旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测装置的设计.docx
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旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测装置的设计
摘要
弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离检测是保证列车在高速行驶走“蛇”字形路线的时候不发生侧翻。
在这里有两种方案,第一种方案是根据游标卡尺的原理设计的,第二种方案是根据当三点呈一线的时候,如果有一点凹下去的话,那么这个距离就是所要检测的距离。
经过对两种方案的对比,得出,第一种方案在满足精度要求下,成本比较低,手工作业,适用于少量的检测;第二种方案自动化程度较高,适合与大批量的检测,并可作为工艺检测,流水线作业。
关键词:
垂直距离、测量、安全运行、精度。
Abstract
Measuretheverticaldistancesbetweentheuppersurfaceofresiliencebearinganduppersurfaceoflowerheartplatescanavoidthetrainfromturnoverwhenthetrainisdrivinginasnakeroutewithahighspeed.Therearetwokindsofschemeshere,thefirstkindofschemewasdesignedaccordingtotheprincipleoftheverniercaliper.thesecondschemeisaccordingtotheprinciplewhenthreepointsarrangeinaline.ifoneofthepointsinkdownwhenthosethreepointsstandinaline,thedistancesbetweenthemiswanted.contrastthesetwokindsofschemes,thecostofthefirstkindofschemeislowerundertherequirementofmeetingtheaccuracy,soitissuitableforhandicraftoperateandsmallamountofexamine;Theautomaticintensityofsecondkindofschemeisrelativelyhigh,soitsuitablefordetectioninenormousquantitiesandcanbeusedasacraftmeasurement,thehomeworkofassemblyline..
Keyword:
Verticaldistance,measures,thesafeoperation,precision.
第一章 概述......................................................................................1
一 课题的来源及意义…………………………………………….1
1. 课题的来源…………………………………………………….......1
2. 研究的意义………………………………………………………...1
二 课题设计的技术要求………………………………………….2
1. 弹性旁承与下心盘安装的技术要求………………………………….2
2. 课题设计的总体要求……………………………………………….3
第二章 基于不同要求两种方案的设计.......................................5
一 手工检测装置总体设计的方案………………………………5
1. 方案结构图………………………………………………………...5
2. 检测作业说明……………………………………………………....6
二 自动检测装置总体方案的设计………………………………6
1. 方案结构图………………………………………………………..6
2. 检测作业说明………………………………………………………7
第三章三角底架检测装置的设计.................................................8
一 三角架式检测装置的组成........................................................8
二 各部件的设计…………………………………………………..8
1. 三角底架的设计……………………………………………………8
2. 旋转柱的设计……………………………………………………..10
3. 横杆的设计……………………………………………………….11
4. 框架的设计……………………………………………………….12
5. 测量尺的设计…………………………………………………….13
6. 锁紧螺钉………………………………………………………....14
7. 数显装置…………………………………………………………14
第四章 梁架式检测装置的设计..................................................15
一 梁架式测量装置的组成..........................................................15
二 各部件的设计…………………………………………………15
1. 梁架的设计.....................................................................................15
2. 弹簧的设计.....................................................................................17
3. .横杆的设计.....................................................................................19
4. 测量尺的设计.................................................................................20
5. 滚花不脱出螺钉.............................................................................21
6. DG型电动推杆...............................................................................21
7. 位移传感器....................................................................................22
第五章 结果与分析.......................................................................23
一三角架式检测装置的优点与缺点…………………………...23
二梁架式检测装置的优点与缺点………………………………24
三对比与分析……………………………………………………..25
结论..........................................................................................................26
谢辞..........................................................................................................28
参考文献..................................................................................................29
第一章概述
一.课题的来源及研究的意义
1.课题的来源
此次课题的大背景就是国家2007年为铁道部下发的426号文件.生活水平在提高,火车也在提速,导致的直接影响就是测量仪器必须做出改进,以便更准确的对火车进行检修,防止发生事故,提高性能.426号文件不管是对科路研究所还是对我们做毕业生做课题来说都既是机遇又是挑战.我们做毕业设计,时间和能力都很有限,太大的课题,我们无法完成,如果课题太小,又不能达到毕业设计的要求,这个问题也是整个合作过程的基础.在接洽会上,科路研究所的古所长,业务部主任以及两位技术人员等出席了会议,其间带队老师和他们作了详细的商谈.研究所的工作人员也向我们询问了一些问题,专业状况和经历等等.商谈中,工作人员将科路的资料发的我们手中,上面是其产品的详细介绍,包括技术数据等相当全面.
在柳州科路研究所了解了一些测量仪器后,我们来到的柳州车辆段来接触我们具体的设计课题.虽然我们在学习的过程中接触了测量仪器,如千分尺,游标卡尺,螺旋测微器等,但其原理我们还是不大了解的.
在机器制造业和仪器制造业中用来测量或检验工件各尺寸参数的器具有测量和计量仪器.其中量具是指那些能直接表示出长度的单位,界限,以及简单的计量用具,例如角尺,量规,卡尺,千分尺等.而计量仪器是利用机械,光学,气动,电动或其他原理将长度单位放大或缩小的测量器具,例如百分表,光较仪,电感式册微仪等.
在测量的过程中,不论是被测物还是测量仪器都存在不确定度,那就要求量具的不确定度是被测量物的1/3-1/10,当然,如果你所设计的不确定度之比在1/3-1/10,如何证明你的设计也是需要考虑的.
根据铁道部426号文件的要求以及车辆段的需求,我们初步确定了一些课题.这些项目选自车辆段目前需要处理的问题.带队老师根据我们目前的能力为我们选定了四个题目,分别为:
罐体水压实验设备,弹性旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测样板,前盖后挡检测样板,钩舌综合检测样板.而我得到的题目是弹性旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测.
2.研究的意义
随着现代科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高,人们对交通工具的要求也越来越高,在这个时代的打背景下,国家铁道部不断对火车进行提速,那么这样对火车上的各个组成构建的要求也就非常的严格了,特别是对其尺寸的检测是必不可少的,因为一旦个别组件出了什么问题的话,在火车高速行驶的时候就会产生很严重的后果。
当火车转弯或走“蛇”字形路线时,下心盘承受车的重量,弹性旁承则起到缓冲作用,防止车体发生侧翻,如何来测量弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离呢,到目前来说还没有什么好的方法,就柳州车辆段的检测方法来说,他们也只是估计个大概,并没有精确的检测到其精确值,这样就导致了如果没有达到要求的话,就得把转向架重新拆卸下来进行调整,才不至于对火车的行驶安全造成危害.这样即浪费了大量的时间,又对大大降低了检测的效率.在这个方面并不是很难,而是以前没有对这方面的要求.根据国家铁道部426号文件和柳州车辆段的有关要求来设计弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离的监测装置。
弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离是否符合有关要求直接关系到列车再走“蛇”字形路线时的安全问题。
如果它们之间的距离达不到要求,则列车在走“蛇”型路线的时候很可能发生侧翻。
这些情况会给国家和人民造成不可估量的损失。
而目前国内有关部门对此项的检测还没有完善,甚至连专门的测量工具都没有,我们在柳州车辆段所了解的大致情况是工人师傅们用普通的直尺测量,这样不仅浪费时间,工作效率低。
而且精度远达不到有关规定。
随着时代的不断发展,科技的不断进步,列车也在不断的提速,那么列车在运行时的安全问题的解决就更加要跟上时代的步伐,列车的设计固然重要,然而列车各个方面的检测也是必不可少的内容,其检测仪器也需要跟上时代的要求,就是要求能够方便而且准确的测出想要的数据来。
基于上述情况设计出了三角底式弹性旁承上平面鱼虾新盘上平面的垂直距离检测装置。
二.课题设计的技术要求
1.弹性旁承与下心盘安装的技术要求
弹性旁承与心盘的安装要求如下:
转K4型弹性下旁承组成的检修有下列8项要求:
(1)旁承弹簧自由高为80mm,超限或折断时更换.同一转向架的旁承弹簧自由高度差不大于2mm,同一旁承的弹簧高度差不大于1mm;
(2)旁承弹性橡胶块的橡胶与钢板剥离,橡胶永久变形大于3mm时更换;
(3)尼龙下旁承体裂损,顶面磨耗大于3mm或侧面单册磨耗大于2mm时更换;
(4)尼龙磨耗裂损或磨耗大于3mm时更换;
(5)钢制磨耗板裂损或磨耗大于1mm时更换;
(6)下旁承弹簧座侧面磨耗大于3mm时焊修后磨平;
(7)钢弹簧更换时,须将同一转向架上的旁承更换为橡胶弹性旁承;
(8)钢弹簧弹性旁承组成更换时须采用橡胶弹性旁承组成.
心盘磨耗盘检修有下列5项要求:
(1)心盘磨耗盘使用时间满6年时更换;
(2)心盘磨耗盘允许有1处从周边至中心孔的裂纹或2处以上长度之和不大于150mm的裂纹,裂纹超限时更换;
(3)转8AG,转8G型心盘磨耗盘立面与底面磨耗后剩余厚度小于3mm时更换;
(4)转K1,转K2,转K4型心盘磨耗盘立面与底面磨耗后剩余厚度小于4mm时更换;
(5)从心盘衬垫内侧距上边缘径向15mm处测量,球面心盘衬垫破损或磨耗大于2mm时更换.
下旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离不符合要求时调整方法有以下4种:
(1)转8AG,转8G型转向架下旁承上平面与下心盘上平面的距离(含心盘磨耗盘)应为(92+_2)mm,不符合时可调整下旁承座及下旁承垫板,下旁承底座部高度不大于30mm,下旁承垫板总厚度为2-14mm,数量为1-2块;
(2)转K1,转K2型转向架下旁承下平面与下心盘上平面的距离应为(86+_2)mm,超限时可调整下旁承垫板.下旁承调垫板总厚度为2-25mm,数量为1-3块;
(3)转K3型转向架下心盘底平面至下旁承顶面的距离为(131+_2)mm,不符合时可增减下旁承垫板,但不得超过3块;
(4)转K4型转向架下旁承上平面与下心盘上平面的距离(含心盘磨耗盘)为(71+_2)mm.不符合时可调整下旁承垫板.
2.课题设计的总体要求
由于火车的组件是相当的多,因此在检测的时候就要求检测的效率要搞,在现代化的科技社会里,要是能充分利用计算机,那么对数据的计算分析就可以瞬间完成。
在这里就要求我们能设计出能够智能检测的测量仪器,达到这一要求需要用到传感器、计算机、PLC编程等技术。
另外考虑到要检测对象的成本和价值,不能只一味的追求高科技而忽略了所设计测量仪器的成本,要根据不同的部件设计出即经济又高效的产品。
火车上的各组件都是精密器械,所以对其精度要求是比较搞的,在这里要求测量仪器能够精确到0.01mm.
第二章基于不同要求两种总体方案的设计
一手工检测装置的总体方案的设计
1.方案结构图
图2.1三角底架式检测装置的工作示意图
1—旋转柱2—三角底架3—横杆
4—框架5—数显装置6—测量尺
由于两个弹性旁承和下心盘呈三点一线式排列,而下心盘的上平面在弹性旁承的上平面的下方,由此联想到了如果把这一排列比作一个不规则的容器,下心盘的上平面就是容器的底平面,而弹性旁承的上平面是容器内的两凸台,且处在同一水平面上,这时往容器里灌水,当水面的高度达到两凸台的平面时停止灌水,此时的水高就是两平面间的距离。
所以利用这一原理,设计出了三角架式测量仪器,它是测量尺可以上下移动,而支架式固定不动的,当支架放在下心盘的上平面上时,与弹性旁承接触的测量尺就会向上移动,其移动的距离就是所要测量的距离。
这项方案是一种带有数显装置5的测量器具,其底部是三角架2,主要作用是放在下心盘的上平面上,起到支撑作用,它的上方是一可旋转的旋转柱1,在竖直杆上又有一可绕其旋转的水平直杆3,它的长读稍微大于下心盘的圆心到弹性旁承的中心的距离,水平杆要与三角架的底平面平行,这样才能保证检测的精确度.在水平杆的上面又有一可以在杆上滑动的刻度尺6,此尺与竖直杆平行,在其上有一数显装置,在测量时可在数显装置上直接读出数据,这样就大大节省了时间,所得的数据也达到了铁道部的要求.测量方法是,先侧下心盘上平面与一弹性旁承上平面的垂直距离,然后旋转水平杆,测另一数据进行比较,然后根据铁道部所规定的数据进行调整.
此方案的优点是:
(1)精度比较搞
(2)自动显示数据
(3)工作效率得到了很打的提高
缺点是:
(1)质量比较大
(2)人工作业比较多
(3)不能智能计数分析
2.检测作业说明
把测量尺的底部与三角底架滑到同一水平面上,把三角底架和测量尺分别置放在下心盘与弹性旁承的上方,缓缓放下测量仪器,由于旁承的平面高于下心盘的平面,所以测量尺先接触被测物体,其开始向上滑动,当三角底架接触到下心盘的时候,测量尺停止滑动,此时数显表所显示的数字既是所要测量的弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离。
二自动检测装置总体方案的设计
1.方案结构图
图2.2梁架式测量仪器的工作示意图
1—梁架2—横杆3—测量尺4—滚花不脱出螺钉
5—DG型电动推杆6—固定架7—测量尺
根据柳州车辆段所提出来的要求,最好能设计一种流水线式的检测装置,并且能把数据传输出来,利用计算机自动对数据进行记录和分析。
这一方案是利用DG型电动推杆5能和计算机进行联网,从而能够智能控制电动推杆的伸缩距离,而且,测量尺3处的位移传感器也能够和计算机联网,这样就可以把测量的数据直接输送到计算机里对其进行分析处理,从而查找出不合格的部件。
此方案的优点是:
(1)工作效率比三角底架测量仪更高
(2)精度可以精确到0.01mm
(3)利用计算机处理数据
(4)实现了流水线式检测
缺点是:
(1)体积过大
(2)价格较贵
2.检测作业说明
把测量仪器由梁架1上的地脚螺栓固定在厂房内轨道的两旁,要保证测量仪器的水平。
检测的时候,把火车的转向架推到测量仪器的下方使弹性旁承与下心盘所在的直线位于横杆2的正下方,此时启动测量仪器的按扭,DG型电动推杆5开始伸长推动横杆下移,当两测量尺3碰到弹性旁承的时候开始向上滑动,当横杆上的探测尺碰到下心盘的时候,计算机得到命令停止电动推杆的工作,此时位移传感器把所记录的数据传送到计算机里进行处理和分析。
第三章三角底架式检测装置的设计
一三角底架式检测装置的组成
图3.1三角底架测量仪
1—三角底架2—旋转柱3—挡槽4—横杆
5—框架6—测量尺7—数显装置8—锁紧螺钉
此测量仪器由起支撑作用的三角底架1、旋转柱2、连接测量尺和旋转柱的横杆4、框架5、测量尺6、自动显示数据的数显装置7和分别固定框架和测量尺位置的锁紧螺钉等组成。
二各个部件的设计
1.三角底架的设计
图3.2三角底架
1—固定磁铁2—支撑杆3—深槽
(1)设计的要求
三角底架放在下心盘上,HT1.921.01型下心盘的内径为237±1mm,中间圆柱销孔的内径为54±2mm,外径为80±1mm,所以所设计的三角支撑结构要以此项尺寸为参考,之所以采用三角形支撑主要是利用平面几何中三点确定以平面,而在所有图形中三角形是最稳定的。
(2)设计的内容
定三角支撑架为等边三角形,其三定点所在的圆的直径为93mm,三角支架由三部分组成,分别为深槽3,三条支撑杆2和固定磁铁1。
套筒的主要作用是与旋转柱配合,套筒固定在下心盘上,它的总高为210mm,内径为60mm,外径为66mm,筒的深度为100mm.三条支撑杆分别与套筒呈45°角,在三条支撑杆的底部各安装一个固定磁铁,它的主要作用是在测量的过程中,利用其磁性把测量仪器固定在下心盘上,使测量仪器不产生晃动或者侧翻,另外,三角支架的底部要保证在同一水平面上,否则将会影响测量的精度,筒的内部的平面也要保证与三角支架所在的平面平行,它的结构如图3.2
(3)材料的选择
三角支架要有一定的重量,因为这样可以防止测量装置发生侧翻的现象,又要求有较高的耐磨性,因为它要与旋转柱做相对运动,综合以上条件选择其材料为
。
2.旋转柱的设计
图3.3旋转柱
1—横杆挡槽2—销孔3—柱体
(1)设计的要求与尺寸
旋转柱是测量尺部分与三角支撑架相连接的重要部分。
旋转柱柱体3的直径为60mm,总高为220mm,横杆的支撑槽长1度为200mm,壁厚为5mm,其中心线处距顶部的距离为45mm,槽上有销孔2,是连接横杆而设计的,销孔的直径是10mm,距旋转柱壁的距离为20mm,另外,旋转柱两端都有45°的倒角,以方便安装在三角支撑架内。
(2)设计的内容
在这里设计横杆支撑槽主要是考虑在测量时清零的问题,如果与测量尺相连的横杆固定在旋转柱上,那么当测量完一旁承的上平面与下心盘的上平面的垂直距离后,测量尺恢复到零位,数显表清零。
如果要测量另一旁承上平面与下心盘上平面的距离则需要把测量尺向上移动,这样原先的清零就变的没有意义了,而且影响到了测量的精度。
所以在这里设计支撑槽一是为了解决精度的问题,二是分担了横杆受力过大的问题。
它的结构如图3.3
(3)材料的选择
其与三角支架的配合要求精度比较严格。
另外它的材料要求也是比较高的。
主要是耐磨的钢材,根据产生相对位移的两结构要求选不同的材料,它的选材要与三角支撑架的材料有所区别,这里选择其材料为
。
3.横杆的设
图3.4横杆
1—销孔2—横杆
(1)设计的内容与尺寸
横杆的主要作用是连接测量尺与三角支架,因为它的尺寸比较长,所以要求有足够的刚度以抗击两端重力的作用。
其尺寸为长765mm,宽为40mm,厚为5mm。
(2)横杆的校
它的弯矩扭矩计算如下:
横杆的校核:
最危险截面弯矩M=F
F=40N
=0.567m
横杆的结构如图3.4
(3)材料的选择
横杆要求有足够的刚性和抗弯矩的能力,而且它不与旋转柱发生摩擦,所以它的材料可以选择与三角底架相同的材料即
。
4.框架的设计
图3.5框架
1—横杆滑槽2—横杆固定螺纹孔3—测量尺滑槽4—测量尺固定螺纹孔
(1)设计的内容与尺寸
框架的作用是把横杆和测量尺连接在一起。
而且框架上的横杆滑槽1可以使横杆顺其左右滑动,而测量尺则可沿着框架的测量尺滑槽3上下滑动。
框架长53mm,宽46mm,厚14mm,它的厚度是根据测量尺和横杆的厚度而确定的,其上两通孔呈空间“十”字交叉壮,分别穿过横杆和测量尺,另外在沿横杆方向的框架上有一螺纹孔2,其公称直径为M5,它的中心线距离框架左边缘距离为16mm.两通孔的尺寸分别与横杆和测量尺的尺寸呈配合尺寸,其结构如图1.4
(2)材料的选择
由于对框架的刚度和弹性都没有特殊的要求,但要有足够的耐磨性,而且有一定的韧性,可塑性和可加工性较好,以便加工成型的时候便于加工制造,所以在选择材料的时候只要避免同测量尺与横杆的材料相同即可。
其材料选为
。
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