開題報(bào)告
設(shè)計(jì)題目： 火車輪對(duì)配合尺寸檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（以頂尖定位）
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１、課題論證
1.1課題研究的目的與意義
輪對(duì)作為鐵路車輛重要的行走部件，在鐵路安全運(yùn)輸和速度方面起著關(guān)鍵性的作用。目前，影響我國鐵路車輛提速的主要原因之一是車輛輪對(duì)的檢測(cè)技術(shù)落后，無法快速、精確地檢測(cè)出輪對(duì)狀態(tài)、在輪對(duì)的段修過程中，需要檢測(cè)的輪對(duì)參數(shù)很多，如輪緣厚度、輪輞寬度、車輪端跳、車輪徑跳等這些都是直接影響車輛運(yùn)行的重要參數(shù)，必須及時(shí)、準(zhǔn)確地加以檢測(cè)和診斷。這些參數(shù)也是作為研究鐵路車輛動(dòng)力學(xué)’車輛穩(wěn)定性和曲線導(dǎo)向等問題的前提。當(dāng)前輪對(duì)參數(shù)的檢測(cè)和數(shù)據(jù)記錄在國內(nèi)基本上還是靠手工完成，測(cè)量工具采用特制卡鉗和直尺。長(zhǎng)期、大量的重復(fù)性手工業(yè)使得工人極易產(chǎn)生疲勞，加上目測(cè)差等問題，使得手工測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差較大，工作效率難得以提高。為了改變這一現(xiàn)狀，本課題就有了積極意義。
本課題的目的在于開發(fā)出一種全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，以便減少誤差，提高效率。
1.2文獻(xiàn)綜述（相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀）
1.2.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年 ,美國科羅拉多州博爾德的美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院又開發(fā)了一種采用EMAT(電磁超聲換能器)快速檢測(cè)鐵路貨車鑄鋼車輪輪輞殘余應(yīng)力狀態(tài)的超聲波無損檢測(cè)裝置。該系統(tǒng)的工作原理是:根據(jù)穿過材料的聲速隨殘余應(yīng)力的變化而變化 ,EMAT裝置產(chǎn)生正交的兩束偏振超聲波,超聲波從輪輞正面穿過截面和背面 ,其徑向和周向的穿播時(shí)間差可用于計(jì)算周向殘余應(yīng)力。 與傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)裝置相比 , EMAT裝置不需要耦合劑 ,消除了因耦合不良造成的誤差,從而提高了儀器的精度。
意大利鐵路于1985年開發(fā)了適于車輪探傷的超聲波無損檢測(cè)技術(shù)。它采用串列式雙探頭分別檢查輪緣和踏面區(qū)域。目前這種方法已部分用于高速列車、機(jī)動(dòng)車、輕軌車輛和時(shí)速180km /h以上的拖車車輪檢查中。
在 我 國，近 年 來，逐 漸 開 始 研 究 輪 對(duì) 自 動(dòng) 檢 測(cè) 裝 置，形 成 了 利 用 渦 流 傳 感 器 陣 列 和 傳 感 器 跟 蹤 方 式測(cè) 量 輪 對(duì) 參 數(shù) 的 構(gòu) 思 ，但 并 沒 有 投 入 實(shí) 際 運(yùn) 用 。另 外 也 有 利 用 振 動(dòng) 加 速 度 法 機(jī) 車 檢 測(cè) 與 故 障 診 斷 動(dòng) 態(tài) 測(cè) 量 踏 面 擦 傷 的 裝 置 ，但 效 果 并 不 理 想 。目 前，在 輪 對(duì) 參 數(shù) 檢 測(cè) 方 面 ，尚 未 有 一 種 檢測(cè) 項(xiàng) 目 全 面、廣 泛 適 用 的 在 線 動(dòng) 態(tài) 檢 測(cè) 產(chǎn) 品。
1.3課題研究的內(nèi)容、總體方案及技術(shù)路線、進(jìn)度安排等
1.3.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：
利用CATIA等軟件完成火車輪對(duì)制動(dòng)盤檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)包括軸肩距離、輪緣厚度、輪輞厚度、車輪端跳、車輪徑跳、車輪直徑、車輪內(nèi)測(cè)距、Qr值及輪緣高度檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維建模，完成主要部件的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。
1.3.2、設(shè)計(jì)要求：
主要技術(shù)參數(shù)：
軸肩距離：221.5-222.71mm； 輪緣厚度：26mm； 輪輞厚度：135(1)mm； 車輪端跳： 0.2mm;
車輪徑跳：0.1mm； 車輪直徑：（840-920）0.3mm； 車輪內(nèi)測(cè)距：1353（0/+2）mm；
Qr值：6.5mm； 輪緣高度：28mm；
完成工作量要求：
（1）.A0裝配圖、零件圖3張（當(dāng)量圖紙3張A0），機(jī)械結(jié)構(gòu)三維建模，手繪1張A1圖紙；
（2）.開題報(bào)告一份，字?jǐn)?shù)不少于3000字；
（3）.設(shè)計(jì)說明書一份（按學(xué)院相關(guān)文件要求），字?jǐn)?shù)1.5萬字左右,并不少于30頁；
（4）.提交外文專業(yè)資料復(fù)印件及中文譯文打印件各一份，外文原文不少于3000單詞，并有明確的文獻(xiàn)出處；
5.參考資料8篇以上，其中外文資料2篇以上；
6.所有設(shè)計(jì)資料電子版（光盤）一份。
1.3.3.總體方案設(shè)計(jì)及技術(shù)路線：
根據(jù)輪對(duì)檢測(cè)工藝，檢測(cè)裝置采用龍門架通過式結(jié)構(gòu)，主要包括機(jī)架、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)、頂輪機(jī)構(gòu)、激光傳感系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等幾部分。輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)裝置外形見圖2 。機(jī)架部分包括基座、立臂、上梁 等組成的龍門架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部安裝有頂輪機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)光 視覺傳感系統(tǒng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。此外，根據(jù)車間操作需要，測(cè)量裝置前后配備了輪對(duì)進(jìn)出導(dǎo)軌。
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)的作用是控制輪對(duì)按一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，在輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中完成輪對(duì)的檢測(cè)。它由步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、連桿、減速箱和左右驅(qū)動(dòng)輪等組成。步進(jìn)電機(jī)接受由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，按一定頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，通過聯(lián)軸器、減速箱等精密傳動(dòng)裝置將運(yùn)動(dòng)傳至左右驅(qū)動(dòng)輪，由驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
頂輪機(jī)構(gòu)主要由頂塊、液壓站和液壓缸組成，左、右各配置一套，并且由計(jì)算機(jī)控制動(dòng)作。頂輪機(jī)構(gòu)的作用是將待測(cè)輪對(duì)準(zhǔn)確、平穩(wěn)地送入測(cè)量工位，測(cè)量完畢后將輪對(duì)平穩(wěn)地送出測(cè)量裝置。當(dāng)輪對(duì)進(jìn)入預(yù)備工位時(shí)，工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，左右液壓缸上升，由頂塊托住輪對(duì)，然后緩慢下降，將輪對(duì)平穩(wěn)送至測(cè)量工位。當(dāng)輪對(duì)測(cè)量完畢后，計(jì)算機(jī)控制液壓缸的頂塊再次上升，將已測(cè)輪對(duì)平穩(wěn)送出測(cè)量工位。頂輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，使用安全，巧妙的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)使它的單一運(yùn)動(dòng)同時(shí)具備進(jìn)輪與出輪功能。
輪對(duì)測(cè)量過程簡(jiǎn)述如下：首先輪對(duì)沿軌道進(jìn)入預(yù)備工位如圖1，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，頂輪機(jī)構(gòu)將輪對(duì)平穩(wěn)地送入測(cè)量工位，傳感裝置向計(jì)算機(jī)發(fā)出就位信號(hào)，然后計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，開啟結(jié)構(gòu)光視覺傳感系統(tǒng)，將輪對(duì)所有參數(shù)采集并輸入到計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出各參數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)輪對(duì)全部幾何參數(shù)的非接觸式自動(dòng)測(cè)量。測(cè)量結(jié)果由計(jì)算機(jī)顯示并按照輪對(duì)卡片格式打印輸出。頂輪機(jī)構(gòu)再次上升，將已測(cè)輪對(duì)平穩(wěn)送出測(cè)量工位。
技術(shù)路線
(1)機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型
(2)控制系統(tǒng)的選型與設(shè)計(jì)
(3)檢測(cè)裝置的選型與設(shè)計(jì)
圖1
1、上梁 2、左立柱 3、頂輪機(jī)構(gòu) 4、頂尖 5、輪對(duì) 6、基座 7、絲桿 8、測(cè)量機(jī)構(gòu) 9、右立柱 10、 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu) 11、電機(jī) 12、傳感器
圖2
1.3.4 進(jìn)度計(jì)劃
時(shí)間
設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
第1-2周
（3.21-4.3）
分析、查閱資料，熟悉設(shè)備技術(shù)要求、背景，學(xué)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，做好前期準(zhǔn)備工作，撰寫開題報(bào)告 和外文翻譯。準(zhǔn)備開題報(bào)告答辯PPT
第3-4周
（4.4-4.17）
總體方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行火車輪對(duì)配合尺寸檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定總體尺寸。
第5周
（4.18-4.24）
繪制結(jié)構(gòu)草圖，計(jì)算并校核有關(guān)尺寸。
第6-8周
（4.25-5.15)
三維設(shè)計(jì)
第9周
(5.16-5.22)
繪制一張Ａ0的裝配圖。手繪一張Ａ1的圖。
第10周
(5.23-5.29)
繪制2張Ａ0的零件圖。
第11周
(5.30-6.??5)
檢查設(shè)計(jì)，修改設(shè)計(jì)。
第12周
(6.6-6.12)
整理編寫設(shè)計(jì)說明書，交指導(dǎo)老師審定，制作答辯提綱，設(shè)計(jì)定稿，打印，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
第13周
(6.13-6.19)
進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
1.4 注意存在的問題
(1) 輪對(duì)上升時(shí)，確保兩邊速度相同
(2) 注意溫度的影響
(3) 產(chǎn)品的使用壽命
1.5 參考文獻(xiàn)
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2、答辯組論證結(jié)論
（1）方案可行，技術(shù)路線清晰 □ （2）方案可行，技術(shù)路線基本清晰 □
（3）方案基本可行，技術(shù)路線不很清晰 □ （4）方案和技術(shù)路線不很清晰 □
（5）方案和技術(shù)路線不清晰 □
3、指導(dǎo)教師意見： 教研室主任意見：
指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：
年 月 日 年 月 日
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