散货自翻车

1 机械原理课程设计 ----散货自翻车 [推荐理由] 机械原理课程设计是机械类学生在完成了机械原理课程的学习之后或在课程学习之中进行的课程设计。按照教育部机械基础课程教学指导分委员会制定的教学基本要求，课程设计学时应保证1—1.5周。 西南交通大学的机械原理课程设计是一种综合性的实践教学环节。它融合了机械原理、工程制图、设计方法、数学和力学等基础知识等，通过采用项目运作的方式，培养学生的批判和创新思维能力、提出和解决问题的能力、团队协作精神、有效交流和沟通的技能，体现了CDIO（构思、设计、实施、运作）新的工程教育理念。

[案例详细说明] 1、概述 机械原理课程设计的课内计划周学时为2，共16周。 教学的组织方式采用一般的项目运作方式。 要求学生以小组（或称为团队）为单位，完成一项具有实际工程应用背景的机构设计任务，包括市场调查和分析、机械的主要功能和性能设计要求的确定、机构的选型、机构的运动分析和设计、机构的动力分析和设计等。

设计题目的来源有三种方式：（1）选择本校自编的《机械原理课程指导书》中的题目；（2）在教师指定的机械领域范围内选题；（3）自由选题。 要求各个团队分阶段完成设计规划报告、进展报告和设计总结报告，并向指导教师和全体同学进行口头报告（包括演示文档PPT的制作，陈述时间的限定等），接受大家的评价和建议。

2、教学目标和能力要求 教学目标和能力培养： 通过课程设计，提高学生的工程设计能力和专业知识的综合应用能力。包括： 1) 项目规划、组织、执行的初步能力。了解一个项目从规划到完成的主要阶段和各个阶段要解决的主要问题； 2) 相关文献和资料的收集和分析的能力； 3) 工程交流能力；包括技术文件的整理、撰写规范的技术文件的能力以及准备和应对口头答辩的基本能力； 4) 综合应用数学、力学、机械原理等课程知识的能力；通过经历从产品构思到机构仿真的全过程，使学生了解和掌握工程问题的定义（功能和性能）的过程和方法；提高他们将工程设计问题转化为数学、力学分析模型的能力以及按照设计要求进行机构设计的能力；

5) 计算机三维建模及与运动仿真软件和技术的集成、应用的能力； 2

6) 实验或虚拟样机实验的方案制定、实验数据分析和解释的能力。重点是确定实验目的和实验方法确定、实验数据整理和分析的能力。 7) 团队合作协调的能力。重点是团队组建、成员分工、沟通和协调的能力。

学生的能力要求： 学生学习和掌握机械原理、工程制图、高等数学、理论力学、计算机应用与算法等课程基本知识。 机械原理课程教学的教学计划如表1所示。 3

表1 西南交通大学机械原理课程设计教学计划 教学目标 周次 教师工作 学生工作

第一阶段 培养能力： 工程问题的定义（功能和性能）能力； 团队组织、分工； 项目规划 1 课程概述，机械功能和性能分析示例、相关资料的收集和分析方法（文献分析：原始、性能差别、当前水平；文献粗读、精读及典型文献和作者；网络搜索（中国专利网）、电子图书馆、专利、文献资料） 组成团队，收集和分析资料 2 项目规划报告撰写要点（项目背景意义、研究内容、关键问题、预期成果、研究设计计划） 撰写项目规划

3 对各团队和个人表现进行考察和记录、文献综述报告（包括参考文献原始文档；5号，A4，5页以上） 各团队口头报告项目规划，提交文献综述

第二阶段 培养能力： 将工程问题转化为数学、力学模型； 机构运动和动力分析软件的应用 团队协作； 监督检查； 4 机械功能设计的基本方法归纳 提出并确定机构运动方案 5 机械性能设计的基本方法归纳 建立机构综合的数学模型 6 编制和调试机构综合程序 7 进展阶段报告撰写的要点（5号，A4，5页以上） 编制和调试机构综合程序 8 撰写进展阶段报告

9 对各个团队和个人表现进行考察和记录、讲评 各团队口头报告进展情况，提交书面报告

10 对各个团队和个人表现进行考察和记录、讲评 各团队口头报告进展情况，提交书面报告

第三阶段 培养能力： 实验或虚拟样机实验的设计、数据分析、整理和解释； 机构运动和动力分析软件的应用； 团队协作；监督检查；

11 机构运动分析方法的归纳 各团队进行实验和虚拟样机实验的规划

12 机构动力分析方法的归纳 进行实验和虚拟样机实验

13 实验结果的分析和解释的基本要点 进行实验和虚拟样机实验

14 进行实验和虚拟样机实验 4

第四阶段 培养能力： 工程设计文件的规范撰写、项目的总结、团队协作

15 设计计算说明书的撰写要点

撰写设计计算说明书、刻盘（三个报告、

模型、结果、参考文献）

16 组织各个团队作品的讲评或评比、学期总结

提交设计计算说明书（团队人均15页以

上） 17 给出各团队和个人的得分 设计报告内容基本要求 1、 封面：封面：设计题目，班级，学号，姓名，指导教师，年月 2、 目录 3、 正文主要内容 i. 问题的提出：产品市场调查及分析，产品的功能和性能等设计要求的确定； ii. 设计方案的选择：有哪些方案，最后选择的方案，选择的主要考虑。 iii. 机构尺寸设计的方法：试凑法，图解法（作图原理和结果），解析法（设计方程的建立和求解）；机构尺度综合的主要结论。（附机构运动简图，图纸规格：3号） iv. 机构运动和动力分析：分析的方法（方法的原理，点或构件运动、力分析的公式）；计算机程序框图；机构运动和力分析的主要结论，线图的分析（附机构的运动线图）。

v. 机构动力设计：速度波动及其调节方法，惯性力的平衡；设计的主要结论（飞轮安装在哪一根轴上，速度调节的结果）（附机构的动力分析线图） vi. 结束语（收获和体会，致谢） vii. 参考文献：（采用标准格式） 期刊：作者. 文章题目[J]. 刊名. 年份，卷（期），页码（---） 书和专著：作者. 书名[M]. 译者. 版次. 出版地：出版者，年份 学位论文：作者. 文章题目[D]：[学位论文]. 保存地点：保存单位，授予时间 论文集：作者. 篇名[C]. 见：论文集编者，论文集名称，出版地：出版者，年份：页码 4、附件 [设计题目的产生和设计报告范例] 一、设计题目的产生 问题提出: 散货卸载自翻车

在货物运输中，有大量的散货（如煤、沙等）是由汽车、火车等运输工具运送，在卸载时，不需要担心货物的破损，但是，却需要大量的人力，而且，由于作业现场会出现大量的粉尘，工人的工作条件极其恶劣。另据铁道部相关人士透露：2007年,全国铁路完成煤炭运输15.4亿吨,占总发送量的49.3%。随着我国基础建设日益发达，对于煤炭需求量也会日益增加。这不仅要求煤炭资源的开采效率要高，更重要的是要求煤炭运输的效率要高。煤炭的卸货是关系到煤炭铁路运输效率的一个非常关键的因素。 由此，设计一种高效率的散货卸车车厢十分有必要。 西南交通大学是以轨道交通为特色的学校，并考虑到铁路行业在当今中国的重要位置。我们小组决定选择散货自翻车为设计题目。 铁路散货自翻车（以下简称自翻车）是一种将卸货设备和车辆结构结合在一起的专用车辆。适用于备有机械化装车设备的工厂、矿山、大型建筑工地等部门, 用以运输矿石、剥离岩石、砂砾、煤炭、建筑材料等不同比重的粒(块) 状货物全车由车体、底架、倾翻装置、制动装置、车钩缓冲装置、转向架等组成，车体为全钢铆焊结构，其特点是装有可倾翻车箱及下开式侧门，车箱在倾翻风缸作用下，可向任一侧倾翻，同时随之打开并作为地板面的延续面，将货物卸至远离轨道的一侧。 基于此，本次课程设计的具体内容如下。 设计题目：铁路散货自翻车 提交成果： 1) 市场调研文献综述 2) 国内外现状文献综述 3) 产品设计模型和运动、受力分析结果 a) 最终方案的机构运动简图 b) 三维设计模型 c) 机构运动分析和力分析结果 4) 设计计算说明书， 设备要求及条件 1) 多媒体教室 2) 文献库 3) 三维设计软件 4) 运动学和动力学仿真软件

二、设计报告范例 设计作名名称：散装自翻车 6

1、小组成员确定、分工与项目管理 一个优秀的设计团队需要具备较强的沟通能力进行市场调研、具备较强的软件应用能力进行产品的三维建模和运动仿真分析者、较好掌握机构原理和产品设计适应进行工程设计。 按照这样的要求，确定小组成员由三人构成，并根据各个成员的特长进行分工：贾旭负责市场调研和项目管理、刘昕铭负责产品建模和运动仿真、张宪文负责工程设计。总负责人为贾旭。设计过程中各个成员均应服从负责人的安排，相互配合。 为了更好的执行本次设计，经过小组成员讨论，确定项目管理计划，见附件10.1。 2、产品设计背景描述 2.1 问题提出 目前, 我国散装货物运输, 主要靠通用敞车来完成。卸车作业在一些大型厂、矿和港口采用翻车机、链斗卸车机具等进行卸货。但很大一部分中小型厂、矿、站场的卸车作业, 还没有比较合适的机械, 同时翻车机设备庞大复杂、有一定局限性, 且对车辆的损坏严重,链斗卸车机效率低, 不能满足成列车卸货的要求。由此，设计一种高效率的散货卸车车厢十分有必要。 对于如何进一步提高散装货物装卸机械化的程度, 主要应从两方面考虑: 1) 从卸车机具考虑, 研制装卸车机械化的设备; 2) 采取设备与车辆合一的方法, 使它们能更好地满足不同散装货物的高效卸车要求, 这就要求大力发展专用车辆的数量和品种。从世界各国铁路货车总的发展趋势看, 专用货车发展的速度很快, 我国目前粒(块) 状货物运输量约占散装货物总运输量的40% 以上, 而与之相适应的运输车辆则较少, 特别是自翻车则更少。因此, 大力发展专用车辆, 特别是自翻车, 既可以最大限度地简化卸货场地和地面设施, 又能更好地适应大、中、小型工厂企业及站场的使用。

2.2 市场调研与文献综述 实地调研对象：成都市车辆段、成都东站。 通过实地调研铁路散货自翻车的设计数据和机构形式，并向工作人员进行了咨询。对所设计的产品有了直观认识和第一手的设计数据，包括实地测量获得自翻车尺寸、现行铁轨宽度。 文献调研：网络、图书馆文献资料、图书馆电子资源。 首先通过网络使用关键词，如自翻车、散货进行搜索，在对网络资料消化理解基础上，进一步利用铁路散货自翻车、自翻车机构等关键词进行组合搜索，获得第一手的资料。 然后通过图书馆文献资料和电子资源查询到新型KF60(A)型自翻车、KF60H型自翻车新型倾翻机构设计等文献。 在市场调研和文献资料消化后，整理资料如下： 国外使用自翻车较早，品种较多，如前苏联、美国、捷克、德国都生产过大量的不同品种的自翻车。国内外自翻车生产情况见表1。 从表1 可以看出, 国外自翻车发展比较快, 而我国在70 年代新产品较多, 而进入80年代到90 年代几乎没有什么新产品, 但构想方案仍有一些。 不论国内还是国外, 总的发展趋势是朝着大容积、大吨位的方向发展, 并已形成系列。 表1：国内外自翻车生产情况统计表 车型 载重/t 自重/t 容积/m3 制造年份 制造厂 生产情况 KF-60 60 33.5 27 1963 中国哈厂 大批量