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招标单位：
长春轨道客车股份有限公司
项目名称：
车体室外运输车
投标人：
吉林省吉瑞机电设备有限公司
2014年1月14日
1概述1
1.1设备现状1
1.2研制设备概述1
2依据文件和标准1
2.1依据文件1
2.2依据标准1
3.功能分析和技术要求2
3.1功能分析2
3.1.1运输单元功能分析2
3.1.2车体室外运输车功能分析2
3.2技术要求3
3.2.1运输单元技术要求3
3.2.2车体室外运输车技术要求3
4总体设计4
4.1总体设计介绍4
4.1.1运输单元总体设计4
4.1.2车体室外运输车总体设计5
4.2技术指标7
4.2.1运输单元技术指标7
4.2.2车体室外运输车技术指标7
4.3功能和优点介绍8
4.3.1功能介绍8
4.3.2设备优点9
4.4工作过程10
4.4.1运输单元工作过程10
4.4.2车体室外运输车工作过程10
5详细设计11
5.1运输单元详细设计11
5.1.1车体模块设计11
5.1.2控制模块设计16
5.2车体室外运输车详细设计21
5.2.1车体室外运输车总体设计21
5.2.2转接架设计22
5.3安全性及可靠性设计23
5.3.1安全性设计23
5.3.2可靠性设计23
6.研制实施计划24
6.1时间节点要求24
6.2输入输出文件24
6.2.1输入文件24
6.2.2输出文件24
6.3项目完成形式25
6.3.1交付产品25
6.3.2交付文件25
6.4售后25
6.5常见问题处理25
7.生产过程及其质量控制综述26
7.1原材料、标准件、元器件采购26
7.2图纸和工艺文件26
7.3加工质量控制27
7.4外协质量控制27
7.5其他27
8.结论27
1概述
1.1设备现状
轨道客车领域大型结构件体积大、载荷重，生产制造过程中包括转运、下料、焊接、机加、装配等多个环节，各环节的转运及精确定位过程均存在大量问题。
随着我国轨道客车行业的快速发展，如何实现大型设备制造业生产过程的转运及精确定位成为限制该行业生产效率提高的一个重要因素。
目前轨道客车领域通常采用气垫车、叉车等协助完成大型结构件的生产，但上述设备均不能同时满足实际生产要求。
1.2研制设备概述
针对现有设备的不足，本技术方案依据《车体运输车招标文件》，设计车体室外运输车，该设备采用先进的航天技术为依托，选用我公司成熟的全向智能移动装备产品，研制车体室外运输车，实现设备的大承载、高精度、操作简单，安全，灵活，良好的通过性等要求，满足客户对于此类产品的需求。
本技术方案开发的车体室外运输车具有单台设备和两台设备联动两种工作模式，在此约定本技术方案所述单台设备（简称运输单元）是指单台设备工作模式，两台设备联动（简称车体室外运输车）是指两台运输单元组合拼接后组成的设备。
运输单元最大可承载10t载荷，具有精度高、操作简单、运动方式灵活可靠等优点。
车体室外运输车最大可承载20t载荷，拆分组合方式简单可靠，可满足客户根据需要快速组合拆分，提高生产效率的要求。
2依据文件和标准
2.1依据文件
车体室外运输车技术方案依据文件为《车体运输车招标文件》。
2.2依据标准
车体室外运输车技术方案依据标准如表2.1所示。
表2.1设计引用标准情况表
标准号
标准名称
GB/T1591-2008
低合金高强度钢结构
GB/T8923-1988
涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级
GB/T3776-2001
液压系统通用技术条件
GB/T5226.1-1996
工业机械电气设备
JB/T3811.1—1999
固定平台搬运车基本参数
JB/T3811.2—1999
固定平台搬运车技术条件
GB/T985-1988
气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸
GB/T24343-2009
绝缘标准
GB/T22840-208
抗干扰标准
GB4208-93
防护等级
GB/T3797-2005
电气控制设备
GB14048.1-2006
低压开关设备和控制设备
3.功能分析和技术要求
3.1功能分析
3.1.1运输单元功能分析
根据客户需求，对运输单元功能分析如下：
（1）重点克服厂房内空间环境的局限，并充分考虑客户厂房外路面环境，设备需要有良好的路面适应性，同时可实现二维平面内的全向移动功能，从而保证良好的通过性能；
（2）针对大型结构件重量较大的问题，设备必须有大承载功能；
（3）设备操作简单可靠，通过平面全向移动，可实现设备的准确快速定位及转运功能。
3.1.2车体室外运输车功能分析
车体室外运输车除具有运输单元所具有的所有功能外，还具有如下功能：
（1）可实现快速组合、拆分，提高作业效率；
（2）承受更大载荷功能；
（3）联动模式功能即整体全向自驱移动。
3.2技术要求
3.2.1运输单元技术要求
根据客户需求及功能分析，确定运输单元具体技术要求如下：
1）运输单元长度4000mm，宽度2600mm，高度≤700mm；
2）最大有效载荷10T；
3）运输单元底盘距地面高度≥150mm；
4）设备移动定位精度高于±1mm；
5）运输单元行走速度0～25m/min可调；
6）过坡能力大于3°；
7）设备实现二维平面内任意方向的移动功能，包括直行、横行、斜行、任意曲线移动、零回转半径转动等全向移动形式；
8）操作简单，移动、起升平稳，转向灵活，有效工作效率高；
9）采用遥控手持器无线控制移动操作；
10）设备采用蓄电池提供动力，使用寿命不小于3年；
11）采用AC220V充电，并具有相应充电接口；
12）适用环境温度-25℃～35℃，相对湿度≤90%；
13）外观轻盈、经久耐用、实用方便。
3.2.2车体室外运输车技术要求
根据客户需求及功能分析，确定车体室外运输车具体技术要求如下：
1）最大有效载荷20t；
2）设备移动定位精度高于±1mm；
3）车体室外运输车能够在两分钟之内原地转90°；
4）设备实现二维平面内任意方向的移动功能，包括直行、横行、斜行、任意曲线移动、零回转半径转动等全向移动形式；
5）车体室外运输车底盘距地面高度≥150mm；
6）过坡能力大于3°；
7）两台运输单元组合成组合体或分离时，操作简单、方便；
8）整体操作简单，移动、转向灵活，有效工作效率高；
9）采用遥控手持器无线控制整体移动；
10）设备采用蓄电池提供动力，使用寿命不小于3年；
11）采用AC220V充电，并具有相应充电接口；
12）适用环境温度-25℃～35℃，相对湿度≤90%；
13）外观轻盈、经久耐用、实用方便。
4总体设计
4.1总体设计介绍
4.1.1运输单元总体设计
运输单元主要由车体模块和控制模块两部分组成。
车体模块采用我公司全向智能移动装备系列产品，可实现全向自驱移动，包括直行、平移、原地旋转和任意角度转弯等移动要求；控制模块实现对设备进行供电管理和对移动进行控制操作。
设备外观如图4.1所示，设备组成如图4.2所示，整体布局紧凑美观。
每台运输单元采用4×4轮组方案，即4组全向轮组均有动力，并采用减振悬挂，保证各种路面的通过性。
图4.1运输单元外观图
图4.2运输单元组成图
运输单元整体外形尺寸为：
4000×2600×700mm，具体如图4.3所示。
图4.3运输单元外形尺寸图
4.1.2车体室外运输车总体设计
车体室外运输车采用两台运输单元拼接而成，拼接后可实现组合体一体化操作控制即联动模式。
车体室外运输车具有整体全向自驱移动功能，包括直行、平移、原地旋转、任意角度转弯、整体承载等。
车体室外运输车最大载重20t，可满足客户对于大承载的要求。
根据客户需求和要求，车体室外运输车按照客户使用工况进行设计，设计结构拆分、组合操作简单、运行平稳、噪音小、通过性良好。
车体室外运输车外观如图4.4所示，外形尺寸如图4.5所示。
图4.4车体室外运输车外观图
图4.5车体室外运输车外形尺寸图
4.2技术指标
4.2.1运输单元技术指标
运输单元的主要技术指标如下：
1）运输单元外形尺寸4000×2600×700mm；
2）设备设计额定载荷10t；
3）设备定位精度±0.5mm，满足客户准确定位要求；
4）设备最大移动速度0.5m/s，行驶速度多档可调；
5）蓄电池提供动力，有效工作时间≥8小时；
6）电池使用寿命不小于3年；
7）充电采用市电AC220V充电；
8）过坡能力不小于3°；
9）使用环境温度：
-25℃～35℃，环境湿度≤90%；
10）设备噪音≤65dB。
4.2.2车体室外运输车技术指标
车体室外运输车的主要技术指标如下：
1）车体室外运输车可运载货物尺寸长度12000mm～25500mm；宽度2600mm～3260mm;高度60mm～3625mm；
2）额定载荷20t；
3）定位精度±0.5mm；
4）最大移动速度0.3m/s，行驶速度多档可调；
5）蓄电池提供动力，有效工作时间≥8小时；
6）电池使用寿命不小于3年；
7）充电采用市电AC220V充电；
8）过坡能力不小于3°；
9）使用环境温度：
-25℃～35℃，环境湿度≤90%；
10）设备噪音≤65dB。
4.3功能和优点介绍
4.3.1功能介绍
4.3.1.1运输单元功能介绍
运输单元主要功能包括如下几点：
（1）全向移动功能：
设备采用麦克纳姆轮实现二维平面内任意方向的移动功能，包括直行、横行、斜行、任意曲线移动、零回转半径转动等全向移动形式，设备运动方式如图4.6所示；
图4.6设备运行方式示意图
（2）高精度定位功能：
通过车体模块实现二维平面内的精确定位；
（3）不损伤地面功能：
轮组与地面接触处材质为聚氨酯材料，工作过程不损伤地面；
（4）多种路面通过功能：
运输单元可满足在厂房内外多种路面的使用，承载低位状态能够横越过高差约20mm轨道，能顺利通过53mm宽的轨道轮缘槽，如图4.7所示，满足客户适应厂房环境的要求；
（5）过坡功能：
运输单元最大通过3°坡时，车架与地面之间90mm安全距离，如图4.8所示；
（6）免维护功能：
设备主要零部件均采用免维护设计，除日常充电外，不需要其它维护工作，可大大减少客户维护成本。
图4.7设备过沟坎能力示意图
图4.8设备过坡能力示意图
4.3.1.2车体室外运输车功能介绍
车体室外运输车除了具备全向移动功能、高精度定位功能、不损伤地面功能、免维护功能等外，还具备大承载功能和联动模式功能，最大可承载20t载荷，整体全向移动，用于车体的整体转运。
4.3.2设备优点
运输单元和车体室外运输车具有主要优点如下。
1）不需要气源；
2）对地面要求不高，不损伤地面；
3）对使用环境要求低，可在厂房、道路等条件使用；
4）全向移动定位精度高；
5）维修方便、快速、成本低；
6）综合使用成本低，仅需充电费用；
7）噪音低；
8）操作简单，工作效率高；
9）单车可单独控制使用。
4.4工作过程
在使用设备时，全部操作过程均采用我公司研制的无线遥控操作手持器（简称手持器）进行操作，手持器使用方法具体见第5.1.2.2.2节相关内容介绍。
4.4.1运输单元工作过程
运输单元在单独使用时，首先在手持器上选择单动模式，然后将运输单元移动至被转运货物附近，由其他起重设备将被转运货物平稳放置于运输单元上；然后通过手持器的操作来实现控制运输单元的移动，实现货物转运。
4.4.2车体室外运输车工作过程
在使用车体室外运输车时，首先在主手持器上的选择开关2拨至“联动”档，使用主手持器进行操作，此时副手持器将不能操作。
车体室外运输车工作过程如下：
（1）将其中一个运输单元移动至距车体较近位置后，首先在运输单元上表面通过法兰安装转接架，安装好后调整转接架上表面为水平状态，如图4.9所示。
（2）
上表面调平
图4.9工作过程示意图1
（2）将另外一个运输单元移动到距离第一个运输单元一定的的位置后，左右对齐，在运输单元上表面通过法兰安装转接架，并调整转接架上表面为水平状态，如图4.10所示。
（3）将车体通过吊车或天车等起重设备放置于转接架上，车体与转接架通过销轴定位，如图4.11所示。
（4）整体操作车体室外运输车，按指定路线进行运输。
图4.10工作过程示意图2
图4.11工作过程示意图3
5详细设计
5.1运输单元详细设计
5.1.1车体模块设计
图5.1车体模块基本组成示意图
车体模块主要由车架、蒙皮、限位块、旋转吊环、全向轮组和防撞块等组成。
其基本组成如图5.1所示。
5.1.1.1车架
车架是车体模块的基础框架，也是车体模块最重要的承力部件，采用整体焊接结构，车架外形尺寸为3880×2480×500mm，基本结构及外形尺寸如图5.2、图5.3所示。
图5.2车架基本结构示意图
图5.3车架外形尺寸示意图
5.1.1.2蒙皮
蒙皮主要是起到防护、防尘、美观的作用，由上蒙皮、侧蒙皮及下蒙皮等组成，其中上蒙皮材料采用铝质花纹板，下蒙皮采用厚度为2mm铝板，侧蒙皮采用厚度为1.5mm钢板。
蒙皮安装示意图如图5.4所示。
图5.4蒙皮安装位置图
5.1.1.3限位块
限位块主要是对转接架起到限位的作用。
在安装转运支架时，能够快速定位和安装。
5.1.1.4旋转吊环
设备起吊时，四个旋转吊环承受设备全部的自重，所以必须保证旋转吊环的强度足够。
设备吊环选用巨力M30旋转吊环，该旋转吊环额定载荷7t，破坏载荷42t，结构如图5.5所示。
按照设备总重5.5t计算，四组旋转吊环起吊升降车安全系数5.1，满足起吊要求。
旋转吊环与设备连接采用螺接设计，旋转吊环在不需要的时候可以拆下。
图5.5旋转吊环结构图
5.1.1.5全向轮组
全向轮组选用单组承载能力为4.5t的597全向轮组，轮径为597mm，每组全向轮组自重为500kg，包含麦克纳姆轮全向轮、电机、减速器、减振悬挂等。
为有效的适用路面以及满足实际使用需求，597全向轮组配备的减振悬挂系统采用的是成熟的油气悬挂方案，其工作原理图如图5.6所示。
图5.6被动悬架工作原理图
全向轮组安装图如图5.7所示。
图5.7全向轮组安装示意图
5.1.1.5防撞块
防撞块布置在车体的四周，采用橡胶制作。
当设备操作不当与其他物体相撞时，对车体起到缓冲和保护作用。
5.1.1.6工具箱与手持器存放箱
为了方便操作者放置扳手、旋转吊环等工具，在设备上设置工具箱；同时，为了方便操作者放置手持器，在设备上设置了手持器存放箱。
工具箱及手持器存放箱位置如图5.8所示。
图5.8工具箱及手持器存放箱位置示意图
5.1.2控制模块设计
5.1.2.1控制模块总体设计
运输单元的控制模块主要由行走控制模块、供配电系统、紧急制动系统、面板操作系统、故障反馈系统和状态显示系统等组成。
行走控制系统主要实现设备的全向移动控制；供配电系统主要为设备提供动力；紧急制动系统主要用于紧急情况停车，主要由安装在设备四角的四个急停按钮及主副手持器急停按钮组成；操作面板主要功能是实现设备本体的各种操作控制。
故障反馈系统用于当检测到控制系统发生故障时，可以控制车体运输车（运输单元）停止工作。
状态显示系统能够实时的显示设备的运行状态。
5.1.2.2行走控制模块
行走控制模块主要由行走控制器、手持器、行走驱动控制系统、行走控制软件组成。
5.1.2.2.1行走控制器
基于ARM平台的行走控制器为自主研发的控制器，该控制器具有12轴脉冲控制能力，能够同时控制12路脉冲驱动模式的电机，并扩展无线通讯模块，实现与手持器的实时通讯功能。
5.1.2.2.2手持器设计
（1）手持器功能介绍
车体车体室外运输车配有两部手持器，分别为主手持器和副手持器。
主手持器上安装有电源开关、选择开关、急停、数字拨码开关、亮度调节、加减速操纵杆、液晶屏和方向操纵杆；副手持器上安装有电源开关、选择开关、急停、数字拨码开关、亮度调节、加减速操纵杆、液晶屏和方向操纵杆。
主、副手持器的操作面板如图5.9、图5.10所示。
图5.9主手持器外形图
图5.10副手持器外形图
手持器通过采集按键、摇杆状态获得用户的控制信息，通过液晶显示当前角度、速度以及运动状态等；控制软件根据当前角度和速度，计算各个电机的运行速度和方向，并通过无线传输到行走控制器，实现对移动平台的各种运动状态控制。
手持器按键功能如表5.1所示。
表5.1手持器按键功能表
功能键名称
功能键实现功能
电源开关
手持控制器的总电源控制开关；内置无线收发模块，外置天线，以对多功能车辆运输车传输控制指令；
急停
按下运输单元将停止运动，适用于紧急情况下的停止操作；
亮度
用于液晶屏亮度，使手持控制器适用于任何亮度工况中；
联动/单动选择开关
选择车体联动或单动；
数字拨码开关
两车联动时设置两车间距离；
加/减档位操作杆
控制平台行驶速度及顺/逆时针旋转；
方向操作杆
主要用于车体室外运输车行走角度方向控制,纵向开关可以用于车体室外运输车行进速度的调节，横向开关可以控制车体室外运输车的顺、逆时针转动。
（2）手持器的操作方法
对手持器操作方案介绍如下。
（1）当对两台运输单元组合成车体室外运输车联动使用时，将主手持器上的选择开关2拨至“联动”档，此时副手持器将不能操作；
（2）当对两台运输单元单独操作时，将主手持器上的选择开关拨至“单动”档，此时副手持可以进行操作，主、副手持器可以分别控制两台运输单元；
5.1.2.2.3行走驱动控制系统
行走驱动控制系统主要由行走伺服电机控制器组成，由行走控制器接收遥控器无线模块传输过来的控制命令字，将其转换为控制信号，分别控制4个行走伺服电机控制器，完成对电机的转速、加减速以及方向控制，实现运输单元的行走控制，并且可根据用户需求，增减速度档位。
当移动平台的速度调整到1档时，可实现点动控制下的精确定位，使运输单元实现±0.5mm的位置控制精度。
5.1.2.2.4行走控制软件
设备的行走控制软件，采用成熟的全向智能移动平台行走控制软件，可实现设备的全向移动功能。
5.1.2.3供配电系统
5.1.2.3.1供电配系统总体设计
供电配系统主要为车体室外运输车提供电力，主要由铅酸蓄电池组、充电逆变一体机、直流电源等组成，可满足整个设备的供配电及充电功能。
5.1.2.3.2铅酸蓄电池组
铅酸蓄电池组采用美国进口铅酸电池组合。
其性能分析如表5.2所示。
表5.2卷绕式电池性能分析表
序号
项目
卷绕式铅酸蓄电池
1
结构
只有30个零件,电解液是固态酸,电极板是纯材料,且和酸一起捆绑并卷起来做成独特的螺旋卷绕。
2
启动功率
10KW左右
3
冷启动电流
（CCA）值
12V100AH卷绕式铅酸蓄电池，零下40℃时的最大输出电流高达830A。
4
启动时间
0.6秒
5
启动后的恢复性
由于活性铅的面积至少比传统蓄电池多出4倍,在启动后能快速恢复,故能在短时间内应付多次启动循环。
6
工作温度
-55℃-65℃
7
保用性
存放250天,仍有起动电量。
8
100%深放电再充能力
至少40次！
9
最快速充电时间
不到1小时即可满载！
10
防过充电能力
在任何地方均可进行充电,本身具有过充电保护系统,可以避免因过充电而产生的爆炸危险！
11
启动次数
至少15000次！
12
使用寿命
4倍以上。
13
抗震性
至少能承受4G（33HZ）震动12小时以及6G震动4小时。
14
保养和维护
无需要任何的维护和保养。
15
规格尺寸
与传统蓄电池大小相当。
16
安装
可以以任何角度或方式固定,甚至倒置也一样安全。
17
安全性
即使在严重撞击破损下照样能正常工作,且无漏液之担忧,在高温环境下也不会发生漏气乃至爆炸的危险。
18
适用范围
适用于水陆空各个领域的交通运输工具,特别适用于军事领域的各类交通运输工具中。
19
环保
生产过程可实现零污染，节约更多的铅。
电池容量计算：
每台车采用12块12V100AH电池组成48V300AH电池组，电池组可提供48×300=14400瓦时电能。
电机采用额定功率2Kw的松下伺服电机，在满载的情况下，移动速度按照0.5m/s计算，转运操作和待机占用总工作时间分别为60％和40％，可满足连续工作8小时的要求。
电池通过市电AC220V16A50Hz交流电输入，配有充电电缆和充电接口，操作简单。
5.1.2.3.3充电逆变一体机
充电逆变一体机将直流电逆变成交流电，输出AC220V50Hz交流电，为负载提供电力。
逆变器的额定功率为10KW，逆变效率为90%。
充电逆变一体机还具有充能功能，充电时采用AC220V16A50Hz交流电输入，充电时间为8h。
5.1.2.3.4直流电源
电源系统中包含2个直流电源，将逆变器提供的交流电转化为直流24V12A、24V2A，分别为电机制动和控制系统供电。
5.1.2.4紧急制动系统
为保障安全可靠性，在运输单元车体模块四个角分别布置“急停”开关，按下该按钮，将切断运输单元的供电电源，从而实现运输单元紧急停车需求，适用于遥控器发生故障或者通讯出现障碍的场合，顺时针旋转该急停开关，即可解锁，运输单元恢复供电。
主副手持器上都具备急停按钮，在软件通讯无故障情况下，操作人员可以方便的控制车体停止复位，确保车辆及人员安全。
5.1.2.5面板操作系统
运输单元控制面板上安装总电源开关、停止、行走开关、电池开关、充电开关、指示灯等。
实现设备的总电源开/关，充电状态/工作状态，行走操作，等不同模式的切换功能。
控制面板所有操作开关均有功能标识，操作简单可靠。
5.1.2.6故障反馈系统
为保障安全可靠性，在车体控制模块内安装有故障反馈系统。
当车体车体室外运输车单动或联动时，如全向轮组中有电机发生故障，故障信息会被故障反馈系统采集，故障反馈系统将控制车体装运平台停止工作，保证使用安全可靠。
5.1.2.6状态指示系统
状态指示系统采用警示灯和蜂鸣器显示设备的状态。
当设备启动静止时，警示灯为绿色闪烁状态，无声音；当设备正常运行时，警示灯为黄色，蜂鸣器带有轻微鸣叫；当设备故障时，警示灯为红色，蜂鸣器带有刺耳嗡鸣，以提醒操作人员。
5.1.2.7系统电气件
该设备需要大量电气件，主要组成及产地如表5.3所示
表5.3设备主要电气件组成及产地
名称
品牌
产地
蓄电池
傲铁马
美国
电源逆变器
日不落能源
中国
断路器
上海天逸
中国
直流电源
台湾明纬
台湾
端子
上海天逸
中国
接触器
施耐德
德国
运动控制卡
自研
中国
手持器
自研
中国
急停
上海天逸
中国
天线
上海上志
中国
指示灯
威浦
中国
运动控制卡盒
上海天逸
中国
伺服电机
松下
日本
减速器
APEX
台湾
报警灯
上海天逸
中国
5.2车体室外运输车详细设计
5.2.1车体室外运输车总体设计
车体室外运输车由两台运输单元、两个转接架以及控制模块组成，两台运输单元组成组合体后，主运单元控制系统可以控制组合体，实现一体化操作控制即联动模式，具有最大载重20t的整体全向转运功能。
其中运输单元是车体室外运输车的主体，由两台运输单元承载货物
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