開題報告
設計題目： 火車輪對配合尺寸檢測機構設計（以頂尖定位）
學生姓名：
學院名稱：
專業(yè)名稱：
班級名稱：
學 號：
指導教師：
教師職稱:
學 歷：
１、課題論證
1.1課題研究的目的與意義
輪對作為鐵路車輛重要的行走部件，在鐵路安全運輸和速度方面起著關鍵性的作用。目前，影響我國鐵路車輛提速的主要原因之一是車輛輪對的檢測技術落后，無法快速、精確地檢測出輪對狀態(tài)、在輪對的段修過程中，需要檢測的輪對參數很多，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行的重要參數，必須及時、準確地加以檢測和診斷。這些參數也是作為研究鐵路車輛動力學’車輛穩(wěn)定性和曲線導向等問題的前提。當前輪對參數的檢測和數據記錄在國內基本上還是靠手工完成，測量工具采用特制卡鉗和直尺。長期、大量的重復性手工業(yè)使得工人極易產生疲勞，加上目測差等問題，使得手工測量的數據誤差較大，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)出一種全自動檢測系統(tǒng)，以便減少誤差，提高效率。
1.2文獻綜述（相關課題國內外研究的現(xiàn)狀）
1.2.1國內外發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年 ,美國科羅拉多州博爾德的美國國家標準技術研究院又開發(fā)了一種采用EMAT(電磁超聲換能器)快速檢測鐵路貨車鑄鋼車輪輪輞殘余應力狀態(tài)的超聲波無損檢測裝置。該系統(tǒng)的工作原理是:根據穿過材料的聲速隨殘余應力的變化而變化 ,EMAT裝置產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間差可用于計算周向殘余應力。 與傳統(tǒng)超聲波檢測裝置相比 , 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技術。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、機動車、輕軌車輛和時速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 自 動 檢 測 裝 置，形 成 了 利 用 渦 流 傳 感 器 陣 列 和 傳 感 器 跟 蹤 方 式測 量 輪 對 參 數 的 構 思 ，但 并 沒 有 投 入 實 際 運 用 。另 外 也 有 利 用 振 動 加 速 度 法 機 車 檢 測 與 故 障 診 斷 動 態(tài) 測 量 踏 面 擦 傷 的 裝 置 ，但 效 果 并 不 理 想 。目 前，在 輪 對 參 數 檢 測 方 面 ，尚 未 有 一 種 檢測 項 目 全 面、廣 泛 適 用 的 在 線 動 態(tài) 檢 測 產 品。
1.3課題研究的內容、總體方案及技術路線、進度安排等
1.3.1、設計內容：
利用CATIA等軟件完成火車輪對制動盤檢測項點包括軸肩距離、輪緣厚度、輪輞厚度、車輪端跳、車輪徑跳、車輪直徑、車輪內測距、Qr值及輪緣高度檢測系統(tǒng)機構設計和三維建模，完成主要部件的機構設計和強度校核。
1.3.2、設計要求：
主要技術參數：
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； 車輪內測距：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（當量圖紙3張A0），機械結構三維建模，手繪1張A1圖紙；
（2）.開題報告一份，字數不少于3000字；
（3）.設計說明書一份（按學院相關文件要求），字數1.5萬字左右,并不少于30頁；
（4）.提交外文專業(yè)資料復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.所有設計資料電子版（光盤）一份。
1.3.3.總體方案設計及技術路線：
根據輪對檢測工藝，檢測裝置采用龍門架通過式結構，主要包括機架、步進驅動輪機構、頂輪機構、激光傳感系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機等幾部分。輪對自動檢測裝置外形見圖2 。機架部分包括基座、立臂、上梁 等組成的龍門架結構，其內部安裝有頂輪機構、結構光 視覺傳感系統(tǒng)和步進驅動輪機構系統(tǒng)。此外，根據車間操作需要，測量裝置前后配備了輪對進出導軌。
步進驅動輪機構的作用是控制輪對按一定的速度轉動，在輪對轉動的過程中完成輪對的檢測。它由步進電機、聯(lián)軸器、連桿、減速箱和左右驅動輪等組成。步進電機接受由工業(yè)控制計算機發(fā)出的指令，按一定頻率轉動，通過聯(lián)軸器、減速箱等精密傳動裝置將運動傳至左右驅動輪，由驅動輪帶動輪對轉動。
頂輪機構主要由頂塊、液壓站和液壓缸組成，左、右各配置一套，并且由計算機控制動作。頂輪機構的作用是將待測輪對準確、平穩(wěn)地送入測量工位，測量完畢后將輪對平穩(wěn)地送出測量裝置。當輪對進入預備工位時，工業(yè)計算機發(fā)出控制命令，左右液壓缸上升，由頂塊托住輪對，然后緩慢下降，將輪對平穩(wěn)送至測量工位。當輪對測量完畢后，計算機控制液壓缸的頂塊再次上升，將已測輪對平穩(wěn)送出測量工位。頂輪機構運動平穩(wěn)，使用安全，巧妙的機構設計使它的單一運動同時具備進輪與出輪功能。
輪對測量過程簡述如下：首先輪對沿軌道進入預備工位如圖1，工業(yè)控制計算機發(fā)出命令，頂輪機構將輪對平穩(wěn)地送入測量工位，傳感裝置向計算機發(fā)出就位信號，然后計算機控制步進驅動輪機構運動，帶動輪對旋轉。同時，開啟結構光視覺傳感系統(tǒng)，將輪對所有參數采集并輸入到計算機中。計算機數據處理系統(tǒng)進行數據分析，得出各參數值，從而實現(xiàn)輪對全部幾何參數的非接觸式自動測量。測量結果由計算機顯示并按照輪對卡片格式打印輸出。頂輪機構再次上升，將已測輪對平穩(wěn)送出測量工位。
技術路線
(1)機械裝置的設計計算與選型
(2)控制系統(tǒng)的選型與設計
(3)檢測裝置的選型與設計
圖1
1、上梁 2、左立柱 3、頂輪機構 4、頂尖 5、輪對 6、基座 7、絲桿 8、測量機構 9、右立柱 10、 步進驅動輪機構 11、電機 12、傳感器
圖2
1.3.4 進度計劃
時間
設計任務及要求
第1-2周
（3.21-4.3）
分析、查閱資料，熟悉設備技術要求、背景，學習與畢業(yè)設計相關知識，做好前期準備工作，撰寫開題報告 和外文翻譯。準備開題報告答辯PPT
第3-4周
（4.4-4.17）
總體方案設計，并進行火車輪對配合尺寸檢測機構設計的有關計算，對其結構進行設計，確定總體尺寸。
第5周
（4.18-4.24）
繪制結構草圖，計算并校核有關尺寸。
第6-8周
（4.25-5.15)
三維設計
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)
檢查設計，修改設計。
第12周
(6.6-6.12)
整理編寫設計說明書，交指導老師審定，制作答辯提綱，設計定稿，打印，準備畢業(yè)設計答辯。
第13周
(6.13-6.19)
進行畢業(yè)設計答辯。
1.4 注意存在的問題
(1) 輪對上升時，確保兩邊速度相同
(2) 注意溫度的影響
(3) 產品的使用壽命
1.5 參考文獻
[1] 機械設計手冊1，2，3，4，5，機械工業(yè)出版社；
[2] 朱龍根 主編．《簡明機械零件設計手冊》.(第二版)機械工業(yè)出版社，2005.8；
[3] 譚慶昌 趙洪志主編.《機械設計》.高等教育出版社，2004.7；
[4] 吳宗澤 羅圣國主編.《機械設計課程設計手冊》（第二版）.高等教育出版社，2003.5；
[5] 毛謙徳 李振清主編.《機械設計師手冊》（第二版）.機械工業(yè)出版社，2005.1；
[6] 成大先主編.機械設計手冊.單行本.軸及其聯(lián)接.北京:化學工業(yè)出版社,2004.1；
[7] 成大先主編.機械設計手冊.單行本.機械制圖、極限與配合.北京:化學工業(yè)出版社,2004.1；
[8] 劉小年,郭克希主編.機械制圖（機械類、近機類）.機械工業(yè)出版社，2004.10。
[9] 劉淑文. 裝配過程中過盈配合壓入力的估算，河北科技大學，1998.(04)
[10] 姜帆、楊振宇、何佳兵. 自動裝配設備的總體設計,機電工程技2011.(07)
[11] 黃采倫，樊曉平，陳特放. 列車故障在線診斷技術及應用[M]. 北京國防工業(yè)出版社，2006.
[12] 郭世明. 機車檢測與故障診斷技術[M]. 北京:中國鐵道出版社，2011.
[13] 林建輝. 動車組檢修技術與設備[M]. 北京:中國鐵道出版社.
[14] 機械設計通用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社．
[15] 重型機床設計與計算[M]．北京：北京工業(yè)大學出版社．
[16] 新編機械設計實用手冊[M]．北京：學苑出版社．
[17] Condier J F,Fodiman P.Experimental characterization of wheel and rail aurface aurghness , Journal of Sound and Vibration.2000.231(3),P267-272
[18] Hironichi K,Takehiko F.Measuring rail/wheel contact points of running railway vehicles.Wear.2002.253,P275-283.
2、答辯組論證結論
（1）方案可行，技術路線清晰 □ （2）方案可行，技術路線基本清晰 □
（3）方案基本可行，技術路線不很清晰 □ （4）方案和技術路線不很清晰 □
（5）方案和技術路線不清晰 □
3、指導教師意見： 教研室主任意見：
指導教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：
年 月 日 年 月 日
7