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27000字硕士毕业论文钢轨精密磨床测控平台的设计与开发

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:27000字
论点:钢轨,磨削,测控
论文概述:

本文从高速铁路用钢轨的生产实际情况出发,针对目前长尺钢轨焊接接头的精磨加工设备使用情况,结合长尺钢轨生产加工工艺,提出了对钢轨焊接接头精磨机床的总体设计。在总体设计的基础上

论文正文:

第一章引言

 1.1课题研究背景及意义目前国内存在的主要交通运输方式有铁路交通运输、公路交通运输、航空交通运输、水路交通运输和城市轨道交通运输等五大类[1]。相对于其他交通运输方式,铁路交通运输方式具有适应能力强、载运量大、能耗较小、运送速度较快、运输成本低、安全程度高、环境污染程度小、正点率较高等特点,十分符合我国经济和社会的发展现状,非常适用于在我国幅员辽阔、环境气候差异巨大的国土上建设和发展。从20世纪末幵始,我国铁路建设已经进入了快速发展的时期,尤其对高速铁路的建设更是加快了步伐。截止目前,我国建设了多条高速客运铁路和城际客运专线铁路,其中主要包括京津、沪宁、沪广、武广、郑西、成灌以及哈大等十几条。在2012年底,投入运营的高速铁路里程达到9000km左右,居世界前列。但我国高速铁路的建设速度还是远远落后于经济的发展速度,根据国务院《中长期铁路网调整规划方案》提出,在“十二五”期间,铁路新线投产总规模达3万公里,全国铁路运营里程将达12万公里左右,其中客运铁路专线为1.6万公里以上;而到“十二五”后期,将建成4.5万公里左右以高速线路为主导的快速铁路网;建成后,基本覆盖50万以上人口城市、连接各中大型城市,组成“四纵四横”的高速铁路专线网。根据规划,我国铁路建设会继续加快进程,将投资近3万亿元左右的资金用于铁路建设,每年投入的资金将达到4000亿~7000亿元。随着高速铁路建设的全面起动,需要大量的机械设备和线路零部件,其中就包括大量高规格、高质量的“无缝钢轨” 。所谓“无缝钢轨”,就是在钢轨生产基地工厂用液压爆或接触爆的方法把没有进行加工的25m或100m长的标准钢轨,爆接成200m至!j500m的长尺钢轨;然后运输到线路铺设现场,再偉接成lOOOm到2000m长度,铺到线路上构成一段无缝线路。根据国内外多年的试验研究[6-7],在线路方面直接影响列车运行的最关键因素就是轨道平顺性问题,它是限制高速铁路行车速度的核心问题。随着列车运行速度的不断提高,即使在轨道结构强度完全满足要求的情况下,由于钢轨平直度不符合标准,由轨道不平顺引起的车辆振动和轮轨受力会成倍的增大,最终会危及高速行车安全轨道不平顺原因,主要由两方面造成:钢轨生产过程中的原始不平顺性和钢轨在线路投入使用过程中产生的道路不平顺性。为了控制钢轨的原始不平顺性,在长尺钢轨出厂前,需要钢轨精磨机床对钢轨进行平顺性修磨,从而保证钢轨的平直度要求。作为高速铁路建设必不可少的关键设备,钢轨精磨机床的自主研发不仅对提高我国铁道装备国产化水平有着重大的经济价值,而且对提升我国重大装备制造业的核心技术竞争力具有积极的意义。1.2国内外研究发展现状高速铁路使用的钢轨在长尺钢轨生产线上需要经过爆前矫直除锈、揮接、煌后热处理及矫直、爆接接头粗磨、外形精整及平直度检验[lei。在整个加工工序中,外形精整及平直度检验是钢轨能否使用在高速线路上的关键工序。为了提高生产率保证生产质量,需使用先进的自动化设备。采用钢轨精磨机床对傳接接头左右500mm范围进行外形精整,可以改善惶接接头处的平直度、轮廓度及圆顺度,并能够完成对平直度的在线检测。
 1.2.1国内外研究现状维尔弗里德.舍夫和米夏埃尔.卢登奈特II2]提出了一种钢轨磨床中具有模具的磨削组件的配置结构。该装置由于磨头能够实现五个自由度运动,在打磨曲率半径小的弯道钢轨时可精准地进行磨头径向位移;同时能够较快速地、可多次地进行钢轨轨头轮廓再成型。约翰?克诺尔和瓦尔特?诺伊鲍尔提出了一种磨削钢轨的方法以及磨削钢轨的设备。通过采用与钢轨轨头轮廓表面形状相匹配的仿形磨头作为加工刀具,驱动磨削装置沿钢轨轴线方向做相对运动来磨削钢轨,利用足够的进给量实现钢轨轨头轮廓形状的一次成形。拉尔斯.格吕纳提出了一种通过圆周磨削加工钢轨滑动面的设备。该设备利用两个磨具共同磨削,实现钢轨轨头轮廓面的仿形磨削。
 第2章机床总体方案设计
 为确定钢轨精磨机床的精磨加工工艺要求,首先对长尺钢轨的性能以及其加工流程进行了分析说明;其次根据钢轨精磨机床的加工技术要求确定钢轨精磨机床整体结构布局;根据精磨机床打磨钢轨要求,提出测控系统总体方案;对测控系统的检测和控制对象进行分析,确定钢轨精磨机床对爆接接头左右500_范围内钢轨工作面的平直度检测方案以及磨削机构的磨削探位控制方案。
 2.1高速铁路钢轨特性及其加工流程2.1.1高速铁路钢轨特性钢轨作为铁路运输的主要构成部件之一,其重要性体现在保证列车运行稳定、快速、以及运行可靠。而高速铁路具有曲线半径大、列车运行速度高、列车运行密集、对钢轨轨面平顺性要求高等特点。因此,高速铁路运输对钢轨质量以及性能提出了新的要求[25]。其中U71Mn钢种钢轨是我国使用时间最长的C-Mn钢轨,其含碳量较低,Mn含量较高,硬度为260?300HB,韧性以及塑性较好,尤其是低温性能较好,燥接性能优良,十分适于加工和后期处理。第3章测控系统硬件设计.............173.1测控系统硬件平台设计.............173.2传感器选型.............193.3数据采集卡选型.............223.4伺服电机及伺服放大器选型.............26第4章测控系统软件设计.............284.1虚拟仪器概述.............284.2测控系统软件总体设计.............304.3测控系统软件程序设计.............31第5章系统调试.............425.1系统硬件调试.............425.2系统软件调试.............445.3系统检测干扰及误差分析.............46
 总结
 本文从高速铁路用钢轨的生产实际情况出发,针对目前长尺钢轨焊接接头的精磨加工设备使用情况,结合长尺钢轨生产加工工艺,提出了对钢轨焊接接头精磨机床的总体设计。在总体设计的基础上,本论文对钢轨精磨机床的测控系统进行了具体设计。以NI公司的PCI-6023E多功能数据采集卡为测控系统的硬件核心,设计出钢轨精磨机床测控系统,完成对采集数据的传感器以及相关元件进行选型。利用虚拟仪器技术,采用LabVIEW软件作为测控系统开发平台,设计了测控系统的控制前面板,利用图形化编程语言完成控制程序的编写。最后,采用DAQmx仿真设备,对PCI-6023E数据釆集卡进行仿真检验,通过模拟信号输入完成对控制面板功能测试。通过本论文进行钢轨精磨机床测控系统的具体设计与开发工作,具体得出了以下几个方面的结论:1、采用高灵敏度的振动传感器检测砂轮磨头磨削钢轨表面瞬间产生的振动信号,结合伺服电机带有的旋转编码器检测电机驱动滚珠丝杠的进给量,确定机床横梁左右高度的方案是可行的。并依据这一信息对横梁高度进行调整,可以确定出钢轨顶面平直度的检测基准以及对焊接接头左右500_范围钢轨的平直度修磨基准,实现了钢轨磨削表面与非磨削表面的平稳过渡。由于砂轮磨头在磨削过程中易损耗,通过这一方案,可实现对砂轮磨头磨损量的补偿,保证磨削精度。2、采用激光测距传感器和拉绳式位移传感器对钢轨顶面平直度的测量是可行的,根据对钢轨平直度的分析,可快速确定出对各段钢轨焊接接头左右500mm范围的平直度修磨工作,提高精磨加工工作效率。3、采用虚拟仪器技术对钢轨精磨机床测控系统进行开发,利用图形化编程语言对测控系统程序以及控制系统前面板进行设计,使系统具有良好的人机界面。
 参考文献:[1]《现代交通运输概论》编委会.现代交通运输概论.北京:中国铁道出版社,2007韩宝明,李学伟.高度铁路概论.北京:北京交通大学出版社,2008中国高铁营业里程己经达7531公里.新华网,2010.12.24[4]铁道部.《中长期铁路网调整规划方案》,2008.10.31[5]广钟岩,高慧安主编.铁路无缝线路.北京:中国铁道出版社,2007Helmut Malleck,Alfred Veider. European Rail Transportation, e&i Elektrotechnik andInformationstechnik, 2005 (4): 115-116H. P. Marchenko. Influence of residual stresses on the stress intensity factors for a surfacecrack in the rail head. Materials Science,2009 (1): 64-69李江华.高速铁路钢轨平顺性的影响因素及其整治措施初探.现代交通技术,2011 (06): 90-93金学松,杜星,郭俊,崔大宾.钢轨打磨技术研究进展.西南交通大学学报,2010(01)莫骏,耿明.工务焊轨厂工艺设计的研究.铁道工程学报,2003(09)