07 ????m1.4~32~1d??則軸段 1 直徑為：= +2h=45mm12 2.5.6.?取 =50mm1d軸段 3、4 之間為非定位軸肩，僅為軸承拆裝方便而設，根據(jù)設計要求，裝配完成后頂尖伸出部分為 50mm，軸段 2、4 長度取決于其上圓錐滾子軸承寬度，已知，兩軸承寬度均為 14mm，故?。?m604042?L，軸 5 長度取決于其上止動墊圈及圓螺母厚度，止動墊圈厚度為 2mm，圓螺母厚度為 8mm，根據(jù)設計要求，粗估計頂尖心軸長度為 400mm。244.3 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計與強度校核圖 4-2 側(cè)翻機構(gòu)圖 4-3 側(cè)翻機構(gòu)火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機構(gòu)要求車軸要豎直放置測量，車軸豎直放置還不能損壞車軸表面，因此我設計了一種翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，它是由底座、三腳架、液壓拉桿等組成，可以實現(xiàn)將軸翻轉(zhuǎn)豎直測量。它的底座采用灰鐵鑄造框架結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)中桿件的強度、剛度非常重要。25為了保證桿在機構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳機構(gòu)鋼，只有在特別強化且產(chǎn)量不大的汽油機中用 40Cr 等合金鋼。合金鋼有較高的綜合機械性能，但當存在產(chǎn)生應力集中的因素時，它的耐勞能力急劇下降，甚至低到與碳素鋼不相上下。所以合金鋼連桿的形狀設計、過度圓滑性、毛坯表面質(zhì)量下降等，必須給以更多的注意，才能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)材料的潛力。設計三腳架的尺寸為 600mm，500mm，150mm，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)單獨桿件長為 900mm?；疖囕S質(zhì)量 m＝1000kg 但是考慮安全系數(shù) 取 m＝1200kg 車軸的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)是由兩對拉桿式液壓缸組成，所以校核一側(cè)的安全強度即可：m=300kg G=3000N 三腳架桿件設計直徑為 100mm桿件的橫截面積為： S= =3.14 =78502r??23023000N圖 4-4F1= = =6000N。30sinG5.強度條件 許用應力：保證構(gòu)件安全可靠工作所容許的最大應力值。 σ°為極限應力，n 為的安全系數(shù)。??n??校核強度： ???AN