張繼彤 張濟(jì)民 潘建壯

[摘 要]針對(duì)目前高校軌道車輛轉(zhuǎn)向架拆裝實(shí)習(xí)的現(xiàn)狀，結(jié)合實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)際需求，運(yùn)用SolidWorks軟件開發(fā)了具有三維動(dòng)態(tài)性、真實(shí)性和交互性較強(qiáng)的虛擬拆裝教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生使用鼠標(biāo)鍵盤進(jìn)行虛擬拆裝操作，不受設(shè)備數(shù)量和場地等因素的限制，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)車輛公司實(shí)習(xí)的缺點(diǎn)，有效解決了現(xiàn)階段車輛工程專業(yè)車輛轉(zhuǎn)向架拆裝實(shí)習(xí)不易操作的教學(xué)難題?？沙浞终{(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動(dòng)性，使學(xué)生分析問題和解決問題的能力大大提高。

[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)向架;虛擬拆裝實(shí)習(xí);實(shí)習(xí)教學(xué)改革

[課題項(xiàng)目]2019年同濟(jì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革專項(xiàng)基金“轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”

[作者簡介]張繼彤（1969—），男，江蘇南京人，本科，同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院講師，主要從事軌道交通車輛研究;張濟(jì)民（1969—），男，四川人，博士，同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院教授，主要從事軌道交通車輛研究;潘建壯（1960—），男，浙江人，本科，同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院高級(jí)工程師，主要從事軌道交通車輛研究。

[中圖分類號(hào)] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）45-0-03[收稿日期] 2020-06-10

一、概述

軌道車輛轉(zhuǎn)向架拆裝實(shí)習(xí)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)課程，通過對(duì)軌道車輛轉(zhuǎn)向架各總成的拆裝，讓學(xué)生系統(tǒng)地熟悉和掌握轉(zhuǎn)向架的構(gòu)造和工作原理，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往以轉(zhuǎn)向架實(shí)物或模型作為對(duì)象，轉(zhuǎn)向架實(shí)物拆裝非常笨重，非常危險(xiǎn)，模型往往不能拆解，而且隨著列車速度的提高、載重的增加以及各種先進(jìn)技術(shù)先進(jìn)產(chǎn)品在軌道車輛及列車上的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，轉(zhuǎn)向架的不斷發(fā)展也很難進(jìn)行實(shí)物的更新，因此開發(fā)《轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)就顯得非常迫切。

目前我校的轉(zhuǎn)向架拆裝實(shí)習(xí)基本上還是老師指導(dǎo)，學(xué)生拆裝少量的1∶5模型，并測量繪制轉(zhuǎn)向架部分部件三維模型，但因轉(zhuǎn)向架總成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)又受制于轉(zhuǎn)向架實(shí)物種類、臺(tái)數(shù)和場地等條件的限制，會(huì)出現(xiàn)實(shí)習(xí)教學(xué)效果不太理想等弊端，這種實(shí)習(xí)內(nèi)容和實(shí)習(xí)方式較長時(shí)間未變，教學(xué)手段不夠先進(jìn)，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)還不完整。

根據(jù)本?！盾壍儡囕v結(jié)構(gòu)》課程主要拆裝實(shí)習(xí)項(xiàng)目內(nèi)容，使用SolidWorks等軟件開發(fā)了一個(gè)具有三維動(dòng)態(tài)性、真實(shí)性和交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的虛擬拆裝教學(xué)系統(tǒng)，作為學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的補(bǔ)充學(xué)習(xí)手段，將豐富轉(zhuǎn)向架拆裝實(shí)習(xí)的教學(xué)手段。

二、轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

（一）教學(xué)目的

本仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教學(xué)在車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車輛電氣、車輛制造工藝、車輛運(yùn)用與管理等有關(guān)軌道車輛專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合軌道車輛專業(yè)學(xué)生教育的特點(diǎn)，通過車輛工廠實(shí)習(xí)，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)演示，加深學(xué)生對(duì)軌道車輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和專業(yè)興趣，進(jìn)一步掌握了解如何通過轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論及方法、明白電機(jī)驅(qū)動(dòng)、齒輪箱、制動(dòng)模塊、輪對(duì)軸箱、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、一系懸掛、二系懸掛、空氣彈簧組成、轉(zhuǎn)向架上空氣管路組成、中央或縱向牽引裝置等結(jié)構(gòu)集成，同時(shí)了解掌握轉(zhuǎn)向架運(yùn)用、維護(hù)，并培養(yǎng)學(xué)生的開發(fā)、設(shè)計(jì)能力。

（二）仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容和方法

《轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究從大學(xué)人才培養(yǎng)的要求出發(fā)，針對(duì)本院車輛專業(yè)、有一定軌道車輛專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生，目前的研究情況主要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程特色，建立轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模塊化內(nèi)容，以目前比較流行的城市軌道交通低地板車為例，研究建立低地板軌道車輛轉(zhuǎn)向架三維模型，包括轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的理論及方法、建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)組成（牽引電機(jī)、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)）模塊、制動(dòng)組成（制動(dòng)盤、制動(dòng)夾鉗、液壓裝置、磁軌制動(dòng)裝置）等模塊、一系懸掛（一系彈簧、減震器、軸箱體、軸承、輪對(duì)）輪對(duì)軸箱模塊、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、二系懸掛（空氣彈簧、差壓閥、高度閥、空氣管路等組成）、轉(zhuǎn)向架橫向減震器、止擋、中央或縱向牽引裝置、縱向減震器等結(jié)構(gòu)三維模型。并組成轉(zhuǎn)向架組裝模塊。在實(shí)驗(yàn)過程中，可以讓學(xué)生自己拾取零部件來組裝。

1.建立轉(zhuǎn)向架組成的三維模型。三維模型的創(chuàng)建及處理主要包括利用SolidWorks軟件進(jìn)行三維建模，制作好的轉(zhuǎn)向架三維模型如圖1所示，在以后的教學(xué)過程中，學(xué)生也可以添加新的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)模型，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型庫，當(dāng)然在添加新模型的過程中，需要注意保持和原有模型一致的建模精度和模型格式。

2.轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)組成的講解和拆裝視頻

3.學(xué)生拆解、組裝轉(zhuǎn)向架三維模型。構(gòu)架轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)組成，首先要分析拆裝項(xiàng)目分成幾個(gè)部分，結(jié)構(gòu)組成要分析包含哪些零部件以及哪些零部件可以作為一組，一般將同一類且拆裝順序和動(dòng)作相同的零部件作為一組。分析每個(gè)（組）零部件的拆裝先后順序和動(dòng)作過程是根據(jù)真實(shí)的拆裝過程來記錄的，動(dòng)作過程主要是指零部件的拆裝運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，有平移、旋轉(zhuǎn)等。模擬進(jìn)行真實(shí)拆裝過程的時(shí)候，不僅要分析拆裝項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)組成，還要分析每個(gè)（組）零部件的拆裝先后順序和動(dòng)作過程。

4.實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)價(jià)。通過在傳統(tǒng)的車輛實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方式，需建立一定的評(píng)價(jià)體系，對(duì)《轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，涉及很多方面，首先我們可以提供給學(xué)生一種轉(zhuǎn)向架組成模型，讓學(xué)生在一定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成轉(zhuǎn)向架的分解，也可以提供給學(xué)生一些轉(zhuǎn)向架零部件模塊，讓學(xué)生在一定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成轉(zhuǎn)向架的裝配組成。這樣就能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)科學(xué)、有效、可行，同時(shí)我們應(yīng)該在制定評(píng)價(jià)體系時(shí)更加注重以人為本，以學(xué)生為本的原則，應(yīng)根據(jù)以往學(xué)校實(shí)驗(yàn)考核要求、情況的不同而異，但評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容主要還是從學(xué)生完成組裝模型的好壞、時(shí)間長短、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面情況來進(jìn)行綜合測評(píng)?？梢杂行У卣{(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，一定程度上減輕教師的安全責(zé)任和實(shí)驗(yàn)工作量，起到事半功倍的效果。

5.實(shí)驗(yàn)課程的拓展。建立好的三維模型，也可以將建好的三維模型另存為*.stl格式。通過3D打印出縮小的實(shí)物模型，提高學(xué)生的興趣。比如圖6是打印出的簡易轉(zhuǎn)向架組成。

三、結(jié)語

總之，通過以上實(shí)踐教學(xué)方法的改進(jìn)，改變以往車輛轉(zhuǎn)向架拆裝實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)主要只能以教師講授為主，雖有少量師生互動(dòng)，難以一一檢驗(yàn)學(xué)生的掌握程度（往往一堆學(xué)生看，幾個(gè)學(xué)生拆裝）。而《轉(zhuǎn)向架拆裝仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)》可以通過每個(gè)同學(xué)的上機(jī)操作，老師可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容的掌握程度，較好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動(dòng)性，加深了對(duì)軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架專業(yè)知識(shí)的掌握，也有益于結(jié)合車輛工廠的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，學(xué)生也可以通過設(shè)計(jì)新的零部件，并組裝成新的低地板轉(zhuǎn)向架模塊。提高學(xué)生的實(shí)習(xí)的專業(yè)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。豐富了車輛實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的內(nèi)容，增加了實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生的吸引力。使學(xué)生分析問題和解決問題的能力大大提高，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)新意識(shí)，為學(xué)生今后就業(yè)、工作、研究打下了良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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Simulation Experiment System of Bogie Disassembly and Assembly

ZHANG Ji-tong， ZHANG Ji-min， PAN Jian-zhuang

（Railway & Urban Mass Transit Research Institute， Tongji University， Shanghai 201804， China）

Abstract： In view of the current situation of the practice of disassembling and assembling the bogies of railway vehicles in colleges and universities， combined with the actual needs of practical teaching reform， a virtual disassembling and assembling teaching system with three-dimensional dynamics， authenticity and interactivity is developed by using Solid Works software. Students can use the mouse and keyboard to carry out virtual disassembling and assembling operation， which is not limited by the number of equipment and site， and can make up for the practice of traditional vehicle companies and effectively solve the teaching problem that the practice of vehicle bogie disassembly is not easy to operate. It can fully mobilize students' learning enthusiasm and initiative， and greatly improve students' ability to analyze and solve problems.

Key words： bogie; virtual disassembly and assembly practice; practice teaching reform