客車用盤式制動閘制動性能檢測系統(tǒng)設計
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畢業(yè)設計
開題論證報告
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學生姓名
班 級
學 號
指導教師
完成日期
課題名稱：客車用盤式制動閘制動性能檢測系統(tǒng)設計
一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
1.課題來源
課程或實驗室建設
2.課題研究主要內(nèi)容
1．產(chǎn)品名稱：客車用盤式制動閘制動性能檢測系統(tǒng)研究
2．設計對象：盤式制動閘制動性能檢測系統(tǒng)
3．研究對象：盤式制動閘制動過程模型，以及利用單片機設計制動參數(shù)檢測系統(tǒng)
4．盤式制動閘制動性能檢測系統(tǒng)的檢測參數(shù)確定及檢測方法
5．盤式制動閘制動性能檢測系統(tǒng)的檢測要求及精度要求
3.國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
1．王永臣 陳剛 王磊 崔秀 在《單片機制動閘自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)》中給出單片機制動閘自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結構，闡明了它的工作原理和特點。系統(tǒng)采用根據(jù)流過電機電樞的電流控制電機啟停的方法和多種抗干擾措施。其控制方案新穎，工作可靠，抗干擾能力較強。
2．莊光山 王成國 姚永強 王海慶在《制動盤對盤形制動摩擦性能的影響》中研究了慣性力矩制動試驗臺。對多種不同石墨形態(tài)的鑄鐵制動盤與混雜纖維增強酚醛基制動閘片配副時的摩擦磨損性能進行了研究。結果表明：制動盤對盤形制動摩擦性能有明顯影響。
3．程真啟 高頂 張曉光 趙番在《礦井提升機制動閘間隙監(jiān)測儀的設計》中紹了基于Meal6單片機的礦井提升機閘間隙監(jiān)測設備的設計方法，通過對煤礦提升機閘間隙和空動時間的測量，能夠實現(xiàn)對盤形閘的監(jiān)測，解決了煤礦提升的安全隱患問題，滿足了煤礦安全生產(chǎn)的需要。
4．賈福音 李志佳 王一賓 孫晉響 在《摩擦提升機滑繩安全可靠制動分析》中析了摩擦提升中繩滑動與繩靜、動張力的關系。通過理論分析、參數(shù)分配提出了滿足系統(tǒng)安全可靠制動的外力制動方式，此方式不僅可以解除滑繩事故，也可以保證制動閘失靈狀態(tài)下，對系統(tǒng)可靠制動。這套設備的研發(fā)成功，可有效控制滑繩事故的發(fā)生，為摩擦提升礦井安全高效生產(chǎn)提供保證。
5．陳磊 任中全 熊雙輝在《礦井提升機盤式制動閘空動時間測試裝置設計》中針對礦井提升機盤式制動閘空動時間偏長對礦井提升機事故的影響,依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》對盤式閘空動時間測試方法進行了研究,采用了繼電器的工作原理設計了測試盤式閘空動時間的測試裝置,并使用虛擬儀器測試系統(tǒng),通過Lab VIEW編程語言程序對本測試裝置進行了驗證。
6．王宏德在《盤式制動閘制動力矩下降原因分析與對策》中通過對盤式制動閘制動力矩下降原因的分析, 提出了相應的防范對策, 取得了較好的效果。系統(tǒng)操作簡單快捷, 能夠實現(xiàn)真正的自動排料。可靠性進一步提高, 維護量大大減少, 整個系統(tǒng)控制完全數(shù)字化, 通過操作面板上的數(shù)碼管顯示及幾個觸摸按鈕, 即可完成全部操作。
7．和田雄一等(日)在《新開發(fā)的制動閘片和制動盤》中闡述新開發(fā)的耐磨耗制動閘片和耐熱裂紋制動盤的優(yōu)良性能, 兩者組合使用時, 經(jīng)濟效益頗佳。新開發(fā)的制動閘片, 與各國采用的閘片相比, 其耐磨性較佳, 對制動盤也沒有破壞作用。NCM 制動盤耐熱裂紋性好, 也有減低摩擦副閘片磨耗的效果。新開發(fā)的制動閘片與制動盤組合使用時, 對降低車輛維修成本具有很大的意義。
8. XAVER WIRTH〔德國〕在《制動閘片提高了盤形制動器的性能》中介紹德國鐵路公司的高速列車與早期列車的四個制動盤相比, 它在每根軸上只裝兩個制動盤, 使用一種改善了接觸模式的先進制動片, 可以降低嗓聲并使能全吸收能力提高了。
9. 莊光山 王成國 王海慶 姚永強在《混雜纖維增強制動閘片的制動性能研究》中采用改性酚醛樹脂為基體, 炭纖維與鋼纖維、礦物纖維等混雜材料作為增強材料, 研制了適用于提速列車盤形制動的少金屬制動閘片。在慣性力矩試驗臺上對其制動性能進行了測試。試驗結果表明, 該制動閘片在各種規(guī)定試驗條件下的摩擦性能均能滿足最高運行速度為120 km/ h——160 km/ h 的提速列車的使用要求。
10. 趙建明 吳鵬在《半金屬基提速客車盤形制動閘片摩擦特性的研究》中介紹了一種適用于制造提速客車盤形制動閘片的半金屬基摩擦材料的摩擦磨損特性方法。試驗表明研制的配方半金屬摩擦材料具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和較好的耐磨性及其抗熱衰退性。實物慣性臺架試驗結果表明, 研制的配方閘片具有較高的摩擦系數(shù), 制動距離較短, 制動性能穩(wěn)定, 完全能滿足提速客車運行的制動要求。
總結：以上文獻中作者從多個思路對盤式制動器的工作原理及條件有詳細描述，多有從材料的角度來闡述車用盤式制動器的摩擦性能，但在檢測動態(tài)性能方面少有闡述尤其未曾涉及傳感器，A/D數(shù)模轉換的內(nèi)容，所以眾論文只是提供了盤式制動器的感性認識和制動狀態(tài)描述。
二、本課題擬解決的問題
(1) 傳感器的選型設計與計算
(2) 盤式制動閘制動性能模型研究
(3) 基于單片機的數(shù)據(jù)采集單元的設計，主要包括檢測傳感器的選型設計、A/D 轉換設計、控制單元設計，電源設計，通信等
(4) 制動系統(tǒng)軟件程序設計
三、解決方案及預期效果
1.制動性能模型研究
主要有施閘及松閘過程中閘瓦運動學分析和制動力矩分析，此分析建立了制動閘的制動動力學模型，得到了制動性能參數(shù)之間的相互影響關系，為檢測系統(tǒng)的設計提供基礎性理論指導，可為傳感器和檢測系統(tǒng)的設計提供基礎性數(shù)據(jù)。
2.檢測系統(tǒng)總體設計
（硬件）主要有傳感檢測部分、數(shù)據(jù)采集部分和系統(tǒng)監(jiān)控部分，傳感器可以選用壓力傳感器、位移傳感器，數(shù)據(jù)采集器主要采集模擬量，分為信號調(diào)理模塊、A/D轉換模塊、單片機、串行通訊模塊和電源。A/D轉換主要考慮轉換速度和精度；本系統(tǒng)選用的單片機要能夠控制轉換芯片、選擇A/D轉換芯片并讀取A/D轉換數(shù)據(jù)，同時還應有與上位工控機進行串行通信的功能。數(shù)據(jù)采集器采用12V供電，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)的硬件、軟件設計上都必須采取相應的抗干擾措施。
（軟件）單片機系統(tǒng)軟件：采集位移、壓力傳感器輸出的模擬信號，并實現(xiàn)單片機和工控機的串行通信；組成：主程序+中斷程序 主程序是完成單片機系統(tǒng)初始化并采集傳感器輸出的信號；串行中斷程序是完成單片機系統(tǒng)與工控機的串行通信。
四、課題進度安排
2月21日～3月5日．畢業(yè)實習階段。
畢業(yè)實習，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習報告。
3月5日～3月19日．開題階段。
提出總體設計方案及草圖，填寫開題報告。
3月20日～5月7日． 設計初稿階段。
完成總體設計圖、部件圖、零件圖。
5月8日～5月25日． 中期工作階段。
完善設計圖紙，編寫畢業(yè)設計說明書，中期檢查。
5月26日～5月27日．畢業(yè)設計預答辯。
5月28日～6月6日．畢業(yè)設計整改。
圖紙修改、設計說明書修改、定稿，材料復查。
6月7日～6月8日．畢業(yè)設計材料評閱。
6月9日～6月10日．畢業(yè)答辯。
6月11日～6月15日．材料整理裝袋。
五、指導教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學院意見
簽名
年 月 日
6
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