转向架移车台的结构设计

毕 业 设 计 开 题 报 告设 计 题 目 : 转向架移车台的结构设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械 07-5 学 生 姓 名: 陈阿亮 导 师 姓 名: 陈曦 开 题 时 间: 2011 年 3 月 19 日 1 研究课题的目的和意义指导委员会审查意见：签字： 年 月 日1.1 研究课题的目的近年来，随着国民经济的迅速发展，中国城市化进程进一步加快，城市集聚的社会财富和人口越来越多，居民出行更为频繁，城市交通需求的矛盾也就越来越突出。同时，随着工业化进程和经济建设步伐的加快，人们的工作节奏也越来越快，时间观念越来越强。因此，需要准时、安全、快捷的交通方式来满足人们的出行要求。世界各国都在寻求发展与之相适应的城市交通工具。城市轨道交通具有运能效率高、能耗低、污染小、快速、准时和安全等明显优点，是解决城市交通问题的主要手段。城市地铁交通因其运送客流量大、快速安全、空气污染小 、不占用或很少占用地面而被大多数大城市选用。在我国，由于经济建设的蓬勃发展，各种运输量增加很快，特别是市内客流量成倍或成几十倍的增长，加上城市基础设施建设相对滞后，导致公共交通问题越来越突出，严重的影响了经济建设的进程。地面交通已无法适应有经济活动和人民生活产生的日益增长的运量需求。城市交通堵塞、交通事故、噪音和空气污染日益影响着人们的生活。因此，发展以轨道交通为骨干，以常规公交为主体的公共交通体系，为城市居民提供安全、快速、舒适的交通环境，引导城市居民使用公共交通系统是国外大城市解决城市交通问题的成功经验，也是我国大城市解决交通问题的惟一途径。转向架移车台是轨道交通运行必不可少的，它决定着轨道交通能否安全运行，是制约轨道交通发展的重要因素。1.2 研究课题的意义地铁的检修设备是保证城市地铁交通安全必不可少的一部分，地铁的检修可以大大的提高地铁的安全可靠性和经济性，因此设计一台转向架移车台专用运输机电设备，代替人类手工移动转向架的工作，可以保证工作人员安全及转向架不受损坏的条件下，高效率的完成转向架的移动，将地铁车辆转向架从架车车间运到修理车间，以及相反的过程，从而降低检修工人的劳动强度，提高地铁检修的效率、安全可靠性和经济性，保障地铁交通运输的顺畅。2 课题研究现状2.1 国内移车台技术的发展现状随着地铁的广泛应用，我国移车台迅猛发展起来。转向架移车台是移车台的一种，主要应用于地铁检修过程。1.无坑式移车台是在消化吸收发达国家同类产品的基础上开发的新型设备，适用于总重不超过 150 吨的机车车辆平行转轨作业。移车台由车架、操作台、移动走行部、渡桥、牵车机构、司机室供电装置及电控系统等组成。 移车台采用手动操作，实现运行、对轨、停止等功能动作，也可以根据需要配置自动对轨和摄像监控系统。操作台具有“前进” 、 “后退” 、 “快速” 、 “慢速” 、 “点动”等功能。控制系统采用控制器、变频器实现电动机同步动作和准确控制及移车台速度调整，保证移车台平稳启动、运行、停止，提高运行的稳定性和安全性。电气控制系统具备过载、过电流、过电压、过热、欠电压、短路、缺相等保护功能。同时具备电机任意两相的短路保护和 A、B 两相的对地短路保护、电机过载和过热保护、任意一点的保护接地功能。 移车台启动前和走行过程中，有光电警示灯和响铃进行警示。 移车台可以根据用需要配置 1 个或 2 个操作台，移车台的两个操作台有联锁关系，只允许一端单独操作。 在移车台四角设有紧急停车按钮。按下紧急停车按钮，断整个移车台电源。 移车台停车对轨后具备锁定和警示功能，机车上下过程中移车台不能移动。 移车台两侧有极限位置保护功能。移车台两侧设置设有止挡和电气限位开关，当移车台碰撞装置碰到地面车挡前，位置开关动作，切断主电源，缓冲装置碰撞止挡使设备停止运行。 2.平交道式移车台：平交道式移车台是充分吸收国外技术并针对用户要求而开发一种全新的移车台，中铁设计院获得了国家专利。平交道移车台在移动的平面范围内，允许机车、车辆走行轨道与移车台走行轨道平交，彻底改变了原有移车台走行轨道和车间（正线）轨道不能相交（需要断开轨道）的布局模式，不影响机车车辆在原有轨道上的正常通行。同时又可以实现机车车辆的平行转轨作业。移车台采用手动操作，实现运行、对轨、停止等功能动作，也可以根据需要配置自动对轨和摄像监控系统。操作台具有“前进” 、 “后退” 、 “快速” 、 “慢速” 、 “点动”等功能。同时具备多项安全保护措施，如电器联锁、声光报警、四角设急停、极限位置保护等。平交道式移车台主要由车架、专用驱动装置、牵车机构、渡桥、司机操纵室、操作台和供电装置等组成。3.浅坑式交流传动移车台主要用于各种机车车辆（包括地铁车）在制造及维修等作业过程中的机车运送工作（主要指横移轨等） 。本产品运行平稳，能自动或手动完成移车台上的钢轨与厂房钢轨的对接，对接精度在 1mm 内。正常条件下，能按作业要求连续工作 20 小时以上。设备操作简便，按“道号”就能自动对位，易于维护和保养。移车台承载部分长度为 25m，采用箱形梁结构，移车台两端，动轨部分长度为 1.5m，动轨对 150t 机车的通过的有足够的刚度和搞变形能力。移车台表面及走台板为花纹钢板，能承受轮胎式牵引车（自重 10t）在其上牵引运行而无塑性变形。两个司机室，对角线布置。运行驱动方式采用三合一减速电机，即电机、减速器、制动器为一体，动力经万向传动轴传给车轮。两端动轨升装置采用蜗轮减速电机通过绳索和拐臂驱动动轨升降，简单可靠。移车台采用高精度矢量变频器及交流异步电机的矢量控制调速方式由 PLC控制四台变频器驱动四个变频电机同步运行。其电气控制具有：运行长度补偿、程序管理、故障检测、安全和故障报警、两个司机室控制互锁等功能。供电方式是采用德国进口的拖链供电、运行安全可靠。司机室顶部设有电铃、闪光警示灯和投光灯。运行特点：本产品在运行过程中，能自动或手动完成移车台上的钢轨与厂房钢轨的对接，移车台走到距需对接的厂房钢轨约 800mm 处时，减速传感器就感应到减速信号，通过 PLC 及变频器控制，使移车台逐步减速到 20mnJs 左右的低恒速运行，移车台的此速度低恒速运行，再感应到定位传感器的定位信号，通过 PLC 及变频器控制，使移车台停止在正确对接的位置，自动放下桥式对接动轨，其对接精度在 1 mm 内。移车台两端，动轨部分长度为 1，5m，动轨在150t 机车通过时有足够的刚度和抗变形能力，升降采用卷扬机形式，以保证升降可靠，万一钢轨下降不到位，对接不到位或提升不到位，电气拄制部分就能反锁报警，不能进行下一步操作，以确保移车台运行安全。2.2 国外移车台技术的发展现状在国外，移车台的技术已经非常成熟，特别是一些工业发达国家。英国Lloyds Somers 公司，拥有超过 30 年设计专门用于铁路行业设备的经验，该公司生产的 30 吨移车台，结构简单，载重量大，采用滑触式供电，由位于一侧中间的控制台进行走形运动的精确控制。澳大利亚 Vector Lifting 公司也是一家生产地铁配套设备的专业大公司，其生产的转向架移车装置与常见的平台式移车台有很大的区别。该公司设计制造的转向架移车装置，是通过几个相同的安装于地下的旋转台配合完成转向架移动的。转向架通过人工牵引的方式，到达旋转台的中央，旋转台旋转 90，使旋转台轨道与垂直于运行轨道的转运轨道对齐，然后再通过人工牵引，到达另一个旋转台，经过相反的操作，就可以完成转向架的移动。这种转运方式不需要占用地面空间，而且操作简单。就我国而言，发展以轨道交通为骨干，以常规公交为主体的公共交通体系是未来城市交通的必然趋势，在此基础上的其他配套设施和技术也在这种需求下应运而生。转向架移车台是移车台的一种，主要应用于地铁检修过程中，能自动完成移车台上的钢轨与厂房钢轨的对接。3 设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题基本内容与拟解决的主要问题1转向架移车台的总体结构设计方案：提出转向架移车台的总体方案，由驱动系统、供电系统和构架三个主要部分组成。2转向架移车台的走形机构设计分析：（1）移车台运行形式的选择；（2）移车台驱动能量转换方式的选择和校核；（3）移车台能量传递装置的选择和校核。3转向架移车台供电装置的设计计算和校核计算4转向架移车台构架的设计5转向架移车台零件建模和装配4 技术路线或研究方法4.1 转向架移车台由驱动系统、供电系统和构架三部分组成。驱动系统主要由电机、减速器、传动轴以及与之配套的零部件组成，共同完动力的转换。供电系统主要由绕线的滚子、链轮和链条、光杠、丝杠、导线装置以及配重组成，配合完成电缆的自动收放。构架主要由箱形梁焊接而成，是移车台的主体。如图转向架移车台总体效果模型图驱动系统是本文研究的重点之一，是转向架移车台正常运行的基础。驱动系统的设计关键是电动机、减速器、制动器的选型，轴的设计与校核，联轴器的选择与校核，轴承的选择与校核，以及键的选择与校核。供电系统是本文研究的另一个重点。目前工程中常用的供电方式有挂缆小车、卷缆装置、安全滑触线和柔性电缆桥架，但都存在一个缺点，就是整个供电系统的体积相对于转向架移车台而言都过大。因此，设计一种体积小的螺旋绕线装置，能够实现电缆随移车台的移动而同步收放。螺旋绕线装置模型图构架车架是移车台的主体，起支撑连接作用，也是移车台的承重结构。在结构上，采用了对称钢结构。该结构有很好的抗倾覆能力，稳定性好。移车台承载梁与工作车轨道合二为一，有效的避免了因工作车停放在移车台上的偏心而产生的偏转力矩。承载梁跨在两根端梁上，两根端梁骑在运行机构上，即单轨跨座式结构。移车台结构草图1.驱动走行装置 2.车架 3.工作车限位机构 4.定位锁紧机构4.2 走形机构的设计走行装置是由一对主动轮装置及一对从动轮装置及钢轨组成。独立、对称安装于移车平台两头同侧边位。依靠一套三合一（电机、减速器、制动器）驱动装置由双输出轴驱动一对主动轮。走行装置结构草图1.车轮 2.轴 3.减速电机 4.角形轴承箱 5.减速电机支撑架4.2.1 转向架移车台运行形式的选择分析移车台的运行轨迹：运行距离短，仅十几米；运行轨迹固定，在固定的路线上做直线平移运动；移车台与轨道对接时精度要求高，定位要可靠且准确。履带式的行走制造成本高，运行速度低，功率消耗大，零件磨损快，维护成本高，不合设计要求，首先排除。轮胎式虽运行灵活，但走行稳定性和安全性较差，多用于运行轨迹不固定场合。而轨道车轮是起重机行业中应用最广泛的运行方式，具有维护容易、负荷大、运行阻力小、运行轨迹固定等优点，便于移车台准确定位。因此，选用轨道车轮这种运行形式。4.2.2 转向架移车台驱动能量转换方式选择起重机大车运行机构驱动有两种典型形式，即集中驱动和分别驱动。集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；分别驱动，即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。集中驱动虽然传动零部件多、自重大，但走行结构简单，稳定，在起重机上已广泛采用。这种驱动方式尤其适用于跨度较小的机构，不仅节省机构使用空间，而且可以大幅度减低制造成本。分别驱动装置虽省去了中间传动轴，自重轻，但控制装置复杂，由于每个主动轮都配有一套独立的电机、减速器、制动器装置，导致成本过高。考虑到移车台的跨度并不大，并借鉴起重机行业的经验以及对经济性的评估，综合考虑之后，决定本设计的移车台采用集中驱动。4.2.3 转向架移车台能量传递装置的选择带传动的传动外廓尺寸较大，需要张紧装置，而且由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比，带的寿命短，传动效率低。不予采用。与带传动相比，链传动虽没有打滑现象，能保持较准确的平均传动比，但瞬时传动比不是常数，导致传动平稳性较差，工作中有一定的冲击，成本高，易磨损，易伸长，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中，也不予采用。该装置的任务是将能量传递到移车平台的运行机构即车轮，输出的能量表现形式为旋转运动。事实上，运输机械的运行机构最常用的能量传递形式还是结构紧凑、输出扭矩大、变速范围广的齿轮箱。因此，选用齿轮减速器作为能量传递装置。5 进度安排2011.2.28-2011.3.20 接受任务，收集相关资料，撰写并提交开题报告，翻译英文文献；2011.3.21-2011.4.3 拟定总体结构方案，进行总体结构设计；2011.4.4-2011.4.18 转向架移车台结构形式设计分析；2011.4.19-2011.5.4 转向架移车台的设计与校核计算；2011.5.5-2011.5.14 转向架移车台 Pro/ENGINEER 建模；2011.5.15-2011.6.5 绘制、修改总体结构装配图及零件图；2011.6.6-2011.6.17 撰写设计说明书，整理材料，准备答辩。6 参考文献1 机械设计手册编委会 . 机械设计手册：单行本：联轴器、离合器与制动器M.北京：机械工业出版社，2007.2 陈志强. 轻轨工作车移车平台的研究与设计D.重庆大学,2004.3 朱向阳. 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