摘 要

本文对用于矿井的双电机驱动小型电机车进行可维护性研究和结构改进设计，在进行对电机车的改进设计时，以可维护性评价指标为依据，提高验证产品可维护性效率和增强电机车可维护性为目的，结合虚拟维修技术，以期设计出符合设计规范的结构合理的矿井用双电机驱动小型电机车。首先针对电机车特点分析汇总其维修性评估方法，利用SolidWorks软件对电机车结构进行优化设计和建立三维模型，最后运用DELMIA软件中的人机工程学设计与分析模块对三维模型进行虚拟维修性分析以验证其可维护性设计。主要研究内容如下：

（1）研究相关的可维护性评价理论，针对小型电机车的结构特点总结可维护性评估方法，其中维修可达性是产品维护性设计最重要的组成部分，相应建立设备可维护性评价方法。

（2）针对上述维修可达性评价方法，对电机车结构进行优化改进设计，以提高其可维护性。

（3）结合维修可达性评价方法，在DELMIA软件中对建立的电机车三维模型进行虚拟维修性分析，验证其针对可维护性的改进设计是否合理。

关键词：虚拟维修；维修性；电机车设计；维修可达性

Abstract

In this paper, the maintainability research and structural improvement design of the dual-motor driven small electric locomotive used in the mine are carried out. When the improved design of the electric locomotive is carried out, the maintainability evaluation index is used as the basis to improve the efficiency and enhancement of the maintainability of the verified product. For the purpose of maintainability of electric locomotives, combined with virtual maintenance technology, it is expected to design a small-sized electric locomotive driven by dual motors with reasonable structure that meets the design specifications. First of all, according to the characteristics of the electric locomotive, the maintenance evaluation method is summarized, and the SolidWorks software is used to optimize the design and build a three-dimensional model of the electric locomotive. Finally, the ergonomic design and analysis module in the DELMIA software is used to analyze the virtual maintainability to verify its maintainability design. The main research contents are as follows:

(1) Study the relevant maintainability evaluation theory, and summarize the maintainability evaluation method according to the structural characteristics of small electric locomotives, of which repairability accessibility is the most important component of product maintainability design, and establish the equipment maintainability evaluation method accordingly.

(2) According to the above maintenance accessibility evaluation method, optimize and improve the design of the electric locomotive structure to improve its maintainability.

(3) Combined with the maintenance accessibility evaluation method, a virtual maintainability analysis of the established three-dimensional model of the electric locomotive is performed in the DELMIA software to verify whether its improved design for maintainability is reasonable.

Key Words：Virtual maintenance; maintainability; electric locomotive design; maintenance accessibility

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究意义 2

1.4研究内容 3

第2章 需求分析和总体方案设计 4

2.1需求分析 4

2.2总体方案设计 4

2.3维修性分析仿真软件的选择 5

第3章 建立设备可维护性评价理论 6

3.1视觉可达性分析 6

3.1.1人眼视野 6

3.1.2人眼视距 7

3.1.3视觉可达性评价指标 7

3.2人员可达性分析 9

3.2.1虚拟人的建立 9

3.2.2维修位置可达性 11

3.2.3维修姿势舒适度 12

3.2.4人员可达性评价指标 14

3.3工具可达性分析 14

3.4预拆卸操作分析 15

3.5小结 16

第4章 针对可维护性的电机车结构改进设计 17

4.1双电机驱动电机车整体方案设计 17

4.2原始电机车结构分析 19

4.3电机车走行装置结构改进设计 20

4.3.1调整减速箱输入轴位置 20

4.3.2改变直流电机的布置形式 21

4.3.3改变制动装置的布置形式 22

4.3.4传动形式重新设计 23

4.4小结 25

第5章 对电机车的虚拟维修仿真验证 26

5.1虚拟维修环境的搭建 26

5.2对电机车走行装置进行虚拟维修分析 27

5.2.1视觉可达性分析 27

5.2.2人员可达性分析 28

5.2.3工具可达性分析 31

5.2.4预拆卸操作分析 32

5.3改进结构与原始结构的维修性分析对比 32

第6章 结论 34

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

1.1研究背景

在进行传统的产品设计过程中，分析设备结构是否合理主要是从结构部件的受力有限元分析、强度校核和装配干涉分析等角度考虑，很少会在设计产品时就考虑其可维护性。传统的可维护性分析主要是在产品已经完成设计后，通过维修人员在实际的生产样机上进行维护性试验来完成的。这种维修性分析严重依赖物理样机，只有在产品设计完成并做出实物的基础之上才可进行试验，导致维修缺陷不能在产品设计阶段就进行改进，有悖于并行设计理念，增加了产品设计和使用成本。为了顺应时代的发展，提高产品的竞争力，需要在产品的设计阶段就对产品进行可维护性分析以改进设备的可维护性能。

随着计算机辅助软件的蓬勃发展及广泛的应用，虚拟维修技术的应用越来越多^[1]，利用计算机辅助软件（例如Jack、 DELMIA）对产品的虚拟三维模型进行维护性仿真，能够较好地弥补传统可维护分析的不足，对还没有实际物理样机的设备也可以进行可维护性分析，并且随着各种产品设备的结构越来越精密、复杂，在产品的设计阶段对其进行可维护性分析是非常必要的，利用计算机辅助软件对产品设备进行可维护性分析可以有效地降低产品的设计成本和后期维护成本，因此运用虚拟维修技术在产品的设计过程中是非常必要且有意义的 ^[2-5]。

1.2国内外研究现状

在产品设计阶段对可维护性进行分析和验证，有利于及时发现产品可维护性问题，节约产品研发成本。上世纪80年代，随着计算机技术的迅速发展，发达国家开始借助计算机和产品的三维模型来研究维修性。随着计算机辅助设计和分析软件的额不断发展，并应用于维修性分析和评估，出现了许多可维护性设计和分析软件。借助这些软件，可以分析可维护性的各个方面，并预测可能的故障。例如，美国Relex软件公司开发的Relex软件和西门子的Jack软件在维修性设计评估方面具有强大的功能^[6]。