基于专利规避及有限元分析的便携式轨检小车结构设计与优化

摘要

高速铁路的行车密度大，而可用于养护维修作业的时间又短，因此传统的人工拉线检测方法已不能适应高速铁路的检测要求。为满足高速铁路线路运营维护的需要，提高铁路巡道工的检测效率，需进一步提高静态检测设备——便携式轨检小车的检测精度及可靠性，同时将其应用在无碴轨道的粗调、精调、铺轨精度检查及后期维护上，以保证无碴轨道施工质量及列车运行安全舒适。
　　本文通过研究分析传统轨检小车机械结构特点，结合其静态轨道几何参数检测原理，再根据轨道静态检测设备结构设计要求及传统轨检小车现场使用情况，总结分析得出传统轨检小车的机械结构存在的缺陷，明确需要再设计的定位夹紧机构及双轮车架的轮系机构，同时对新轨检小车的车架及行走轮进行强度校核。利用基于计算机辅助创新的专利规避设计方法进行新轨检小车的定位夹紧机构的规避设计，得到定位更加快速，夹紧更加方便、可靠的定位夹紧机构;同时对采用一体成形技术制造的新车架的材料进行了选择，并对新车架进行有限元静态力学分析，再根据新车架的分析结果对新车架进行轻量化改进，设计得到结构可靠、重量轻、方便携带的新车架;最后通过Pro/Innovator专利查询软件找到相近专利技术，并利用基于计算机辅助创新的专利规避设计方法进行双轮车架的轮系机构的规避设计，同时对行走轮中心轴进行强度校核，并对新行走轮进行有限元静态力学校核，得到满足铁路轨道检查仪中对结构参数的规定的设计要求的行走轮。
　　本文基于计算机辅助创新的专利规避设计方法对便携式轨检小车进行结构创新设计，并通过有限元静态力学分析方法对关键零部件进行结构改进，设计出一种重量轻、结构可靠、拆装快速、携带方便等多种优点于一身的新T型轨检小车，从而提高轨检小车的可靠性及使用寿命，保证无碴轨道施工作业的顺利进行。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及应用前景

1．2 便携式轨检设备的研究状况

1．3 本论文的主要工作

第二章 传统轨检小车结构分析

2．1 传统轨检小车总体机械结构介绍

2．2 传统轨检小车的静态轨道几何参数检测原理

2．2．1 中线坐标、轨面高程、轨道扭曲检测

2．2．2 轨距检测

2．2．3 超高检测

2．2．4 轨向及高低检测

2．2．5 长短波不平顺

2．3 传统轨检小车的机械结构分析

2．3．1 传统轨检小车的总体性能

2．3．2 静态轨道检测设备结构设计要求

2．3．3 传统轨检小车机械结构缺陷

2．4 本章小结

第三章 新轨检小车的定位夹紧机构的创新设计

3．1 传统轨检小车两车架之间的定位夹紧机构缺陷

3．2 基于计算机辅助创新的专利规避设计的方法

3．3 基于计算机辅助创新的专利规避设计流程

3．3．1 确定目标专利

3．3．2 分析专利的技术特征

3．3．3 求解规避方案

3．3．4 可行性分析

3．4 新轨检小车两车架之间的定位夹紧机构的规避设计

3．4．1 确定案例的专利文件及技术特征分析

3．4．2 规避方案求解及可行性分析

3．4．3 新轨检小车定位夹紧机构分析

3．5 本章小结

第四章 基于有限元分析的新轨检小车车架结构改进

4．1 轨检小车的车架结构分析及有限元分析方法简介

4．1．1 传统轨检小车的车架结构分析

4．1．2 有限元分析方法简介

4．2 新车架的材料选择

4．3 基于有限元的新车架结构分析

4．3．1 新车架有限元模型前期处理

4．3．2 约束与载荷处理

4．3．3 有限元求解

4．4 新车架计算结果分析及改进设计

4．4．1 新车架计算结果分析

4．4．2 新车架重量分析

4．4．3 新车架结构改进

4．5 本章小结

第五章 新轨检小车轮系机构的创新设计及结构改进

5．1 传统轨检小车轮系机构分析

5．2 新轮系机构的创新设计

5．2．1 现有专利技术检索与分析

5．2．2 新轮系机构的创新设计

5．2．3 方案评价

5．3 新行走轮结构改进

5．3．1 新行走轮的材料选择

5．3．2 新行走轮中心轴的强度校核

5．3．3 基于有限元的新行走轮结构分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢