基于SolidWorks的S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)三維建模與仿真研究

謝正媛 唐婭 吳文英

摘? 要：文章主要研究3D技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，基于SolidWorks平臺(tái)，以S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)為原型，以明晰其室內(nèi)外設(shè)備間關(guān)系為目的，構(gòu)建S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)三維數(shù)字模型，仿真控制過(guò)程，展示轉(zhuǎn)轍機(jī)工作原理，演示轉(zhuǎn)轍機(jī)拆裝過(guò)程，并設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)轍機(jī)拆裝的互動(dòng)式操作。開(kāi)發(fā)了S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)3虛擬仿真教學(xué)軟件，為后期基于數(shù)字孿生技術(shù)的轉(zhuǎn)轍機(jī)狀態(tài)診斷系統(tǒng)的研發(fā)打下基礎(chǔ)。為軌道交通信號(hào)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供便利。

關(guān)鍵詞：S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī);虛擬仿真;SolidWorks;3D技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U284? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）33-0038-03

Abstract： This paper mainly studies the application of 3D technology in the rail transit industry. Based on the SolidWorks platform， the S700K point machine control system is used as a prototype to clarify the relationship between the indoor and outdoor equipment， and a 3D digital model of the S700K point machine control system is constructedto simulate the control process， show the working principle of the point machine， demonstrate the disassembly and assembly process of the point machine， and design the interactive operation of the point machine disassembly and assembly. Thus， we developed S700K point machine control system 3 virtual simulation teaching software， which laid the foundation for the later development of the point machine state diagnosis system based on digital twin technology， so as to provide convenience for the experimental teaching of rail transit signal major students.

Keywords： S700K point machine; virtual simulation; SolidWorks; 3D technology

1 緒論

隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、BIM技術(shù)等高新信息技術(shù)的飛速發(fā)展，軌道交通信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備的三維虛擬仿真成為智能運(yùn)維的重要發(fā)展方向之一。三維數(shù)字模型通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)精準(zhǔn)映射物理空間的真實(shí)狀態(tài)、行為和規(guī)則，減少工程管理過(guò)程中，因二維信息傳遞不精確導(dǎo)致的遺漏缺失、人為操作失誤等可能性。此外，維修作業(yè)人員對(duì)設(shè)備故障點(diǎn)定位時(shí)，三維孿生模型能降低二維設(shè)計(jì)圖紙與信號(hào)設(shè)備實(shí)體錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)，引起的定位誤差。虛擬仿真平臺(tái)也能應(yīng)用于軌道交通信號(hào)設(shè)備課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，避免因?qū)嵱?xùn)場(chǎng)地限制、實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足造成的學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)，知識(shí)理解不徹底的現(xiàn)象。目前市面上轉(zhuǎn)轍機(jī)的仿真研究和學(xué)習(xí)培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要針對(duì)ZD6、ZDJ9等型號(hào)設(shè)備，關(guān)于S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)的建模仿真系統(tǒng)研究比較少。本論文利用SolidWorks軟件對(duì)S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)的虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。

2 S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)控制設(shè)備

2.1 轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軌旁信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制[1]，按照功能劃分為四層：室外設(shè)備層（包括信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路）、I/O接口層、聯(lián)鎖控制層、人機(jī)交互層。每層之間兩兩實(shí)時(shí)通信，形成一個(gè)四層次的實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制。其硬件設(shè)備主要放置在車(chē)站信號(hào)設(shè)備室內(nèi)，包括控制臺(tái)、聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、I/O柜、接口架、電源屏、安全繼電組合架、分線(xiàn)柜等室內(nèi)設(shè)備。

2.2 轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)室外設(shè)備

（1）道岔。道岔是列車(chē)從一條軌道轉(zhuǎn)向另一股道的連接設(shè)備。轉(zhuǎn)轍機(jī)是驅(qū)動(dòng)道岔完成位置轉(zhuǎn)換的重要設(shè)施。道岔分為轉(zhuǎn)轍部分、連接部分以及轍叉部分，主要包括尖軌、基本軌、合攏軌、轍岔心、翼軌和護(hù)輪軌[1]。

（2）外鎖閉裝置。外鎖閉裝置通常裝在尖軌和基本軌上形成道岔鎖閉的器材。外鎖閉裝置有燕尾鎖和鉤鎖式兩種，鉤式外鎖閉對(duì)道岔進(jìn)行垂直鎖閉，鎖閉力由鎖閉鐵、鎖閉框直接傳導(dǎo)給基本軌，實(shí)踐證明鉤鎖外鎖閉優(yōu)于燕尾鎖外鎖閉被廣泛采用[1]。

2.3 S700K型轉(zhuǎn)轍機(jī)特點(diǎn)分析

S700K型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)采用了交流三相電動(dòng)機(jī)。主要由機(jī)殼、機(jī)蓋、動(dòng)作桿、電動(dòng)機(jī)與齒輪組、摩擦聯(lián)結(jié)器與滾珠絲杠、保持聯(lián)結(jié)器、鎖閉塊、檢測(cè)桿、遮斷開(kāi)關(guān)鎖、插接件、等組成。其傳動(dòng)過(guò)程為電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力通過(guò)減速齒輪組，傳遞給摩擦聯(lián)結(jié)器，摩擦聯(lián)結(jié)器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠上的螺母水平移動(dòng)，螺母通過(guò)保持聯(lián)結(jié)器經(jīng)動(dòng)作桿、鎖閉桿帶動(dòng)道岔轉(zhuǎn)換，道岔的尖軌或可動(dòng)心軌經(jīng)外表示桿帶動(dòng)檢測(cè)桿移動(dòng)[1]。

3 虛擬仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)