张继彤 张济民 潘建壮

[摘 要]针对目前高校轨道车辆转向架拆装实习的现状，结合实践教学改革实际需求，运用SolidWorks软件开发了具有三维动态性、真实性和交互性较强的虚拟拆装教学系统，学生使用鼠标键盘进行虚拟拆装操作，不受设备数量和场地等因素的限制，可以弥补传统车辆公司实习的缺点，有效解决了现阶段车辆工程专业车辆转向架拆装实习不易操作的教学难题。可充分调动学生的学习积极性和能动性，使学生分析问题和解决问题的能力大大提高。

[关键词]转向架;虚拟拆装实习;实习教学改革

[课题项目]2019年同济大学实验教学改革专项基金“转向架拆装仿真实验系统”

[作者简介]张继彤（1969—），男，江苏南京人，本科，同济大学铁道与城市轨道交通研究院讲师，主要从事轨道交通车辆研究;张济民（1969—），男，四川人，博士，同济大学铁道与城市轨道交通研究院教授，主要从事轨道交通车辆研究;潘建壮（1960—），男，浙江人，本科，同济大学铁道与城市轨道交通研究院高级工程师，主要从事轨道交通车辆研究。

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）45-0-03[收稿日期] 2020-06-10

一、概述

轨道车辆转向架拆装实习是一个实践性较强的实践教学课程，通过对轨道车辆转向架各总成的拆装，让学生系统地熟悉和掌握转向架的构造和工作原理，为后续专业课程的学习奠定坚实的基础。

传统的实验教学往往以转向架实物或模型作为对象，转向架实物拆装非常笨重，非常危险，模型往往不能拆解，而且随着列车速度的提高、载重的增加以及各种先进技术先进产品在轨道车辆及列车上的实现和应用，转向架的不断发展也很难进行实物的更新，因此开发《转向架拆装仿真实验系统》实验教学环节就显得非常迫切。

目前我校的转向架拆装实习基本上还是老师指导，学生拆装少量的1∶5模型，并测量绘制转向架部分部件三维模型，但因转向架总成结构复杂，同时又受制于转向架实物种类、台数和场地等条件的限制，会出现实习教学效果不太理想等弊端，这种实习内容和实习方式较长时间未变，教学手段不够先进，理论教学与实践教学还不完整。

根据本校《轨道车辆结构》课程主要拆装实习项目内容，使用SolidWorks等软件开发了一个具有三维动态性、真实性和交互性强等优点的虚拟拆装教学系统，作为学生课前预习、课后复习的补充学习手段，将丰富转向架拆装实习的教学手段。

二、转向架拆装仿真实验系统

（一）教学目的

本仿真实验系统教学在车辆结构设计、车辆电气、车辆制造工艺、车辆运用与管理等有关轨道车辆专业知识的基础上，结合轨道车辆专业学生教育的特点，通过车辆工厂实习，实验室转向架拆装仿真实验系统演示，加深学生对轨道车辆转向架结构的认识和专业兴趣，进一步掌握了解如何通过转向架系统设计的理论及方法、明白电机驱动、齿轮箱、制动模块、轮对轴箱、转向架构架、一系悬挂、二系悬挂、空气弹簧组成、转向架上空气管路组成、中央或纵向牵引装置等结构集成，同时了解掌握转向架运用、维护，并培养学生的开发、设计能力。

（二）仿真实验系统建设内容和方法

《转向架拆装仿真实验系统》实验教学研究从大学人才培养的要求出发，针对本院车辆专业、有一定轨道车辆专业知识基础的学生，目前的研究情况主要注重实验教学课程特色，建立转向架拆装仿真实验系统实验的模块化内容，以目前比较流行的城市轨道交通低地板车为例，研究建立低地板轨道车辆转向架三维模型，包括转向架设计的理论及方法、建立电机驱动组成（牵引电机、齿轮箱、联轴节）模块、制动组成（制动盘、制动夹钳、液压装置、磁轨制动装置）等模块、一系悬挂（一系弹簧、减震器、轴箱体、轴承、轮对）轮对轴箱模块、转向架构架、二系悬挂（空气弹簧、差压阀、高度阀、空气管路等组成）、转向架横向减震器、止挡、中央或纵向牵引装置、纵向减震器等结构三维模型。并组成转向架组装模块。在实验过程中，可以让学生自己拾取零部件来组装。

1.建立转向架组成的三维模型。三维模型的创建及处理主要包括利用SolidWorks软件进行三维建模，制作好的转向架三维模型如图1所示，在以后的教学过程中，学生也可以添加新的转向架结构模型，丰富实验教学模型库，当然在添加新模型的过程中，需要注意保持和原有模型一致的建模精度和模型格式。

2.转向架系统组成的讲解和拆装视频

3.学生拆解、组装转向架三维模型。构架转向架結构组成，首先要分析拆装项目分成几个部分，结构组成要分析包含哪些零部件以及哪些零部件可以作为一组，一般将同一类且拆装顺序和动作相同的零部件作为一组。分析每个（组）零部件的拆装先后顺序和动作过程是根据真实的拆装过程来记录的，动作过程主要是指零部件的拆装运动动作，有平移、旋转等。模拟进行真实拆装过程的时候，不仅要分析拆装项目的结构组成，还要分析每个（组）零部件的拆装先后顺序和动作过程。

4.实验课程的评价。通过在传统的车辆实验基础上，增加仿真实验系统的方式，需建立一定的评价体系，对《转向架拆装仿真实验系统》实验教学质量的评价，涉及很多方面，首先我们可以提供给学生一种转向架组成模型，让学生在一定的时间内独立完成转向架的分解，也可以提供给学生一些转向架零部件模块，让学生在一定的时间内独立完成转向架的装配组成。这样就能使实验教学质量评价科学、有效、可行，同时我们应该在制定评价体系时更加注重以人为本，以学生为本的原则，应根据以往学校实验考核要求、情况的不同而异，但评价的主要内容主要还是从学生完成组装模型的好坏、时间长短、实验报告等方面情况来进行综合测评。可以有效地调动学生积极性，一定程度上减轻教师的安全责任和实验工作量，起到事半功倍的效果。

5.实验课程的拓展。建立好的三维模型，也可以将建好的三维模型另存为*.stl格式。通过3D打印出缩小的实物模型，提高学生的兴趣。比如图6是打印出的简易转向架组成。

三、結语

总之，通过以上实践教学方法的改进，改变以往车辆转向架拆装实习环节主要只能以教师讲授为主，虽有少量师生互动，难以一一检验学生的掌握程度（往往一堆学生看，几个学生拆装）。而《转向架拆装仿真实验系统》可以通过每个同学的上机操作，老师可以检验学生对讲授内容的掌握程度，较好地调动了学生的学习积极性和能动性，加深了对轨道交通车辆转向架专业知识的掌握，也有益于结合车辆工厂的生产实习，学生也可以通过设计新的零部件，并组装成新的低地板转向架模块。提高学生的实习的专业兴趣，激发学生的创造性。丰富了车辆实验教学课程的内容，增加了实验课程对学生的吸引力。使学生分析问题和解决问题的能力大大提高，同时培养了学生独立思考、创新意识，为学生今后就业、工作、研究打下了良好基础。

参考文献

[1]王璐.车辆拆装实习课程教学改革与实践[J].课程·教材·教法，2003（8）：16-20.

[2]熊幸明.改革实习教学培养创新能力[J].电气电子教学学报，2002（4）：77-79.

[3]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2005.

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