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1、毕业设计开题报告毕业设计开题报告 毕业设计题目毕业设计题目:列车车轮磨损检测仪列车车轮磨损检测仪1、 课题的目的及意义车轮作为机车车辆走行部的重要部件, 直接关系到行车安全。在实际运用 过程中, 由于存在着线路养护条件较差、轮轨外形及材质匹配不合理、转向架 技术状态不良和牵引装载定数过大等诸多原因, 导致车轮踏面和轮缘的磨耗加 剧, 影响了机车车辆的正常运转, 降低了机车车辆的利用率。因此, 及时准确 地掌握车轮的磨耗状况是非常必要的。我国铁路机务车辆部门对各型车轮的磨 耗限度均有明确的规定。在检修车轮时, 主要通过测量轮缘踏面外形的几何参 数来判断车轮的磨耗程度。这些数据包括, 车轮直径、轮
2、缘厚度、踏面磨耗和 垂直磨耗等, 其中以轮缘厚度最为关键。如何准确方便地测量车轮外形参数是 迫切需要解决的问题。国外各主要发达国家为此进行了长期研究和探索, 也取 得了显著成果。概括起来, 车轮外形几何参数的测量方法基本分为静态检测法 和动态检测法。静态检测是指机车车辆在检修时进行的测量; 动态检测则是指 机车车辆在运行时进行的测量。静态检测技术静态检测技术经历了机械量具测量和电子量具测量等阶段。随着微电子技 术和可编程技术的发展,机械量具已逐渐被电子量具所取代。下面简要介绍几种 国外典型的电子式测量产品。 1) 美国便携式车轮断面测量仪 美国国际电子机械有限公司于80 年代末期研制成功便携式
3、车轮断面测仪。 这种仪器可在2 s 的时间内测出轮缘厚度和踏面磨耗等数据, 并能打印记录测 量结果, 使用非常方便。在进行任何测量工作以前, 两组控制机构可确保仪器 放在车轮正确的位置, 因而其测量精度很高。这种仪器已形成系列产品, 可广 泛用于机车车辆和地铁动车组的车轮参数测量, 并可在任何照明和气候条件下 正常工作, 测量数据可以自动传送到已有的计算机系统处。利用预先编制的维 修程序, 这种仪器能够使检修人员把旋轮和换轮成本降至最低程度。该公司还 于同期研制成功便携式的轮径电子测量仪和车轮轮廓测量仪。轮径测量仪能在 不拆卸轮对的情况下精确测出车轮的直径, 测量误差不超过0. 76 mm。当
4、同根 车轴或同台转向架不同车轮的直径超过用户规定的限度值时, 仪器将发出报警 信号。机内预编程序可对不同标称直径的车轮设置相应的公差, 定位机构可以 准确地将仪器放在车轮合适的位置, 进而得到精确的读数。轮廓测量仪能够提 供完整的轮缘踏面的数字化断面, 可以随时精确地测定踏面各点的磨耗量。仪 器还能为评价改变车轮踏面形状、更换车轮的整修计划以及不同的轮缘润滑技 术的效果提供所需的数据。 2) 芬兰车轮外形测量仪 芬兰铁路已于90 年代初期研制成功车轮外形测量仪。这种仪器可以测绘磨 耗车轮的外形并将测得的数据与存储的参考数据比较, 进而计算出车轮外形参 数并对近限或超限车轮发出旋修指令。仪器能在
5、大约3 s 的时间内测量1 000 个点,每2 点的间隔仅有0. 10 mm。测量装置用永久磁铁安装在车轮上, 包括齿轮和齿条的测量架可在车轮踏面上移动, 传感器和直线形滑杆负责采集数据并 传输给控制装置。计算机程序能够把车轮外形放大3倍、4 倍或10 倍, 并以图 像或数字形式显示出来, 另外还可以直接从控制装置或从计算机绘出车轮形状 或打印测量结果。 3）日本轮对自动检测装置 日本铁路于80 年代末期研制成功轮对自动检查装置。当转向架解体后, 装 置可同时检测轮对2 个车轮的外形参数。整套装置主要由平行光源( 2 只) 、CCD 摄像机( 2台) 、控制处理机构和外部设备等组成。当轮对沿垂
6、直方向以 较低的速度匀速升高时, CCD 摄像机可拍摄车轮的外形轮廓, 经计算机处理运 算后,将车轮参数和轮廓图像显示在屏幕上并存储在磁盘里。该装置可测量轮缘 厚度、踏面磨耗和车轮内距等数据, 当所测尺寸超过限度值时, 便有红色数字 显示,测量误差小于0. 20 mm, 测量周期约为20 min/ 对。这套装置不仅实现 了检修作业自动化, 提高了检测精度和可靠性, 而且极大地改善了作业环境。动态监测技术动态检测技术是与静态检测技术同步发展起来的。由于具有测量自动化程度 高、不占用机车车辆周转时间和便于存储车轮信息资料等特点, 因此在最近的 10 年里, 动态检测技术日益受到世界各国的重视。对车
7、轮外形参数施以动态检 测, 可采用随车测量型式或地面测量形式。随车测量型就是在机车车辆上安装 车轮外形参数的测量系统, 虽然能够做到实时监测, 但需为所有车轮都加装传 感器件, 不经济也不必要。据资料检索, 目前仅有日本铁路对新干线电动车组 开发试用了随车式车轮磨耗形状检测装置。地面测量型就是在线路上固定安装 车轮外形参数的测量系统, 对于大量正在运用的机车车辆而言, 这种地面式动 态测量设备最为理想。下面简要介绍几种国外典型的地面式检测装置。 1）俄罗斯轮对参数自动化检测装置 俄罗斯联邦铁路于90 年代中期研制成功轮对参数自动化检测装置。它采用 超声遥测的非接触方法,当机车车辆以不大于5 k
8、m/ h 的速度运行时, 遥测传感 器组可测出距车轮各个特征表面的距离, 经分析处理后, 可得出车轮直径、轮 缘厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等参数。测量误差分别为: 轮径误差不大于1mm, 轮缘厚度误差不大于0. 5mm, 踏面磨耗误差不大于0. 30mm。整套测量装置由传 感器组、地面测量单元、数据传输线路、操纵控制单元和外部设备等组成。多 通道的传感器组利用卡座紧固在轨底上, 其作用是将车轮的机械( 物理)参数转 换成电信号; 地面测量单元完成传感器信息的收集和模数转换等工作, 并通过 双线数据传输线路与操纵控制单元连接, 传感器组与地面测量单元之间的距离 可达到20 m; 操纵控制单元包括微
9、机、显示器、键盘和供电组件等设备。微机 负责处理由地面测量单元传送的大量输入数据, 并将被检车轮的轮廓外形变换 成相应的数据块, 以便观察和获得车轮的磨耗状态, 所得的信息资料可以清晰 地呈现在显示器上, 地面测量单元与操纵控制单元之间的距离可达到500 m; 外 部设备包括中央计算机和打印机等, 中央计算机可动态管理和集中检查全部车 轮的外形数据, 打印机则可将检测结果文件化。整套装置由交流220 V 电源供 电, 所需功率小于200 W。它可在车轮运动的工况下测出车轮的外形轮廓, 然后 将该踏面外形同存储的标准踏面外形进行比较, 就能得到有关车轮磨耗的数据 信息。现场试验结果表明, 该装置
10、具有很高的稳定性, 可以保证车轮外形参数 测量所必需的精度。全部检测作业均自动完成, 无须操作人员干预。2)罗马尼亚车轮外形磨耗自动检测装置 罗马尼亚铁路于90 年代初期研制成功车轮外形磨耗自动检测装置。其检查 车轮外形磨耗状况的自动过程, 是利用采集图像的闭环系统和数字处理的视频 测量系统来记录列车车轮的外形图像, 并在通过微机确定车轴序号的同时, 直 接在图像上进行测量, 然后打印和处理影响运行安全的危险情况。整套装置由 测量和控制单元、CCD 摄像单元、连续缝隙光照明单元、车轮导向单元、图像 采集单元、微机单元以及数据传输单元组成。当机车车辆以限定速度( 不超过 10 km/ h) 运行
11、时, 安装在轨道上的检测设备可捕捉所有车轮的外形轮廓, 在 计算程序的辅助下, 便可得出车轮的外形参数并做出判断和进行处理。经常使 用该自动检测装置监测车轮外形的磨耗状况, 可以防止车轮在2 次定期修理期 间各种缺陷的产生, 同时还可以为诊断车轮技术状态、预测车轮使用寿命提供 详尽的信息资料。 3)德国轮对自动诊断装置 德国铁路于80 年代末期研制成功轮对自动诊断装置。其主要功能就是当列 车以小于5 km/ h 的速度运行时, 自动测量车轮断面的几何参数。这套装置的 工作原理是: 将缝隙光光带以规定角度投射到车轮上形成可辨认的轮廓, 同时 用摄像机在对应用角度捕捉反射的光束。车轮图像是通过布置
12、于每根钢轨上的4 个半导体摄像机拍摄的, 这样能够覆盖被测车轮的4 个断面, 经分析处理后便 可计算出轮缘厚度、踏面磨耗和车轮内距等参数。该设备由中央计算机控制, 所有的测量数据都存储在计算机文件库内, 以便随时掌握轮对的工作经历。整 套装置安装在汉堡机务段的综合检查车间内, 可实现非接触动态检测。为了校 准诊断设备和快速检验设备功能, 装置采用标准轮对来确定测量缺陷和测量误 差。 4)美国车轮自动检测系统(A WI S ) 美国Loram 公司于90 年代中期研制成功2 种型式的车轮自动检测系统, 低 速检测型和高速检测型。低速检测型可在列车运行速度不超过8 km/ h 的情况 下输出图像、
13、图表和统计数据; 高速检测型可在列车运行速度不超过72 km/ h 的情况下打印出测量数据和报告。现场试验的结果表明, 这套系统可以自动测 量列车的通过速度, 具有连续图像采集、连续数据处理和车轮计数等功能, 可 以测量轮缘厚度、踏面磨耗和车轮直径等参数, 同时在精确度以及方便性和安 全性等方面,均能满足使用要求。 列车车轮的运行状况在整个车辆轨道系统中起着非常重要的作用，它直接 关系到列车的运行安全，而车轮的磨损状况是影响列车运行情况的非常重要的 因素。本课题要完成的火车车轮磨损检测仪将利用光学装置CCD和与之配套的部 分来实现车轮轮廓的描绘，通过将实测到的车轮轮廓与标准轮廓的比较来准确 地
14、判断车轮的磨损情况。整个装置比较简单，具有良好的可行性与应用前景， 同时也能实现足够精度的测量。参考文献车轮踏面外形几何参数的检测技术-马林 轮轨踏面外形的实际测量及几何接触的进一步研究-沈钢、黎冠中等 用数码相机测量轮对踏面形状的研究-郑芬芳、刘继、范佩鑫 便携式火车轮磨损检测仪-王浩旭、杨永跃2、 课题任务、重点研究内容与实现途径(1)课题任务1、资料收集、整理，了解各种车轮磨损测量方式的研究现状和发展；2、学习相关知识，确定测量原理和方式，进行火车车轮磨损测量仪的整体结构方案设计；3、进行火车车轮磨损测量仪的具体模块设计，确定各部分的材料及尺寸，绘制爆炸图、具体零件图及进行系统仿真等；4
15、、 撰写毕业论文。要求立论正确，证据充分，条理清晰，书写工整，图文并茂，字数不少于 2 万。 (2)研究内容1、确定采用的测量原理和方式2、进行火车车轮磨损测量仪整体结构设计3、进行火车车轮磨损测量仪的具体模块设计，确定器件材料及尺寸 (3)实现途径 利用AutoCAD、Solidworks等绘制零件图、装配图及进行动态演示等。 3、进度计划第 1 周毕业实习第 2-3 周查阅资料，确定测量原理和方法 第 4-7 周 整体方案设计设计第 8-11 周 具体机构设计及尺寸材料确定第 12-15 周 总装图、关键零部件图绘制第 16-17 周 整理毕业论文、答辩学生签名：年 月 日 4、指导教师意见指导教师签名：年 月 日
