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1、 火车轮对配合尺寸检测机构设计（以顶尖定位）摘 要 铁路系统中,作为车辆走行部主要部件的轮对是影响安全运行的一个重要环节。轮对不仅承受着列车的全部重量和自身的重量,而且还要传递列车与钢轨间的驱动力和制动力。所以要求轮对必须保持良好的技术状态,否则会严重影响行车安全。而作为轮轨接触面的车轮踏面和轮缘的几何参数又是判断轮对技术状态的重要依据,因此,对车轮踏面和轮缘几何参数的测量一直铁路部门密切关注和不断研究的课题。 本课题主要内容有：1、 利用CAD等软件完成火车轮对制动盘检测项点包括轴肩距离、轮缘厚度、轮辋厚度、车轮端跳、车轮径跳、车轮直径、车轮内测距、Qr值及轮缘高度等测量项目的检测系统机构设
2、计与三维建模检测机构利用顶尖进行定位。2、 完成主要部件的机构设计和强度校核。关键词：轮对；自动检测；强度校核；全套图 纸加扣 3012250582Abstract In the railway system, the wheel set,which is the main part of the main part of the vehicle, is an important part of the safety operation.Wheel not only bear the full weight of the train and its own weight, but also t
3、o transfer the train and rail between the driving force and the braking force. Therefore,the requirements of the wheel must maintain a good technical state, otherwise it will seriously affect the safety of traffic. And as the wheel rail contact surface of the wheel tread surface and the rim of the g
4、eometric parameters and is an important basis for judging the technical condition of wheel. Therefore, the wheel step surface and the flange geometry parameters measurement has been railway departments pay close attention to and continue to study the subject. The main contents of this paper are: 1,
5、using CATIA software to complete train wheel brake disk test items include the shaft shoulder distance, flange thickness, rim thickness, wheel end jump, wheel diameter jump, wheel diameter and the inner wheel ranging, QR value and flange height, measurements of the detection system design and 3D mod
6、eling mechanism adopts the top position. 2, the completion of the main parts of the mechanism design and strength check.Keywords: Wheel set; automatic detection; strength check; 目 录1 前言11.1 课题来源及研究意义1 1.1.1 火车轮对配合尺寸检测机构的发展概述1 1.1.2 火车轮对配合尺寸检测机构的装备21.2 国内外现状分析21.3 发展趋势41.4 本章小结52 火车轮对配合尺寸检测机构的工作原理52.
7、1 轮对外形尺寸定义52.2 轮对配合尺寸自动检测系统的工作原理62.3 本章小结83 火车轮对配合尺寸检测机构总体方案设计83.1 设计参数的确定83.2 总体方案设计83.3 本章小结114 火车轮对配合尺寸检测机构的机械结构设计计算与校核11 4.1 顶轮机构部分的计算与校核11 4.2 顶尖的计算18 4.2.1 轴承的寿命计算19 4.2.2 轴承的静传动计算20 4.2.3 顶尖心轴的计算21 4.3 步进电机驱动部分的计算22 4.3.1 确定电动机转速23 4.3.2 计算总传动比和分配各级传动比23 4.3.3 计算传动装置运动和动力参数23 4.4 滚珠丝杆及电机选型计算2
8、7 4.5 本章小结315 设计总结32参考文献34谢 辞35 1 前言1.1 课题来源及研究意义课题来源于教师自拟1.11 火车轮对配合尺寸检测机构的发展概述 轮对作为铁路车辆重要的行走部件,在铁路安全运输和速度方面起着关键性的作用。目前,影响我国铁路车辆提速的重要原因之一是车辆轮对的检测技术落后,无法快速、精确地检测出轮对状态。在轮对的检测过程中,需要检测的轮对参数近10多个,轴肩距离、轮缘厚度、轮辋厚度、车轮端跳、车轮径跳、车轮直径、车轮内测距、Qr值及轮缘高度等,这些都是直接影响车辆运行的重要参数,必须及时、准确地加以检测和诊断。当前轮对参数的检测和数据记录在国内基本上还是靠手工完成,
9、测量工具采用特制卡钳和直尺。长期、大量的重复性手工作业使得工人极易产生疲劳,加上目测误差等问题,使得手工测量的数据误差较大,工作效率也难以得到提高。 为了改变目前轮对参数测量的落后状况和改进轮对测量工艺,研制一套轮对参数全自动测量系统就具有重大的意义。该系统需满足：运用多种先进的测试和控制技术,实现铁路火车轮对参数的全自动测量,包括轴肩距离、轮缘厚度、轮辋厚度、车轮端跳、车轮径跳、车轮直径、车轮内测距、Qr值及轮缘高度等,并且要实现检测速度快、精度高。这对于提高轮对的检测质量、推进铁路系统的计一算机管理、保障铁路机车的安全运行具有重要的现实意义。 目前国内的车轮外形检测主要是人工手动接触测量，
10、测量工具原始粗糙，精度低，自动化程度和工作效率不高，并且受人为因素影响很大。尤其是对车轮踏面部分的外形尺寸的测量，因为是空间的复杂尺寸，弗且没有有效且精确的测量工具，因此很难达到理想的效果。这样的工作方式不仅使企业的生产成本居高不下，还严重影响着生产效率的提高和进一步发展，因此尺寸检测的自动化对于提高生产效率，降低成本，以及企业竞争力的提高都具有重要的意义。 火车轮对配合尺寸检测机构的发展概述：铁路系统中,作为车辆走行部主要部件的轮对是影响安全运行的一个重要环节。轮对不仅承受着列车的全部重量和自身的重量,而且还要传递列车与钢轨间的驱动力和制动力。所以要求轮对必须保持良好的技术状态,否则会严重影
11、响行车安全。而作为轮轨接触面的车轮踏面和轮缘的几何参数又是判断轮对技术状态的重要依据,因此,对车轮踏面和轮缘几何参数的测量一直是铁路部门密切关注和不断研究的课题。目前,我国车辆轮对的检测仍停留在手工测量阶段,技术落后、工作效率低。而日本、美国等国在轮对自动检测方面进行了大量的研究,并研制出各种类型的检测装置,产生了巨大经济效益。随着我国铁路建设事业的发展,机车车辆工业生产技术不断提高,改善检测手段,己成为迫切的问题。目前,为了使车辆轮对参数检测自动化,人们试图采用机械、激光、视觉等传感技术以及伺服控制技术,进行轮对检测的研究。轮对外形的特殊性主要在于踏面平坦处与陡峭之间的最大斜度可到70多度,
12、不同位置处的测量精度要求基本相同,但是若用传统的平移式线性位移测量方法,由于角度方向的间隙,一般很难保证较高的系统精度要求。11.1.2 火车轮对配合尺寸检测机构的装备 根据轮对检测工艺和车间实际情况,检测系统采用龙门架通过式结构。主要包括进给总成、带转总成、升降总成、测量箱以及各种测量传感器等如图1。当轮对沿车间轨道进入轮对测量装置后,通过各种测量传感器和各个部件的调动作（包括电动、气动等) ,自动完成轮对的测量。龙门架的设计采用全封闭式结构,从外观上看不到任何电缆、气管,整个设备结构简洁、美观大方给出了系统的结构图。图1-1结构图1.2 国内外现状分析 目前,国内对于轮对参数的检测基本上局
13、限于轮对外形轮廓的检测和数据处理。如曾经使用的滚轮爬行式测量方法,通过机械滚轮与轮对踏面接触,测量滚轮包络线得到外形尺寸。但是由于导轮的磨损,测量误差和定位误差对问题,使得该方法有时仍无满足高精度要求。 国内外对火车轮的检测主要放在生产环节和进行定期检修上。 由于火车轮是行车安全至关重要的部件 ,各国对车轮质量的要求十分严格 ,因此各国对刚生产的轮对都要进行无损检测 ,比如用超声波或射线等无损检测方法。对于已经在运行的火车,一般规定在几年内或行驶了多少里程之后必须要送到机务段或检修厂对其进行检修 (预防检修 )。 检修期间为了对车轮进行检测 ,往往先将轮对拆下 ,再将其搬到检测台上进行检测。而
14、在平时 ,只是进行粗略的、以耳听、眼看、手摸为主的检测。我国对运行中的火车轮对就是通过用锤子敲击车轮听其声音有无异常来判断车轮内部有无缺陷的。 这种检测有明显的局限性 ,不但检测效率低 ,而且易漏检。 沈阳铁路局就在 1998年的两个多月接连发生两起客运机车因轮箍崩裂而造成的机破事故。 1998年德国 ICE铁路列车脱轨翻车造成德国二战以后最大的交通事故也与车轮轮箍有关。 由此可见对火车轮实行在线检测是非常必要的。 因此有不少发达国家的铁路部门已经开始研究火车轮在线自动检测装置。美国在这方面起步较早 ,于 80年代初期就研制成功了火车车轮缺陷自动检测系统。 80年代末期美国联邦铁路局拨出专款用
15、来改进和完善该系统 ,据说改进后的系统缺陷检出率可达 100%。 该系统的工作原理是: 由磁传感器探测车轮的到来 ,通过敲击锤敲击车轮 ,再由拾音器接收声信号 ,将声信号转换成电信号后输入计算机进行处理 ,从而判定车轮有无缺陷。 近几年 ,美国科罗拉多州博尔德的美国国家标准技术研究院又开发了一种采用 EM AT(电磁超声换能器 )快速检测铁路货车铸钢车轮轮辋残余应力状态的超声波无损检测装置。 该系统的工作原理是:根据穿过材料的声速随残余应力的变化而变化 ,EM A T 装置产生正交的两束偏振超声波 ,超声波从轮辋正面穿过截面和背面 ,其径向和周向的穿播时间差可用于计算周向残余应力。 与传统超声波检测装置相比 , EM AT装置不需要耦合剂 ,消除了因耦合不良造成的误差 ,从而提高了仪器的精度。意大利铁路于 1985年开发了适车轮探伤的超声波无损检测技术。 它采用串列式双探头分
