【《城市轨道车辆转向架拆装虚拟仿真探究》15000字】

.齿轮箱安装吊座2.一系悬挂弹簧安装座3.牵引电机安装座4.心盘横向橡胶止挡座5.空气弹簧安装座6.单元制动机安装座7.轴箱拉杆安装座8.轮缘润滑装置固定座9.高度调整装置安装座10.抗侧滚扭杆安装座11.轴箱导框座3.5拆装工具建模在拆卸时先使用开口扳手，操作简单迅速，可以快速的把相关螺钉和螺栓拆卸下来，在装配时一般会优先选用扭力扳手，这样可以保证有效力矩型螺母被上紧到某个固定程度，使得设备不至于出现异常。起吊装置主要用于在拆卸完成时车体的吊起，以及将要装配时转向架的转移。此外，由于转向架被拆卸下来后，一般都被封存或者运输到其他地方，所以要及时的对螺钉孔位进行及时的保护，以免受到不必要的锈蚀，在拆卸完成后，一般使用防锈油来保护这些孔位。在装配时为了防止锈迹影响机械性能，一般是在装配前要用金属清洗剂清洗关键连接位置。安装前，必须彻底清洁螺栓、螺钉的螺纹和底座，在用金属清洗剂清洗完关键部位后，再使用凡士林和润滑脂涂抹可以润滑机械部件并起到一定的保护作用。在本案例中，可以被用于空气弹簧密封件和紧固件的润滑。由拆装工艺可知，需要建立的工具及具体规格主要有如下12种：表格3.2拆装工具类型及参数序号名称规格工器具的用途模型1空气压缩机/给空气弹簧充气2开口扳手10#-24#拆卸六角螺钉3润滑脂/紧固件的润滑4凡士林/密封件的润滑5扭力扳手150-700N•m力矩型螺母的拆卸6止轮器/防止转向架意外移动7色标记号笔红色力矩螺母的上紧位置8卷尺>2m测量车体的高度9水平轨/转向架的停放10金属清洗剂/清除金属表面锈质11防锈油/金属件的防锈12起吊装置/车体和构架的转移3.6本章小结本章主要介绍了本课题虚拟仿真设计所需模型的建模，其中包括地铁车辆转向架各子系统模型以及拆卸过程中所需工具和材料模型，因为构架是转向架中的核心部件，因此也着重的介绍了构架的各种机械接口的功能。本节的建模是后期VRDO软件进行动画编辑、人机互动操作和实现多人在线漫游功能的基础。4转向架拆装虚拟仿真4.1转向架拆装工艺转向架的拆卸工艺，主要分为以下六个步骤：图4.1转向架主要拆卸步骤准备工作1）将列车停在检修坑上，并使用止轮器防止列车意外移动。2）切断列车电源，使列车断电。操作之前，必须释放转向架空气管路及空气弹簧中的压缩空气。确认空气管路及空气弹簧中无压力存在。3）关闭制动控制模块上的球形塞门，排空所有的空气弹簧。4）等待一段时间，直至空气弹簧中空气压力降低。拆卸步骤拆下转向架与车体之间的电缆连接：保护性接地、牵引电机电缆、接地装置、速度传感器、信号天线、轴承监测装置。断开转向架与车体之间的空气管路：通过拧松功能螺母，将车体上安装的软管与转向架的管路断开。断开轮缘润滑装置的软管（仅前3列车的拖车转向架1上安装有轮缘润滑装置）。拆下二系横向减振器与牵引座之间的连接。拆除二系横向减振器与牵引座连接的六角螺钉M16×45，与平垫圈和弹簧垫圈一同取下。拆下高度调整阀连杆的上部连接。拆除与车体连接的开口销、六角槽型螺母以及弹簧垫圈和平垫圈。6）拆下抗侧滚装置与转向架的连接。拆下六角螺母，并将其连同弹簧垫圈、平垫圈、六角螺栓一起将拉压杆从转向架构架上移除。7）拆下空气弹簧和车体的连接。拆下螺母，并将锥形弹簧垫圈、重型加厚垫圈、平垫圈、六角螺钉一起从空气弹簧和车体上移除。8）在拆下电气连接、气动连接及机械连接后，执行如下操作。1.将车体从转向架上起吊。2.移除止轮器，以进行转向架的转移。3.通过操作手动缓解装置，缓解停车制动。4.移开转向架，用止轮器再次锁定转向架，防止其意外移动。转向架的运输和存放：运输转向架的运输（装载）只能使用起重机和穿过起吊孔的四根吊索进行，拖曳转向架至轨道只能通过位于转向架构架上的起吊孔（左和右）进行。严禁在吊起的、没有辅助保护装置的转向架下停留或作业，在吊装转向架或车辆之前，检查所有吊具的锁定功能，当起吊或搬运转向架或车辆时，必须采取额外的预防措施和采用适当的安全保护装置，以防止因轮对或转向架意外掉落而造成人身伤害和财产损失。所有在转向架上及用于转向架的吊具仅用于短期吊装，并非根据起重装置的专业标准规定而设计。在运输期间，必须采用锁定装置将一系弹簧固定在“空载车体”位置,以避免由于弹簧处于完全缓解状态而造成损坏。避免碰撞，严禁将转向架移动到非指定的位置。存放如果转向架存放时间超过24小时，并且不承载车体重量，一系弹簧必须用运输锁定装置固定（卡住）。禁止在齿轮箱无油的情况下移动动车转向架，禁止在电机上装有运输锁定装置的情况下移动动车转向架，如果存放环境满足要求，必须移开塞子和管路封口装置，以便减少凝露。所有压缩空气管路必须彻底排空，以便重新组装动转向架。为避免轴承中出现接触锈蚀，转向架必须在一定时间范围内至少移动10米，根据存放类型，范围计算如下：室外存放每隔3个月、室内存放每隔6个月、空调室内存放每隔12个月。转向架的安装工艺，主要分为以下六个步骤：图4.2转向架主要安装步骤准备工作1）预先将抗侧滚扭力杆的拉压杆长度调整为425mm（一个球铰中心处到另一个球铰中心处）。2）清洁空气弹簧上面顶板及其与车体的安装面。3）清洁紧固件的底座及螺纹。4）用NBU30PTM润滑脂润滑下述紧固件的底座和螺纹：有效力矩型螺母、六角螺钉、六角螺母、六角螺栓。5）如果转向架已被拆除，换上了一个新的或检修过的转向架，应确保符合正确的转向架安装配置。安装步骤1）空气弹簧的安装：将空气弹簧上面板已经取下的空气弹簧垫板放回到原来的空气弹簧上面板上，涂凡士林到空气弹簧的密封件上。将转向架安放到相对于车体下面的正确位置，使用止轮器防止转向架意外移动，小心而缓慢地用起重器降低车体，直至车体被放在空气弹簧系统的应急弹簧上。空气弹簧系统的进气口必须插入车体的供风装置，使空气弹簧能够被正常供风，以使其正常工作。安装六角螺钉及其配套的平垫圈、重型加厚垫圈、新的锥形弹簧垫圈和新有效力矩型螺母。拧紧六角螺母至198Nm。用色标记号笔标注出紧固件的最终位置，在下次检查时可以标记作为参照位置。2）安装高度控制杆：将高度控制杆的上球接头连接到高度调整阀的杠杆。如有必要，通过调整螺母预先设定高度调整阀连杆的长度，球接头的额定中心距离为619mm。将所有空气弹簧充气（修正因落车而造成的转向架中心线的偏离）打开球形塞门。通过关闭球形塞门，再次排空所有的空气弹簧。测量轨顶与车体空气弹簧安装面之间的高度，按照紧急弹簧蠕变之前测量高度。3）安装抗侧滚装置。将一侧的拉压杆安装到构架的支座上。安装螺栓及其配套的平垫圈、新的弹簧垫圈和六角螺母。拧紧六角螺母至264Nm。调整另一侧的拉压杆，使其能不费力的连到构架的支座上。安装螺栓及其配套的平垫圈、新的弹簧垫圈和六角螺母，拧紧六角螺母至264Nm。用标记笔标注出紧固件的最终位置。4）调整车体（空气弹簧充气状态下）：通过打开制动控制模块上的球形塞门，向两个转向架上的空气弹簧系统充气。等待5分钟，直到车体高度不再变化。通过向空气弹簧系统充气，测量轨顶与车体空气弹簧系统上安装面之间的高度，高度必须控制在875±2mm以内。如有必要，通过旋转高度阀的拉压杆的调节螺母调整拉压杆的长度。5）车体高度控制。通过打开制动控制模块上的球形塞门，向两个转向架上的空气弹簧系统充气。等待5分钟，直到车体高度不再变化。测量轨顶与地板顶部之间的高度。高度必须控制在10000+10mm以内，在记录单上记下数值。6）最后的安装步骤。安装二系横向减振器，将车体上安装的软管安装到转向架的管路上并拧紧功能螺母，重新安装边体上的电气连接。4.2VRDO软件的介绍VRDO是上海曼恒数字技术股份有限公司开发的面向高端制造业全生命周期的虚拟现实仿真软件，转向架从车体上拆装的虚拟仿真是基于VRDO软件实现的。它能有效集成主流工业数据，快速构建逼真的三维应用场景，在1:1真实尺寸的沉浸式虚拟环境中显示，支持大场景数据和渲染优化。VRDO软件支持目前主流的三维建模软件输出的的文件格式进行模型导入，比如.step、.3dm、.iges等常用模型格式。目前市面上几乎所有的动画制作软件都采用了关键帧技术，如alias、Softimage、wavefront、TDI、3ds等，本课题使用的VRDO软件也不例外。关键帧是动画中的关键图片。下面将用VRDO软件做一个机械模型位移运动的动画作为示例进行动画制作的说明。把需要操作并且制作好的模型导入软件，打开动画制作界面。首先选择添加动画路径，再根据提示选择动画的类型即移动类型，然后根据提示选择动画的节点（一个模型或一组模型可以被作为一个节点），再根据时间轴上设置关键帧，双击关键帧可以设定自己需要的位置参数（模型产生移动动作的话可以设置位置参数，颜色变化可以设置颜色参数，显隐变化可以设置显隐参数。）这样一个简单的动画便可制作完成，点击播放按钮便可以进行播放演示。图4.3VRDO动画制作流程图图4.4关键帧设置图交互编辑器是进行人机互动的基础，目前支持鼠标键盘和游戏手柄，如鼠标的左击，右击和双击某个指定模型，都可以展现不同提前做好的动画、颜色变化、亮度变化，在展示时直接进行相应点击操作即可。交互编辑器最大的优点就是不用代码的编写，直接拖拽功能框就可完成逻辑的编写。如下图为要进行的交互，要实现的功能是点击构架，就会出现构架的功能和名称以及在系统中的编码。具体的操作是放置一个任务文本框、一个鼠标手势激活框、提前做好的动画框、构架模型所代表的节点框，再用线把它们连接起来，之后点击交互执行按钮，就可以实现点击构架模型，即出现构架的中文名称和系统代码。图4.5交互编辑器逻辑图4.3虚拟仿真虚拟拆装的技术的基础功能就是可以实现人机交互，本课题的设计目标亦是如此，能使人有沉浸式虚拟仿真体验。基于VRDO软件进行的虚拟仿真流程如下图所示，首先利用鼠标点击操作可以直观了解场景内任何模型的名称以及转向架各子系统的主要功能。再利用键盘键位交互，即可通过键盘的点击实现完整的转向架拆装工艺的演示，由于每个拆装步骤均由一个单独的键位触发，所以可以直接进行某个中间步骤的演示。图4.6VRDO虚拟仿真设计流程图4.3.1虚拟仿真转向架的构成在软件中要实现点击不同的部件单元，就能立刻弹出文本框在旁边显示该部件的名称和功能。此外也能进行移动、缩放和旋转等基本的姿态和位置调整及实时的预览操作，以此来为使用者提供直观简洁的观看与操作体验。总的来说是模拟真人对车辆转向架各系统的外观进行浏览，如果条件允许的话，还可以使用其他外接设备进行手势操作，还可以通过VR手柄可以进行视角的放大、缩小。在转向架整体状态下，点击指定模型，显示出指定的部件名称和作用。本文正文将展示构架结构，具体的完整展示将集中在VRDO中一一给出。为了方便统一地进行模型管理，本文所涉及到的模型都进行了特定的部件编码，在VRDO度软件中，将以中文名称的形式展现具体模型。构架：点击VRDO软件中的构架模型，构架的功能作用和中文名称会以文本框的形式显示出来。图4.7构架功能交互图4.3.2虚拟仿真转向架的拆卸下面是在转向架从车体拆卸过程中的主要步骤，主要进行的是机械结构的拆卸，本章将具体展示二系横向减振器的拆卸，其余部件的拆卸将在VRDO软件中进行具体完整的展示。1）拆下二系横向减振器与牵引座之间的连接在做完各项准备工作后就可以进行转向架的拆卸，二系横向减振器与牵引座之间是通过两个六角螺钉连接起来的，所以首先要用开口扳手拆除二系横向减振器与牵引座连接的六角螺钉，经过一系列操作后六角螺钉、与平垫圈、弹簧垫圈一同被取下。在软件中的具体做法就是在这一个步骤中设置三个关键帧，第一个关键帧是开口扳手要进行操作时移动到的具体位置，第二个关键帧是开口扳手完成任务后要回到的位置，第三个关键帧是六角螺钉、平垫圈、弹簧垫圈被拆卸后放置的位置。以上所提到的位置都是在软件中以具体的坐标体现的，在动画的创作过程中，位移路径是由xyz轴上的三个参数组成的。从图中可以看到开口扳手被移动到了二系横向减振器附近，准备进行中央端六角螺钉的拆卸。图4.8二系横向减振器的拆卸图下图展示的是，二系横向减振器与中央牵引座之间的连接已经进行拆卸完成，开口扳手被放置到初始位置，用于连接的六角螺钉被拆了出来。图4.9二系横向减振器六角螺栓拆卸图2）拆下高度调整阀连杆的上部连接由于高度调节阀阀体是安装在车体上的，所以只要拆下高度调节阀连杆的上部连接就可以使转向架的这部分与车体分离。需要用开口扳手工具拆除调节阀连杆与车体连接之间的开口销、六角槽型螺母、弹簧垫圈、平垫圈。在这一步骤中要设置的是关键帧数目为三，第一个是开口扳手要进行操作时移动到的具体位置，第二个关键帧是，起连接作用的开口销、六角槽型螺母、弹簧垫圈和平垫圈要被移开到的具体位置，第三个关键帧是开口扳手在任务完成后要回到的关键位置。3）拆下抗侧滚装置与转向架的连接在这个步骤中是要将拉压杆从转向架构架上移除，要拆卸拉压杆和横杆之间的连接，具体拆下的零件是起连接作用的六角螺母，起缓冲作用的弹簧垫圈、平垫圈，此步骤也涉及到三个关键帧，第一个是开口扳手要进行操作时移动到的具体位置，第二个关键帧是被拆下的零件被放置的具体位置，第三个关键帧是开口扳手要回到的位置。4）拆下空气弹簧和车体的连接需要拆掉的是空气弹簧和车体之间的连接，将空气弹簧上面板垫板、有效力矩型螺母、六角螺钉和各种垫圈，一起从空气弹簧和车体上移出，此步骤使用到三个关键帧，第一个是开口扳手要移动到的位置，第二个关键帧是被拆下零件的放置位置，第三个关键帧是开口扳手要放置的位置。5）将车体从转向架上起吊用大型起吊装置，将车体从转向架上吊起，方便转向架的转移和车体的保养，此步骤使用到两个关键帧，第一个关键帧是车体的升起位置，第二个是车体的隐藏。此操作是为了凸显车体被完全吊起的效果。6）移除止轮器止轮器是防止转向架移动的工器具，此时车体已经被吊起转移，要进行对转向架的转移，应当提前转移走止轮器并放置到指定工具箱里，此步骤用到两个关键帧，即止轮器的后移和隐藏。7）移开转向架此时要将拆卸完成的转向架进行转移贮存和保养，在车体被起吊装置吊起后，就可以进行转向价格转移，此步骤使用到一个关键帧即转向架的位置移动。4.3.3虚拟仿真转向架的安装安装二系悬挂装置。1）将空气弹簧上面板已经取下的空气弹簧垫板放回到原来的空气弹簧上面板上。此时，设置一个关键帧，使空气弹簧上面板的垫板被转移到空气弹簧的上面板上，设置好关键针的参数使垫板与上面板完全吻合。2）涂凡士林到空气弹簧的密封件上。将工具安放处的凡士林转移到空气弹簧的密封件上进行模拟涂抹操作，此时的关键帧有凡士林容器的移动和动作。3）将转向架安放到相对于车体下面的正确位置。设置一个关键帧即转向架的转移，使其参数能正对于车体下面的正确位置。4）使用止轮器防止转向架意外移动。设置转向架止轮器的关键帧，使其能与转向架的轮对准确配合。5）小心而缓慢地降低车体，直至车体被放在空气弹簧系统的应急弹簧上。设置车体下降的关键帧，模拟出车体和转向架对接的动作，使虚拟仿真更加符合实际。6）进行螺钉和螺母、垫圈的安装操作，由于此处涉及到有效力矩型螺母，所以安装时应使用力矩型扳手，用到关键帧有零部件的转移，力矩型扳手的使用，和开口扳手的使用。7）在车体与二系悬挂安装好之后，需要对空气弹簧进行充气充压操作，使用到的关键帧有，空气压缩机的作用、空气弹簧状态的变化，此处用空气弹簧大小的变化来表示充气的完成。安装高度调节装置。1）将高度控制杆的上球接头连接到高度调整阀的杠杆。此处涉及的关键真有开口扳手的移动和连接零件转移安装，最后是开口扳手的归位移动。安装抗侧滚装置。1）将两侧的拉压杆安装到构架的支座上。安装螺栓及其配套的平垫圈、新的弹簧垫圈和六角螺母。此处要使用到的关键帧是新的弹簧垫圈和六角螺母被转移到指定位置，然后使用扳手工具将其固定安装。2）用标记笔标注出紧固件的最终位置。使用工具中的标记笔移动到指定位置进行标记，此时涉及的关键帧有，标记笔的移动和被标注位置颜色的变化，这样可以使模拟更加接近现实。安装二系横向减振器。1）将二气横向减振器托起到指定位置，随后使用开口扳手固定好减振器和中央牵引端的两个螺钉。此处需要设置的关键帧有扳手工具的转移和螺钉垫圈等零件的移动。4.3.4交互流程的编写此处是转向架部件的展示模块的交互流程，触发器的操作是用鼠标左键双击场景内的任何相应模型，即可触发展示动画，完成相应虚拟仿真功能。图4.11部件功能展示交互界面下图是按键盘上的指定键进行的人机交互的场景截图。此场景虚拟仿真的内容是将凡士林涂抹到空气弹簧上垫板上进行密封件的密封。图4.12涂抹凡士林交互界面下图是整个交互系统中所用到的逻辑单元编辑的集合，通过逻辑线进行连接，简洁易懂。可以合成到一个交互编辑器工程文件中，如果下次使用直接调出此文件，直接点击交互执行按钮，进行相应的交互操作即可。图4.13转向架拆装交互界面4.5本章小结本章主要介绍了动画形成的基本原理，介绍了VRDO软件用来制作交互动画的具体使用方法，阐述了交互编辑器的使用方式。并依据上述方法和原理首先进行了静态展示各子系统部件的功能和名称，之后对转向架的拆卸过程也进行了动态展示，较好地实现了城市轨道车辆转向架拆装虚拟仿真设计。5结论在所有城市轨道交通的运营过程中，车辆都是其实现交通功能的核心模块，它的基本功能是承载着乘客到达不同目的，但也从各方面保证了乘客的安全和到达的准时。而在地铁车辆的运营过程中，最重要的部件就是转向架。为了转向架避免出现威胁人们安全的故障问题，转向架拆卸以后的维修和保养就有着十分重要的含义。本课题旨在开发一个转向架拆装仿真教学系统，用来模拟转向架拆装的虚拟过程，以此使维修人员和相关专业的在校学生深入了解、学习转向架拆装的过程，因此本课题的研究具有较为重要的现实意义。本课题的主要完成了以下环节：1.地铁车辆维修基地现场实地的考察。通过此过程熟悉了车辆转向架拆装的具体环境和所需要用到的专业工具，以及所需要用到的特殊材料如清洗剂、润滑油等。2.城市轨道交通车辆转向架拆装脚本流程的编写。把构架的拆装过程具体到某一个螺母和螺钉，具体到某个专业的工具，这些工具和材料都在脚本中以名称代码的形式得以体现，方便了后续工作中对模型的统一管理。3.三维机械模型的建立。将模型的建设和脚本的编写一一对应，使课题的完成更具有条理性。4.VRDO软件的学习和交互动画的建立。深入学习了VRDO软件的使用方法，将每一个具体的拆卸过程与建立的三维动画一一对应，采用动画的形式进行步骤说明与方案讲解。

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附录Ⅰ工程图纸图1齿轮箱工程图图2牵引电机工程图图3构架工程图图4空气弹簧工程图图5轮对装配体工程图图6中心销工程图附录Ⅱ仿真交互逻辑图7工具展示交互流程图8转向架结构仿真流程图图9转向架拆卸流程图图10转向架安装流程图附录Ⅲ零部件及工具编码表表格SEQ表格\*ARABIC1转向架主要零部件编码表序号编码名称V_2/3/4/5/7/820601_1_1_4观察螺堵V_2/3/4/5/7/820601_1_1_5垫圈V_2/3/4/5/7/820601_1_1_6外端盖螺堵V_2/3/4/5/7/820601_1_1_7外端盖（GL）V_2/3/4/5/7/820601_1_1_8O型密封圈φ212×3V_2/3/4/5/7/820601_1_1_9轴箱橡胶密封垫V_2/3/4/5/7/820601_1_1_10测速齿轮V_2/3/4/5/7/820601_1_1_11安装齿轮螺栓V_2/3/4/5/7/820601_1_1_12防松螺栓M16×60/10.9V_2/3/4/5/7/820601_1_2_1车轮V_2/3/4/5/7/820601_1_2_2降噪环V_2/3/4/5/7/820601_1_2_5车轮注油孔螺堵V_2/3/4/5/7/820601_1_2_8动车车轴V_2/3/4/5/7/820601_1_4_1传动端端盖V_2/3/4/5/7/820601_1_4_2滤尘罩V_2/3/4/5/7/820601_1_4_3传动端外油封V_2/3/4/5/7/820601_1_4_4传动端外轴承盖V_2/3/4/5/7/820601_1_4_5传动端外轴承挡圈V_2/3/4/5/7/820601_1_4_6传动端轴承V_2/3/4/5/7/820601_1_4_7传动端密封垫V_2/3/4/5/7/820601_1_4_8定子V_2/3/4/5/7/820601_1_5_1箱体V_2/3/4/5/7/820601_1_5_2输出轴装配V_2/3/4/5/7/820601_1_5_2_1大齿轮V_2/3/4/5/7/820601_1_5_3小齿轮V_2/3/4/5/7/820601_1_5_4检查盖V_2/3/4/5/7/820601_1_5_5四点接触球轴承V_2/3/4/5/7/820601_1_5_6圆锥滚子轴承V_2/3/4/5/7/820601_3_1一系定位销V_2/3/4/5/7/820601_3_2调整垫片-3mmV_2/3/4/5/7/820601_3_3调整垫片-2mmV_2/3/4/5/7/820601_3_4调整垫片-1mmV_2/3/4/5/7/820601_3_5橡胶板V_2/3/4/5/7/820601_4_1空气弹簧（右）V_2/3/4/5/7/820601_4_2空气弹簧（左）V_2/3/4/5/7/820601_