高铁列车一级检修虚拟仿真实验教学项目

高铁列车一级检修虚拟仿真实验教学项目

实验要求

1.专业与年级要求

(1)学生应为车辆工程专业或偏向机车车辆方向的工科类专业,具体专业可以为:车辆工程、交通运输专业、机械工程专业、载运工具运用专业、自动化专业、测试技术与仪器专业等。

(2)学生以大三年级为宜。

2.基本知识和能力要求

(1)具备从事工程工作所需相关的自然科学及相关的计算能力,具备宽厚的高铁列车设计理论和技术知识,了解高铁列车的发展现状和发展趋势。

(2)掌握高铁列车的基础理论及技术,具有较强的实践能力和对基本问题的分析、解决能力。掌握高速列车的检修模式和运用检修中的基本问题,掌握高速列车的运行方式、乘务制度、检修制度和工艺流程。

(3)掌握高铁列车运行、列车制动等技术相关的实验设备的结构原理与使用方法,具备一定的识图、制图和设计能力。


教学成果

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实验背景

我校车辆工程专业致力于培养具有较强实践能力的高铁列车一级检修应用型人才。依托传统的书本授课、现场观摩等教学方式,学生很难在短时间内掌握高铁列车复杂的检修工艺流程。

若通过高铁列车实体教学则存在以下问题:

(1)高铁列车实体实验成本高昂

高铁列车实体价格极为高昂,以目前最新车型“复兴号”动车组为例,其长编组车辆价格近4亿元;建立较完善的高铁列车一级检修实训室需配备众多的检修辅助设备,如三层检修作业平台、超声波探伤仪、轮对镟修机床、带轨道桥的架空轨道系统、盘型制动装置试验台、专用加载试验台等,这些检修辅助设备的购置费用和维护费用也极为高昂;另外,由于高铁列车单节车厢重量就已近40吨,若想对其进行拆装检修作业,需提供行车、龙门吊车等大型起重设备,且必须配套专用厂房。上述条件,实体教学无法实现。

(2)高铁列车实体实验教学效率低

通过高铁列车实体进行实验教学,受设备数量限制,单次受训学生仅为4名/台,每次实训时间要超过8学时,实验效率很低;且由于高铁列车零部件之间配合精度极高,因此难以实现反复拆装训练。而通过对高铁列车虚拟仿真教学资源的在线共享,可突破时间和空间的限制,实现对学生大批量教学的目的,实验效率大幅提升。

(3)高铁列车实体实验不能模拟异常工况

高铁列车在实际运行中可能会出现受电弓无法升起、制动异常、轴承烧毁、等失效工况,此类工况虽极为少见,但在实际教学中却要求学生牢固掌握,单纯通过高铁列车实体实验教学难以模拟此类异常工况。而通过虚拟仿真技术,则可以生动再现高铁列车一级检修过程中各类失效工况,较之传统教学方法优势明显。

综上所述,为促使学生短时间内对高铁列车的结构组成、功能原理和技术参数形成感性认知,并掌握一级检修工艺流程及技术要求,同时提升实验教学的效果、提高实验教学的效率,借助虚拟仿真技术实现高铁列车一级检修课程的实验教学,是最佳的教学方式。

我校于2015年获批教育部“轨道交通信号与控制国家级虚拟仿真实验教学中心”,2016年“高速动车组运用与检修在线开放实验”获得“江苏省优质在线开放虚拟仿真实验教学项目”、“轨道交通虚拟仿真实验教学资源开发与在线共享研究”获江苏省教育科学“十三五”规划重点课题。其中,高铁列车一级检修虚拟仿真项目就是该中心实验教学平台中的重要组成部分。三年多来,高铁列车一级检修虚拟仿真实验教学在培养学生实践能力上发挥了重要作用,学生和用人单位普遍反映效果良好。


设计原则

本项目的设计原则主要依托《高铁列车一级检修作业规程》。概述如下:检修作业小组人员4名,自检自修。其中① ②号负责车内设施、司机室设备、车载信息系统、车顶设备检查及相关性能试验;③ ④号负责车体、裙板、底板、转向架、钩缓装置连接、制动系统等下部检查、维修。

作业步骤:

(1)接触网供电前检修

步骤一:① ② ③ ④号共同到值班室接受作业计划,领取司机室钥匙;

步骤二:① ②号共同办理接触网断电,确认已断电、接地保护已设置;

步骤三:③ ④号插设安全号志;

步骤四:① ②号进入司机室,升起受电弓,按下【EGS】进行接触网放电;

步骤五:① ② ③ ④号会合,准备开始作业;

步骤六:① ②号进行车顶设备检修,③ ④号进行车下地沟检修;

步骤七:①号确认② ③ ④号供电前作业完毕;

步骤八:① ②号断开【EGS】,降下受电弓,申请接触网供电。

(2)接触网供电后检修

步骤九:① ②号升起受电弓,合上主断路器,确认供电正常;

步骤十:① ②号对司机室设备检修,③ ④号对车体两侧检修;

步骤十一:作业完成后,① ②号在司机室断开主断路器,降下受电弓;

步骤十二:③ ④号撤除安全号志;

步骤十三:① ② ③ ④号回合后交还钥匙,完成检修作业报告。


实验目标

借助虚拟仿真技术降低实验教学成本、提高实验教学效率、模拟检修过程的异常工况,使学生短时间内高效率地掌握高铁列车复杂的结构原理和一级检修工艺流程。

1.掌握高铁列车的工作原理和组成结构

掌握高铁列车的任务、组成和分类,掌握高铁列车车体、受电弓系统、牵引传动系统、制动系统、车内设备、车端连接装置、列车控制系统的功能原理和技术参数。

2.掌握高铁列车的检修理论和检修内容

掌握高铁列车的故障类型、维修制度、维修组织、一级检修的定义、内容、等理论知识,以及高铁列车检修周期、检修限度、检修工艺、修复方法等技能知识。

3.培养学生高铁列车的故障诊断及处理能力

掌握高铁列车各零件的禁止使用限度值、常见故障及其处理方法、零件的检验技术和修复技术,高铁列车的分解与组装工艺流程等,提高学生的工程实践能力。


成绩评定

1.在进行高铁列车一级虚拟检修的过程中,学生应选取“考核模式”,并在规定时间内检查出并修复好教师在实验前预先设置的所有故障点,同时作业流程应完全符合CRH380系列动车组检修作业指导书的具体要求。

2.单一项目出错次数不得超过5次,否则即判定考核不合格;若单一项目出错次数少于5次,系统会根据学生操作的完整度、流畅度以及故障处理正确率自动进行综合打分,60分以上方为合格。

3.学生在考核模式下操作完成后,系统会自动在前端教学系统中的【检修报告】模块中生成该学生的检修实验报告,如图1所示。学生自行下载检修实验报告后,可在报告中再次了解相应实验的实验目的、注意事项、作业程序及质量标准,并可在实验结果列表中查阅考核操作过程中的错误之处,以便在后期进行针对性地训练,如图2所示。

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