移動式架車機結構設計

本科論文目錄23589摘要 I18513Abstract II1459引言 1231811設計目標 2155961.1研究的目的與意義 269711.2國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3142051.2.1國內研究現(xiàn)狀 399461.2.2國外研究現(xiàn)狀 439112設計要求 6270432.1目前架車機方案的比較 6148692.2動車組的各參數(shù)分析 768812.2成果要求 9286773設計方案 11483.1產(chǎn)品結構設計 11323413.2架車機工作原理 1381013.3絲桿螺母的選型 16126523.3電機的選型 20323.4機架的設計 2062343.4.1機架的總體尺寸 20208323.4.2機架的受力分析 21136013.4.3機架強度的驗算 23249803.5托架的設計 2421833.5.1托架主軸的尺寸設計 24134294架車機輔助裝置設計 2874964.1托架橫移裝置的設計 28287184.2安全保護裝置的設計 2855814.3架車機的移動裝置 30139905實物制作 326379結論 3430174致謝 38本科論文摘要架車機是列車臨修庫、定修庫、架修庫中的基本設備。移動式架車機是國內外高速鐵路列車檢修維護基地最常見的重要設備。架車機的作用是在整列動車組列車在不解編的情況下將車體同步架起，可以進行轉向架的更換，以及根據(jù)需要將車體同步舉升到任意的高度對其底部進行檢修作用。由于不需要對動車組列車進行解編和編組作業(yè)，降低了作業(yè)時間，節(jié)約了檢修成本，提高了動車組列車的利用率。隨著我國鐵路第六次大提速順利實施，以及客運專線不斷的建成通車，國產(chǎn)CRH系列200-300km/h的動車組列車已分批投入運營，并開始進入轉向架更換檢修期，且數(shù)量不斷增加。采用何種方式安全高效地實現(xiàn)動車組列車的整體架車并且快速更換轉向架，保證動車組列車運營的安全已成為當務之急。移動式同步架車機其優(yōu)點在于它的造價便宜，對于不同類型的動車組兼容性好，在使用過程中可移動，使用時能靈活的控制數(shù)量。關鍵詞：動車組；移動式架車機；機架；承載能力AbstractTheliftingjackisthebasicequipmentofthetrain,andtemporaryrepairintheframe.Themobileliftingjackisthemostcommonandimportantequipmentofhigh-speedrailwaytrainmaintenancebaseathomeandabroad.TheliftingjackisintheentirecolumnofEMUtrainsingroupunderstandthebodyworkissynchronous,cancarryoutsteeringframereplacement,andaccordingtotheneedtobesynchronizedliftingbodytoanarbitraryheightonthebottommaintenancerole.Becauseitdoesnotneedtosolvethetrainandmarshallingoperation,theoperationtimeisreduced,themaintenancecostissaved,andtheutilizationrateofthetrainsetisimproved.Withthesmoothimplementationofthesixthrailwayspeed-up,andpassengerdedicatedlinecontinuouslyopenedtotraffic,EMUtraindomesticCRHseries200-300km/hofthebatchesoperational,andbegantoenterthebogiereplacementandrepairoftheperiod,andthenumberisincreasing.WhichwaytoachievethesafetyandefficiencyofEMUtrainandtherapidreplacementofbogieframe,toensurethesafetyofthetrainoperationsafetyhasbecomeapriority.Theutilitymodelhastheadvantagesthattheutilitymodelhastheadvantagesoflowcost,goodcompatibilitywithdifferenttypesofmotorcars,andcanbeusedintheprocessofusing.Keywords:TheEMUtrain；Themobileliftingjack；machineframe；carryingcapacit引言近半個多世紀以來，世界各國都在努力進行鐵路的技術裝備和現(xiàn)代化管理的研究，努力推進鐵路運輸技術的進步，在很多方面取得了突破性的進展。與此同時，隨著世界各國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于出行條件、旅行環(huán)境的要求越來越高。高速鐵路的出現(xiàn)，無疑對鐵路復興產(chǎn)生了積極影響。從2008年我國第一批動車組投運以來，經(jīng)過一段長時間的線上運行，大部分的動車組列車都即將或者已經(jīng)進入了三級以上的修程，而架車機對于動車及三級修來說，是一個必不可少的設備。在我國的動車組檢修的初期，出于對于檢修設備安全性以及可靠性相關方面的考慮，以及考慮到當時我國在這方面發(fā)展的的實力，這些設備大部分都是依賴于從高鐵較為發(fā)達的國家進口。本次設計的移動式架車機參考了許多實際工程中使用的架車機資料，所有參數(shù)力求設計合理，更加貼近工程實際，提供了一種較為合理的移動式架車機的的設計方法。1設計目標1.1研究的目的與意義從1825年世界上第一輛實用火車出現(xiàn)，火車從最開始的蒸汽機車到現(xiàn)在的動車組列車，在全世界范圍內已經(jīng)使用了180多年。在這180多年的發(fā)展和使用的過程中，為全世界的客運以及貨運發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。隨著科技的日新月異，對于火車運行要求也越來越高。列車的車體朝著安全、經(jīng)濟、環(huán)保、高速以及重載等方向發(fā)展。這種條件下，也對列車的檢修裝備提出了更高的要求。對于檢修裝備的高可靠性以及高效率性有了更加嚴格的要求。架車機作為列車檢修中的關鍵設備，在列車的庫檢中廣泛運用，它的各方面的性能決定了對于列車檢修的質量[1]。目前，鐵路運輸行業(yè)進入了飛躍式的發(fā)展階段，機車作為列車維修的必備設備之一，廣泛應用于日檢、月檢段。一套行車起重機可利用多個支承頭將單節(jié)或長組多節(jié)車體提升至最多3米，方便轉向架和車輛底盤的維護和更換。目前，常見的汽車類型可分為兩大類:固定型和移動型。固定式車廂機是專門為某類車輛設計的車廂機，適用于列車維修的高頻率；移動式架車機由于它可以按需求布置的特點，可以適用于不同類型的列車類型。高速動車組為了使得在運行過程中的舒適度以及安全性，車要求密封嚴密，車廂之間的連接結構較為復雜。因此，在一至三級的維修中，動車組的列車儲存維修工作是不可拆卸的。三級修復更換轉向架工作時，首先車體同步升起或移動，拆除轉向架，然后再將好的轉向架裝配在車體上。我國客運專線網(wǎng)規(guī)模大，總公里數(shù)長，線路的規(guī)定行使速度不同并且數(shù)量大，因此出現(xiàn)了多種型號的動車組列車和轉向架。有時會在一個動車維護基地內出現(xiàn)多種不同的車型，因此對架車機的兼容性要求較高。動車組有8輛編組方式和16輛編組方式，因此整個設備在橫向上要滿足不同編組長度和不同類型列車的長度，還要滿足更換轉向架、運輸拆卸部件和其他作業(yè)的要求，以避免框架單元與周圍結構的相互干擾，起重機的上部空間要滿足橋式起重機的吊裝作業(yè)，下部空間在吊機安裝和兩側自由通過后有工作人員的下部拆裝作業(yè)空間。移動式架車機每4臺為一個單元，多個架車機單元可以組成一組，滿足8節(jié)編組以及16節(jié)編組的動車組列車的架車需求。架車機都可在地面任意移動，以滿足不同車型對架車作業(yè)的需求。架車作業(yè)以前，工作作人員必須將轉向架從溝中的車體中分離出來。移動運輸機操作靈活多變,對于不同型號的列車都能適應，而且額定起升重量大，在國內外的整體架車作業(yè)中使用范圍廣。尤以德國、法國、韓國等為代表。移動式架車機缺點是在作業(yè)時效率低下，每組架車機在架車機作業(yè)之前，都需要工作人員對架車機進行對準操作，而且它在工作工程中需要人全程監(jiān)控。所以，移動式架車機通常適用于作業(yè)量小或者車型較多的檢修庫。圖1.1移動式架車機實物圖1.2國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1國內研究現(xiàn)狀目前我國現(xiàn)有高鐵里程位居世界第一，高速列車、動車的數(shù)量增加，與此同時城市地鐵也快速發(fā)展，城市軌道交通車輛需求量也增多。上述情況使得高速列車、動車、地鐵車輛的在維修檢測方便性方面提出一定要求。架修工程車維修作業(yè)大多需要移動式架車機，方便維修、更換車體轉向架及其它部件、對車底部進行檢測清理作業(yè)，避免了在修理棚內開挖狹長陰暗地坑的必要，同時大幅提升了工作效率。目前，隨著機車車輛的現(xiàn)代化，國內機車車輛的制造、檢修和維修逐漸接近國際水平。在機車車輛的制造、檢修和維護中，無地坑同步舉升機，俗稱同步架車機車，已逐漸取代傳統(tǒng)的地坑式同步舉升機，為了更好地實現(xiàn)單節(jié)、雙節(jié)、多節(jié)車輛的舉升。現(xiàn)有的同步車架機是由以車輛為單元、以車輛轉向架部分為單元的電機和計算機控制的車架機械單元組成的機械系統(tǒng)組成。同步框架電機的框架機械單元數(shù)一般與單、雙、多節(jié)機車提升時的轉向架相同。每個機械單元由蓋板單元、轉向架提升單元和車體提升單元組成。在不需要提升機車時，采用蓋板單元覆蓋基坑內的轉向架提升單元和車體提升單元，蓋板單元與地面平齊[2]。1.2.2國外研究現(xiàn)狀綜合國內外架車機的發(fā)展狀況，架車機的同步升降方式分以下幾種[3]：（1）氣缸同步控制升降的架車機：這種架車機的同步升降由四個單獨作用的氣虹、兩個充氣閥、兩個節(jié)流閥、兩個排氣閥和連接管路組成。在機架上，首先打開充氣閥，經(jīng)過壓縮空氣通過節(jié)流閥進入兩個平行的氣虹，兩個氣虹同時升起一端的車輛。下車時，打開排氣閥，氣虹在車輛自重下排出內部壓縮空氣，車輛落回地面。具有成本低、維護成本低的優(yōu)點，但是由于氣缸的經(jīng)常使用，氣缸會受到腐蝕或者磨損，使得它們的氣密性都不相同，所以它很難保證架車過程中的的同步率，而且這種架車方式也很不可靠。這種方式的同步精度較低，在10mm左右，而且在工作過程中需要有人值守，目前只有少量用于貨車架車中。（2）液壓同步控制升降的架車機：液壓油泵由電機驅動，經(jīng)油泵加壓后的液壓油通過油管到頂進活塞，通過活塞使得架車機進行升降。在作業(yè)過程中，現(xiàn)場工人需要同時連上所有架車機的電源來確保它們可以同步升降，同步精度控制在8mm以內，如果在工作過程中出現(xiàn)某幾臺架車機升降不同步的情況，那么這時需要立即斷開電源并進行檢查。這種架車機由于其監(jiān)控裝置的缺失以及有液壓油有泄露的風險，所以目前已經(jīng)很少使用這種架車機了（3）機械同步控制升降的架車機：該類型架車機的絲杠螺母機構是使用軸連接的，即保證了同步升降的同時也滿足了機械鎖定，可以有效的防止列車翻車事故。它一般是通過主控臺來控制架車機的升降，并且通過監(jiān)視畫面來觀察架車機的工作情況。這樣的架車機不用控制就可以完成同步升降，并且精度很高，在2mm以內。但以這種方式控制同步升降的架車機較為昂貴，是普通電動移動架車機的3-4倍。由于其裝置是固定的，不需要人工進行對位等工作，因此可靠性較高。同時，由于它的位置不能改變，所以它只能適應一種車體。（4）電機同步控制升降的架車機：每臺架車機都由單獨的電機驅動其進行升降，它的同步升降是由已經(jīng)編好碼的PLC控制器控制，這種架車機一般都為電動式移動架車機。架車機同步升降精度在5毫米以內。與地坑式架車機相比，成本較低。但是在完成任務之前需要做大量的準備工作，例如，地面移動和人工調整，所以說這種架車機受人為影響較大，需要投入的人力成本較高，安全性較低。為了有較高的同步升降精度，所以會有較多的位置檢測裝置，而且控制程序比較復雜。2設計要求2.1目前架車機方案的比較目前市面上的架車方案有地坑式與移動式兩種，兩種方案各有優(yōu)缺點。地坑式架車機如圖2.1所示，移動式架車機如圖2.2所示。圖2.1地坑式架車機圖2.2移動式架車機地坑式架車機與移動式架車機相比，它的設備前期投入大，當它是單一類型的架車時，它的價格約為移動式架車機的3倍～4倍左右，若地坑式架車機可以兼容多種車體架車，它的各種設備價格大約為移動式架車機價格的5倍～6倍，如果兼容的車型變多、車與車之間的結構參數(shù)差距變大，地坑式架車機與移動式架車機的價格的差距也會更大。而在庫房的基礎設施等的建設上，對于移動式架車機來說，通常情況下檢修庫內需要有通長的軌道橋或檢修地溝，但地坑式架車機只要按照轉向架的數(shù)量安置相應的地坑，如果不考慮兼容多種車體，兩者在土建整體投資方面的相差不大。但對兼容多種車體的地坑式架車機來說，它在土建基礎方面的投入將比移動式架車機有很大程度的增加[8]。對于架車效率來說，地坑式架車機相對于移動式架車機而言所用的人力資源少，而移動式架車機在作業(yè)之前需要進行大量的對位等工作，所要的的人力資源較多，并且它作業(yè)消耗的時間也較多。以起升8輛編組的動車組列車為例，若使用移動式架車機，它所需的人力資源大概為使用地坑式架車機時的人數(shù)的4倍～5倍。使用地坑式架車機進行作業(yè)時，設備固定，因此，車輛和架車機間的對位簡單，架車作業(yè)、替換轉向架的工作時間短。使用移動式架車機更換轉向架時，轉向架和車體之間的對位操作復雜，尤其是對于動車列車來說，它們的轉向架的數(shù)量多而且結構復雜，安裝與拆卸不易，如果使用移動式架車機替換整列轉向架，那么作業(yè)耗費的時間大概是使用地坑式架車機的1.5倍～2倍。2.2動車組的各參數(shù)分析從表2.1中可以看出各型動車組列車的主要技術參數(shù)差距比較明顯，所以要求架車機擁有良好的兼容性，可以適應以上4類的動車組列車。表2.1動車組參數(shù)車型編組型式列車總質量/t車輛長度/mm車體寬度/mm車輛定距/mm固定軸距/mm車輪直徑/mm相鄰輛車轉向架中心距/mm車體架車點CRH18輛420.4頭車：26950中間車：266003331190001880027009157600枕梁中心線位置架車墊板CRH28輛345頭車：25700中間車：2500033801750025008607500枕內580mm架車孔CRH38輛380頭車：25675中間車：2477532651737525009157450枕內1145mm架車墊板CRH58輛451頭車：28050中間車：2590032001900027008906900枕內1350mm架車墊板4類動車組列車的重量都不相同，其中最重的為CRH5型為451噸，所以架車機的單機額定起重能力應該以CRH5型為準。各型的車體寬度其中CRH2型最寬為3380mm，CRH5型最窄為3200mm，所以對于托頭來說，應能橫向移動，來適應不同的車寬。由表2.1中所示，最重的動車組列車為CRH5型，為451噸，一列動車組列車為8節(jié)，共需要32個架車機，那么單臺架車機的舉升能力至少為14.1噸，根據(jù)起重機手冊中的介紹，推薦的最大舉升重量有16噸或者20噸，考慮到安全以及余量等問題，架車機的單機額定舉升能力定為20噸。目前我國的動車組列車共有4種，車寬、車體架車點等各不相同，所以如果架車機的托架只有單一一個形式的話，那么一種架車機只能用于一種動車組列車，這對資源無疑是一種浪費。對于這種情況，架車機的托架部分必須能夠做橫向運動，可以根據(jù)不同的車型來調節(jié)托架的位置，來適應不同車型的不同車寬以及架車點。托架的橫向移動依靠的是托架橫移裝置，如圖2.3所示。1—托頭；2—滾輪；3—減速器；4—手動減速器；5—絲杠；6—螺母圖2.3托架橫移裝置架車機的托頭由上下滾輪支撐，并且能在滾輪上做橫向運動。橫向移動電機實現(xiàn)托頭在無載情況下橫向移動，橫向移動手柄可完成托架在承載狀態(tài)下橫向移動。橫移手柄直接接在絲杠上，通過人力旋轉手柄來使架車機的托架進行橫向移動，電機通過帶動齒輪的旋轉來帶動絲杠的旋轉，從而帶動托頭的橫向移動。電動移動式同步架車機是一個高度自動化的復雜系統(tǒng)的機械設備，需要有完備的電氣聯(lián)鎖保護功能以及故障故障監(jiān)測與恢復功能，以保證作業(yè)安全[9]。移動式同步架車機有總控電鑰匙開關、主升降上下限位、托頭橫向伸縮前后限位、障礙物保護、同步超限、急停等多種保護裝置。主控計算機具備各種保護信息的提示功能，便于系統(tǒng)故障監(jiān)測與恢復。動車組列車在進行架車作業(yè)時，要求動車組列車入庫后能夠準確的開到預定的位置停車。在現(xiàn)在的架車作業(yè)中，停車的位置精度要求較高，以往以人經(jīng)驗來判斷停車位置的方法已經(jīng)不能適用于現(xiàn)在的情況，所以在架車作業(yè)時，需要一套激光測距定位裝置來輔助[10]，如圖2.4所示。圖2.4激光測距定位裝置示意圖激光測距儀安裝在由電動機驅動的伸縮桿上，在動車組入庫前，伸縮桿伸出到位，讓激光測距儀位于軌道中部的正上方，在不作業(yè)時，可方便的收回，不影響到軌道的通行能力。對CRH1型動車組來說，在首次使用激光測距裝置時，通電后激光測距裝置就可以開始工作。被測車體由左至右不斷運動，距離Lx的值時刻變化，當被測量車體到達預定停車位置時，Lx=L1，激光測距儀的主控端會自動根據(jù)主控計算機設定的車型，記下CRH1型動車組所對應的L1的值。在平常使用時，被測車體由左至右不斷移動，距離Lx值隨著它的移動而變化，激光測距裝置實時計算Lx-L1值，如果Lx-L1>500mm，那么顯示屏上則顯示EEE，即超過了預定停車位；若Lx-L1<-500mm，顯示屏顯示，即未到預定停車位；如果-500mm<Lx-L1<500mm，那么測距儀會提示司機與預定停車位的距離。對其余類型的動車組列車來說，盡管列車頭車曲面形狀都不相同，但只需記下1次相對應的L1的值，那么在平常使用時，激光測距裝置根據(jù)選擇的不同的車型，實時計算Lx-L1的值并在顯示屏上顯示出來，提示司機列車與預定停車位之間的距離[11]。這樣就提高了停車的準確性。2.2成果要求（1）畢業(yè)設計說明書：1本；（2）移動式架車機的零件三維造型及裝配，電子文件，一套；（3）移動式架車機的所有非標零件圖（標準CAD圖電子文件）電子文件：一套；（4）移動式架車機的裝配圖（標準CAD圖電子文件）：1張；（5）相對最復雜的非標零件打印圖紙：3張，A3圖幅；（6）移動式架車機的裝配圖打印圖紙：1張，A1；（7）移動式架車機實物模型：1件。3設計方案3.1產(chǎn)品結構設計架車機是一種新概念、新結構的專用設備，它車體平動穩(wěn)定和懸臂力在受力工況下較為惡劣，其主要組成部分是車架、底座、傳動裝置、行走裝置和電子控制系統(tǒng)?？傮w結構如圖3.1所示。圖3.1架車機總體結構圖（1）機架機架采用門式雙立柱的結構，所有鋼板和型鋼表面都經(jīng)拋丸預涂底漆處理，并且在焊后經(jīng)由悶火消除內應力處理后，并經(jīng)過一體加工后在與底座焊接成型。架車機機架的強度剛度耐磨性等符合要求。頂部與傳動裝置聯(lián)接采用止口螺栓，形成門式結構，受力情況好，拆裝方便，維護與保養(yǎng)方便。（2）傳動裝置傳動裝置由電機、減速器、絲杠螺母機構組成，電機減速器直聯(lián)絲杠帶動絲杠轉動，再通過螺母帶動架車機托架進行升降，傳動構造與原理簡單，噪音低，作業(yè)過程中吊掛體受力情況良好，維護保修方便。絲杠螺母傳動系統(tǒng)采用了主螺母與安全螺母的雙螺母設計，兩螺母設計可以保證承載能力滿足要求，當作業(yè)過程中出現(xiàn)意外例如主螺母磨損以及其它情況時，安全螺母將會承受所有的載荷以保證安全避免意外情況的發(fā)生。為了防止在電器控制失靈的情況下螺母突破行程限制遭到破壞，在絲杠上安裝有安全死擋環(huán)。絲杠的材質是具有很高強度韌性的40CrNiMo。（3）托架托架的主要組成為左右主立板、主軸、托頭、托頭架、滾輪、主螺母、安全螺母等。在作業(yè)過程中左右主立板為重要的受力部件，它不僅自身受力并且它的結構形式?jīng)Q定了滾動輪以及主軸的受力模式，還影響滾動輪對機架立柱的力的大小，因此，把左右主立板的結構形式設計為鉤型的結構以對滾動輪組進行分散，在最大程度上的改善左右主立板、滾動輪、機架雙立柱、托頭、托頭架的受力狀態(tài)。托架裝在主螺母上并用螺栓固定，構造緊湊，散熱良好，更換方便。（4）走行裝置走行裝置為3噸手動液壓插車。如果需要移動架車機工作，工作人員使用液壓叉車來移動架車機到工作地點。（5）托頭橫移系統(tǒng)架車機的托頭上裝有橫移裝置，由減速電機、絲杠、螺母等組成。為了保證架車機在負載情況下能夠進行橫向的移動，需要使車架與轉向架的對準。調整方便，裝置安全性好。在作業(yè)過程中，能很好的實現(xiàn)車體的橫向移動而車體不發(fā)生任何變化。橫移裝置中的限位系統(tǒng)的作用是為防止橫移過程中，絲杠螺母機構進入死點而使得電氣及機械的損壞以及防止人手被擠傷。（6）電控系統(tǒng)本設計中的架車機在工作過程中成組使用，為聯(lián)動移動式架車機，4臺單體架車機為一組，32個單體架車機為一套，一套架車機便可以滿足一列整編的動車組列車的舉升需要。一組架車機組由統(tǒng)一控制柜控制，可隨意移動。供電線路、控制線路等與控制柜之間的連接采用航空插頭連接，便于安裝單元移至其他檢修線路。綜合控制柜的移動方便靈活?？蚣軉卧?共32個單框架單元)運行時，每8個控制柜連接到另一個控制柜(以區(qū)分單個控制柜)，然后連接8組連桿機構。各組可以進行單獨的操作，從而能夠進行單組框架的操作，實現(xiàn)聯(lián)動框架的要求。3.2架車機工作原理先將整個列車推送或自行運行至整列架車機頂部,并使各個轉向架停放于整列架車機的對應位置，也即整列架車機中與其對應的轉向機舉升機構上[5]。然后通過電氣控制系統(tǒng)同步集中控制,控制各個轉向架舉升機構的電機驅動絲杠螺母副的螺栓轉動，從而通過帶動固設在絲桿螺母副的承載螺母上的輪對舉升橫梁而使輪對舉升臂上升至適合的高度。然后，將各個轉向架中與車體連接的部件拆卸，也即，將轉向架與車體連接的牽引拉桿、抗蛇形減震器、高度閥桿等部件和連接導線拆卸。再次利用電氣控制系統(tǒng)同步集中控制，通過控制各個車體舉升機構的電機帶動托頭上升至列車吊車位或頂車位的位置。如果此時托頭不與吊車位或頂車位水平縱向正對，通過行走驅動電機驅動平臺小車的輪對在兩鋼軌中運動，也即沿列車的縱向前移或后退，使托頭與吊車位或頂車位正對對準,并伸入吊車位。再利用電氣和計算機同步集中控制,使各個轉向架舉升單元連同轉向架一起下降到地面，使轉向架舉升機構內兼作鋼軌的支承縱向梁和與地面鋼軌對齊。此時,整列車的各車體由與其對應的車體舉升機構支撐。通過控制各個車體舉升單元中的電機帶動各個車體舉升臂繼續(xù)上升2.7m左右，以避免人工在車底下推轉向架時碰到底架上的設備，并保持該高度不變,直到檢修后的轉向架重新回位。人工推動轉向架沿著支承縱向梁運動至地面鋼軌，并推送出列車車體底部。在轉向架滾動前進過程中，是利用車輪踏面接觸的方式通過轉向架舉升機構中的支承縱向梁和。當檢修合格的各個轉向架需要與車體重新組裝時,先將各轉向架與按先前順序推送至車體底部對應位置，各轉向架舉升機構在電氣和計算機控制系統(tǒng)的控制下，將轉向架舉升至離軌面適合人工操作高度范圍內。同時利用車體舉升機構將車體下降至便于和轉向架組裝的合適位置，進行轉向架與對應的車體的連接。當連接完成后，使各轉向架舉升機構略升起，以便托頭從吊車位或抬車位離開。隨后將各車體舉升機構下降至地面。再下降各轉向架舉升機構和列車至地面，此時整列動車組就可出去了。每臺架車機都由電動機驅動絲杠螺母機構來控制它的上升下降，在電動機的軸端安裝有編碼器，它的目的是為了實現(xiàn)控制架車機的同步升降。它是使用PLC或者微機來實時采集編碼器所發(fā)出的脈沖信號來控制每臺架車機的電機的轉速進而實現(xiàn)控制架車機托頭的升降速度來實現(xiàn)近似的同步架車。一般情況下在每臺架車機旁都有單獨的一個控制箱，如圖3.2所示。這個控制想的的作用是控制單臺架車機的運行并且實時進行監(jiān)測這臺架車機的托頭的高度，若出現(xiàn)兩臺架車機的托頭的高度差較大或者主控制柜發(fā)生故障時可通過每臺架車機單獨的控制柜對每臺架車機進行控制，避免事故的發(fā)生。主控制柜是作業(yè)時所有的架車機的控制終端，實現(xiàn)了架車機的同步控制，如圖3.3所示。它的內部主要是主斷路器、接觸器、繼電器、熔斷器來完成電機的配電及相關保護工作；核心部件為PLC，擁有手動架車與自動架車兩種方式。操作面板上設置有電壓、電流、高度的顯示以及緊急停止、上升、下降、停止按鈕等，方便操作。電動移動式架車機的同步控制的精度在5mm內。價格與機械同步地坑式架車機相比較來說較為低廉，但當它在架車時，需要地面移動、對位等大量工作，人對它的影響較大，作業(yè)時需要人力較多，人力成本高，安全性較低；但移動式架車機在使用過程中靈活，可兼容不同類型的車體的架車需求；為了實現(xiàn)同步控制精度，需要較多位置檢測裝置，控制程序復雜。圖3.2架車機控制箱圖3.3架車機主控制柜3.3絲桿螺母的選型架車機在工作過程中，傳動裝置作為架車機的主要機構之一，它主要包括了主絲杠，出主傳動螺母，安全螺母以及軸承等部件。架車機托頭的升降都是由絲杠螺母機構來完成的為了保證傳動過程中的平穩(wěn)以及機車架車過程中的安全性，機構中配有安全螺母來防止主傳動螺母發(fā)生破壞而造成意外。而且在舉升過程中，由絲杠螺母機構承載列車的全部重量，所以絲杠螺母的承載能力是重中之重。螺母機構的主要失效形式為螺紋面磨損、螺桿斷裂、螺桿破碎或切斷、螺紋根部斷裂。一般來說，螺絲和螺母機構的主要尺寸[12]是通過耐磨性和強度計算來確定的。因此，螺母機構的設計需要明確實際需要，并在此基礎上進行相關計算，然后確定螺母機構的尺寸參數(shù)。在架車舉升的過程中，為了保證絲杠螺母具有自鎖性，絲杠螺母采用單線梯形螺紋。絲杠螺母的尺寸確定[13]：由于是單線螺紋，所以螺距P=導程S，架車機托架的升降運動的速度為150mm/min=0.0025m/s，許用壓強[P]=15MPa，按耐磨性計算絲杠螺紋的中徑，查表得=4（3-1）式中：F-軸向力；p-螺距；-絲杠結構系數(shù)；h-螺紋工作高度；[P]-許用壓強。梯形螺紋h=0.5p，d2≥46.07mm，查表得：d=80mmp=s=10mmac=0.5H1=0.5p=5mmh3=H4=0.5p+ac=5.5mmd2=D2=d-0.5p=75mmd3=d-2h3=69mmR1MAX=r1max=0.25mmR2max=r2max=0.5mm螺母尺寸：D1=d-p=70mm,D2=d2=75mmD4=d+2ac=81mmH4=H1+ac=5.5mm驗算分析：自鎖性驗算：由于是單頭螺紋，則，s=p=10mm；螺紋升角（3-2）式中：s-導程；-螺紋中徑可得：（3-3）式中：-螺紋壓力角，=20°；-當量摩擦系數(shù)，鋼對青銅的當量摩擦系數(shù)查表取0.09。因此：；所以絲杠螺母機構的自鎖性可靠。絲杠螺母機構的材料選用及強度驗算：絲杠選用40CrNiMo,查表得σs=860MPa，需用應力，取[σ]=215MPa。螺紋摩擦力矩（3-4）螺旋傳動軸向支撐面的摩擦力矩（3-5）式中：、-承壓面直徑；-當量摩擦系數(shù)；代入mm，F(xiàn)=N，2.43°，5.33°到公式3-4中得：代入mm，mm，，N到公式3-5中得：又由于：（3-6）代入，到公式3-6中得：絲杠強度的當量應力：（3-7）式中：F-螺桿所受的正壓力；-螺桿所受的扭矩；-螺桿小徑代入N，，到公式3-7中得：根據(jù)上述計算，所設計的絲杠符合強度要求。螺母強度驗算[14]：由于螺母材料強度低于螺桿，故只計算螺母的螺紋強度，根據(jù)要求：絲杠螺母嚙合行程=1800mm；螺紋圈數(shù)n=180圈；（3-8）（3-9）式中：d-螺紋大徑；b-螺紋牙底寬度；n-螺母旋合長度代入，，，圈，到公式3-8、3-9中得：根據(jù)上述計算，所設計的螺母符合強度要求。穩(wěn)定性計算：（3-10）（3-11）式中：-螺桿的穩(wěn)定臨街載荷；E-螺桿材料的彈性模量，E=209Gpa；I-螺桿危險截面的軸慣性矩，；-長度系數(shù)；代入E=209GPa，，，到公式3-10、3-11中得：根據(jù)上述計算，絲杠螺母機構的穩(wěn)定性符合要求。絲杠螺母機構的效率計算：絲杠與機架間用滑動推力軸承，效率為0.95，2.43°，5.33°則，（3-12)3.3電機的選型已知需要的推力為2×N，托架上升時的速度為v=0.0025m/s，N那么：(3-13)考慮中間還有減速器的以及其它的損耗，所以電機的額定功率選為2.2kW。3.4機架的設計機架的尺寸對于架車機的性能以及舉升過程的安全性有著直接的影響，所以機架的截面尺寸對于整機的性能有著決定性的影響。機架采用門式雙立柱形式，主立柱由型鋼外加支護板焊接成型，采用Q345-A材料。3.4.1機架的總體尺寸架車機作為列車檢修的最常用的設備這一，它的總體尺寸在檢修過程中是關系到檢修過程中的列車的舉升高度以及在使用過程中的安全問題，其中機架總體尺寸最關鍵的地方就在于架車機機架截面尺寸的設計，好的截面尺寸，不僅能夠更好的承載力，有更高的強度與剛度，并且擁有良好的穩(wěn)定性，而且能夠最大程度的減輕架車機的重量，減少架車機在移動過程中的工作強度[15]。機架的總體尺寸由使用時的要求定出，其中托架的行程要求為1800mm。根據(jù)實際的要求，以及從查閱的資料中得出了機架的總體尺寸，其中架車機總高為3262mm,底座的寬為906mm，底座的長為1320mm，底座的高為250mm。架車機的立柱高度為3030mm。圖3.4結構圖機架的總體尺寸確定之后，架車機基本結構也確定下來，架車機上每個部件的尺寸也即有了確定的規(guī)格。3.4.2機架的受力分析機架按強度條件選擇型鋼截面，所需要的凈截面抗彎模量，其中：(3-14)托架和機架的受力如下圖所示，其中N：圖3.5機架受力簡圖根據(jù)圖中的受力進行受力計算：(3-15)(3-16)(3-17)根據(jù)上三個式子得出：單個立柱受力：(3-18)(3-19)代入，l=3050mm到公式3-14中得：按照剛度條件選取型鋼截面，其中查機械設計手冊得鋼的彈性模量E=206Gpa，=50mm，因此最小慣性矩：(3-20)式中：I-對Y軸的慣性矩；主立柱上的載荷；S-主立柱的長度；E-彈性模量；[]-許用靜撓度代入，到公式3-20中得：根據(jù)型鋼表，架車機的立柱選用板厚為10mm的40a槽鋼，槽鋼的開口一側加焊鋼板用以增加剛度。3.4.3機架強度的驗算剛度是指零件在載荷作用下抵抗變形的能力，對于主立柱而言不能有過大的變形，剛度取決于材料的彈性模量。強度是指零件在承受載荷和變形后，恢復原有形狀和抵抗斷裂的能力。它是機械零件的基本能力，也是衡量零件質量的重要指標。通過對主立柱的強度以及剛度的驗算來校核主立柱的尺寸是否符合設計的要求。根據(jù)上面所選用的型鋼截面尺寸對機架進行剛度與強度的校核。主立柱的材料選用Q345，其[σ]=345MPa,[τ]=200MPa。(3-21)式中：-主立柱受到的正應力；M-主立柱受到的力矩；-抗彎截面系數(shù)；-許用應力(3-22)式中：-主立柱受到的剪切應力；F-主立柱受到的最大剪切力；S-主立柱的最大靜矩；-許用剪切應力；I-慣性矩；-板厚代入，到公式3-21中得：代入，，，到公式3-22中得：由公式3-20得：根據(jù)上述的計算，架車機的主立柱符合設計的強度和剛度的要求。槽鋼的開口一側焊接鋼板，以增加主立柱的強度與剛度。下面對于架車機的穩(wěn)定性進行驗算：在最大剛度平面受彎的軋制的型鋼的穩(wěn)定性驗算如下[17]：（3-23）式中：-主立柱的靜強度；-繞主立柱強軸的最大彎矩；-繞主立柱強軸彎曲所確定的梁側向屈曲穩(wěn)定系數(shù)；-主立柱最大抗彎截面系數(shù)；代入，，到公式3-23中得：根據(jù)上述公式中得到數(shù)據(jù)，主立柱的穩(wěn)定性符合設計要求。3.5托架的設計托架作為承載列車重量的主要裝置，其重要性不言而喻，而對于托架而言托架的主軸是承受載荷的關鍵，當架車機在舉升車體的過程中，托架主軸可視為一個純彎梁。主軸在架車機作業(yè)過程中，受力復雜，但是它主要受到機架對它的反力，次要的受力比如說在舉升過程中受到的摩擦力所產(chǎn)生的力矩等[18]。3.5.1托架主軸的尺寸設計托架主軸作為托架的主要受力部件，它的結構尺寸直接關系到在架車作業(yè)中的安全性與穩(wěn)定性，它的主要受力形式為受彎，所以它的主要失效形式為彎曲變形，所以在這里我主要對主軸的強度與剛度進行分析，根據(jù)其強度與剛度的要求來確定主軸的主要尺寸，再根據(jù)實際的需要來確定出主軸的相關尺寸參數(shù)。將托架主軸進行受力簡化分析以后，將其視為一個兩邊固定，兩端受力的一個梁，在這里主要對它的強度進行分析，最后確定它的最小直徑。圖3.6托架后視示意圖圖3.7托架左視示意圖在機架的設計計算中得到單邊的機架受力為。對于托架來說與作用在主軸1與主軸2上，現(xiàn)在對主軸1進行受力分析。對主軸1進行受力簡化分析，如下圖：圖3.8受力分析其中；現(xiàn)在計算器支反力以及畫出彎矩圖：圖3.9主軸1受力分析（3-24）（3-25）（3-26）求解上述方程式得到：得到的主軸彎矩圖如下：圖3.10彎矩圖從彎矩圖中得知，軸的中間一段各截面上的彎矩相等，都為：（3-27）對軸的直徑進行設計：主軸材料選用45鋼，調質處理，其中=370MPa；=0.49MPa；=343MPa。（3-28）式中：-主軸的最小直徑；-主軸受到的最大彎矩；-彎曲疲勞極限計算得出：≥77.3mm,取d=80mm。主軸2與主軸1的受力相同，所以不再分析，主軸2的尺寸也和主軸1相同。4架車機輔助裝置設計架車機的輔助裝置對于架車機來說具有重要意義，它能拓寬一種類型架車機的適用范圍，通過調整托架的橫向位置來使架車機兼容不同類型的動車組列車。通過增設安全螺母來增強架車機在作業(yè)過程中的安全性，同時在托架上設置壓力傳感器，如果在架車過程中，發(fā)生列車兩側升降距離的不一致時，如果兩側的高低差過大時，就會導致列車的傾覆，所以當有這種情況產(chǎn)生時，就要要求架車機停止工作。對于架車機的縱向移動，這里使用外購的3噸移動液壓叉車移動[19]。4.1托架橫移裝置的設計為了能兼容多種型號的動車組以及方便動車組車體與轉向架的組裝和檢修，在架車機上裝有橫移電機和橫移手柄，如下圖所示。架車機的托架通過上下滾輪支托，并可以在滾輪上橫向移動[20]。電動機可以實現(xiàn)托頭在無載荷情況下的橫向移動，橫移手柄可實現(xiàn)托頭在承載狀態(tài)下橫向移動。在無載情況下，由電動機帶動的托頭的最大橫移量為194mm，在有載情況下由橫移手柄帶動的托架的橫向移動量為168mm。1—托頭總成；2—電機橫向移動螺母；3—手動橫向移動螺母；4—托架滾動輪；5—橫向移動手柄；6—電動機；7—托架圖4.1架車機托架橫移裝置示意4.2安全保護裝置的設計架車機托架托頭的舉升動作是由電動機帶動絲杠螺母機構來完成的，每臺架車機受載的均勻性，直接關系到架車過程中的安全。架車機中的安全螺母是架車機的安全保護裝置，以及在托頭上安裝的壓力傳感器。如果列車兩側的架車機未能同步工作，那么架車機的控制器上所顯示的壓力數(shù)值就不一致，那么此時架車機的控制裝置就會進行自動的調整，確保架車過程的安全[21]。裝置如下圖所示。1—托頭；2—絲杠；3—工作螺母；4—壓力傳感器；5—托頭載荷顯示器圖4.2智能數(shù)控器架車機的傳動裝置是由減速器直聯(lián)帶動的具有自鎖功能的梯形螺紋絲杠旋轉，主動螺母通過絲杠的旋轉帶動，從而帶動托架的上下移動。絲杠螺母機構的傳動結構簡單，工作無噪聲，吊掛體受力狀態(tài)良好，維修方便。但是由于列車的自重施加的軸向力主要由絲杠和工作螺母承擔，螺母的螺紋表面壓力強，工件磨損嚴重，尤其是主螺母材質硬度低，磨損嚴重，易損壞。為了保證起重機在運行過程中的安全，防止列車翻車事故的發(fā)生，在主螺母下面還安裝了一個安全螺母。在正常操作過程中，安全螺母沒有裝載，只是隨著工作螺母上下移動，工作螺母與安全螺母之間的間隙保持在4mm，安全螺母裝有接近傳感器，當工作螺母磨損過度，工作螺母與安全螺母之間的間隙小于3mm時，發(fā)動機控制器會發(fā)出預警，如果當工作螺母發(fā)生破壞時，安全螺母就會承受所有的載荷。此外架車機還擁有障礙物保護裝置，如下圖所示。架車機的托頭的升降運動是由電機驅動升降絲杠并帶動主螺母上下移動而實現(xiàn)的。對于如CRH2型這類架車孔類型的動車組而言，在落車的過程中，若動車組列車的車體落到轉向架后還在下降，那么托頭將被架車孔卡住。為了防止這種情況的發(fā)生保證架車過程的安全，障礙物保護裝置便產(chǎn)生了。工作螺母1與承受垂直載荷的托頭橫梁2之間安裝有環(huán)形壓力傳感器3，螺母套5，擋塊4和托頭架橫梁連接組成環(huán)形空間，在它的內部裝有環(huán)形壓力傳感器3，環(huán)形壓力傳感器3的輸出信號可輸至智能壓力表。托頭在下降的過程中，若托頭橫梁2被障礙物卡住，如果工作螺母1還在下降，那么托頭橫梁2與壓力傳感器3就會分離，此時環(huán)形壓力傳感器3壓力減小，環(huán)形壓力傳感器3的輸出壓力小于智能壓力表設定的下限，智能壓力表將信號傳入主控計算機，預先設定好的程序便會控制整列架車機停機并報警，這樣便能防止架車機的托頭倍卡住[24]。1—工作螺母；2—托頭橫梁；3—環(huán)形壓力傳感器；4—擋塊；5—螺母套圖4.3障礙物保護裝置4.3架車機的移動裝置架車機的移動裝置為外購的6噸手動液壓叉車，如下圖所示。架車機的移動方便快捷，在架車機不使用時可以把架車機方便的收攏起來。架車機需要移動時，由現(xiàn)場的工作人員使用叉車將架車機移動到預定的位置。在架車機對準時，也需要人力去移動，所以在架車機作業(yè)之前需要大量的人力作業(yè)去移動對準架車機。圖4.4手動液壓叉車5實物制作鑒于材料、成本等因素，移動式架車機設計方案完成后，產(chǎn)品實物則需要用3D打印設備進行制作。3D打印設備的原理就是把數(shù)據(jù)和原料放進3D打印機中，機器會按照程序把產(chǎn)品一層層制造出來。3D打印技術已經(jīng)較為成熟，能夠較為清晰的展示最終的整體模型效果，但是由于立式?jīng)_擊粉碎機的整體模型尺寸較大，綜合考慮展示效果以及成本問題，在打印時要進行整體模型進行縮放。由于模型大多部分為殼體，所以縮放后的部件可能較薄，不足以支撐整體的重量，所以在打印時可以適當?shù)貙s放模型進行修改，最好修改部位在整體內部進行，不得改變整體外形尺寸，具體實施方案如：適當加厚某個部位板材的厚度，也可以在內部打印支撐柱的形式進行。綜上所述，對產(chǎn)品模型進行3D打印，最終得到的3D打印模型如圖5.1所示。圖5.13D打印模型圖圖5.23D打印模型圖圖5.33D打印模型圖結論從2008年我國第一批動車組投運以來，經(jīng)過一段長時間的線上運行，大部分的動車組列車都即將或者已經(jīng)進入了三級以上的修程，而架車機對于動車及三級修來說，是一個必不可少的設備。在我國的動車組檢修的初期，出于對于檢修設備安全性以及可靠性相關方面的考慮，以及考慮到當時我國在這方面發(fā)展的的實力，這些設備大部分都是依賴于從高鐵較為發(fā)達的國家進口。本文根據(jù)我國在架車機設計上發(fā)展的資料中汲取經(jīng)驗，根據(jù)參考現(xiàn)在的架車設備，在現(xiàn)有的設備上進行改進，本設計主要完成的工作如下：（1）對架車機的結構以及工作原理進行了深入的分析并對我國現(xiàn)有的動車組列車相關的結構參數(shù)進行了分析。對于這些資料進行歸納與總結，反復的研究，不斷的進行思考，構思自己的設計。（2）在架車的總體設計的環(huán)節(jié)，我參考了目前市場上有的架車機，并且深入分析目前有的架車機的結構，吸取經(jīng)驗，對現(xiàn)有的資料進行總結，查找目前架車機的相關規(guī)定，根據(jù)自己手上的資料對架車機的總體的結構尺寸進行設計。在設計的過程中參考了起重機設計手冊上對于起重機起身重量等建議，選取了本設計中的架車機的額定起重能力。（3）在設計托架時充分考慮了架車機兩個主立柱之間的距離，將橫向移動裝置布置于托架的前后兩端，這樣可以留出裝配相關電氣設備的位置，也方便橫向移動裝置在架車機上的安裝。另外考慮到托架的受力特點，合理的布置托架主軸的位置。（4）主要對托架主軸進行了力學的分析與計算，考慮到托架主軸主要受到彎曲變形的作用，主要使用強度與剛度的條件來對托架主軸進行設計，并進行了校核計算，根據(jù)計算得出的數(shù)據(jù)，再結合主軸在托架板上的布置，來進行尺寸的確定。（5）對架車機的安全裝置進行了設計，在設計架車機的安全裝置時，參考了目前市面上架車機的安全保護措施，根據(jù)自己架車機的設計，做出符合自己設計的架車機的相關的安全裝置。參照目前的相關的安全要求，本設計中的安全裝置符合要求。本文的設計步驟基本合理，在前期的準備工作中，先查閱了大量的相關資料，全面吸收學習電動移動式架車機的各種資料。對于移動式架車機的主要構成，包括架車機的工作原理、架車機的總體結構構造、架車機的控制方案、架車機的安裝保護裝置等有了更新的認識之后。在設計過程中，經(jīng)過不斷查閱機械設計手冊和參考起重機設計手冊以及機械裝備金屬結構設計，來了解不同的起重機的工作原理以及構造，通過查閱相關的資料，對比選取最優(yōu)的結構，才得到現(xiàn)在的設計結果。但是由于本次設計時間較短，收集到的資料畢竟有限，再加上自身設計能力的不足和欠缺，以及對本專業(yè)外知識的欠缺，在設計中難免會存在各種各樣的漏洞。但是，正因為有了本次設計這樣的難得的機會，可以讓我學習到更多與掘進機相關的知識，也可以學習到更多的設計知識，提高自身的設計能力，為今后可能遇到的設計工作奠定基礎。

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論文的研究方法和手段有哪些

（1）調查法

調查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統(tǒng)地搜集有關研究對象現(xiàn)實狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數(shù)據(jù)，進而對調查中收集的大量數(shù)據(jù)進行分析、比較、總結歸納，為人們提供規(guī)律性的知識。

（一）典型例子

調查法中最典型的例子是問卷調查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調查人員編制調查項目表，分發(fā)或郵寄給相關人員，詢問答案，然后收集、整理、統(tǒng)計和研究。

（二）研究步驟

1.確定調查課題

確定題目時要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復勞動。

2.制定調查計劃

要明確調查課題、調查目的、調查對象、調查范圍、調查手段、調查步驟、時間安排。

3.收集材料

收集材料時要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進行整理，以便后續(xù)總結歸納、形成結論。

5.總結研究

對整理完的材料進行分析、總結、歸納，得出一般性的結論。

（三）特點

調查法相對其他研究方法來說較為耗時耗力，但也有其優(yōu)勢，即獲得的一手資料信息真實具體，能夠對研究對象有更加準確、清晰的認識。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計劃地通過感官和輔助儀器，對處于自然狀態(tài)下的客觀事物進行系統(tǒng)考察，從而獲取經(jīng)驗事實的一種科學研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認知發(fā)展理論就是通過觀察法提煉總結出來的；兒童心理學創(chuàng)始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學領域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對象

在選擇和確定研究問題的基礎上確定觀察者與觀察對象。

2.制定觀察計劃

在觀察計劃中要規(guī)定明確的觀察目的、重點、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準備

觀察準備是否充分