机车气动制动系统结构设计及有限元分析【含CAD图纸、UG三维模型、说明书】
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含CAD图纸、UG三维模型、说明书
机车气动制动系统结构设计及有限元分析【含CAD图纸、UG三维模型、说明书】
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毕业设计(论文)开题报告题 目： 机车气动制动系统结构设计及有限元分析 学院： 2017年 3 月 10 日 毕 业 设 计 开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述1.1 引言电机车是我国主要的矿山运输机械，其制动装置有机械制动和电气制动2种。电气制动是利用控制器改变电气线路进行制动，属于能耗制动；机械制动是利用制动器进行制动。目前矿用电机车一般采用手动闸轮操作的闸瓦制动和电气动力制动装置，有的也采用压气制动装置。但由于电气制动在停车制动时不能使机车完全停止，因此除小型电机车外每台机车上都应装有机械制动装置。安全规程规定，列车制动距离最大不得超过30m，这里的制动距离指的是从司机开始制动到列车完全停止运行的距离。目前国内广泛应用的ZK一7型和ZK一10型架线式电机车，其运行速度约为165 kmh，手动机械制动空行程时间按3 s计，则其制动空行程约为14 m。实际允许制动距离，按规定的制动距离减去制动空行程距离计算，仅为26 m。如果再考虑牵引温升，对列车实际运行速度限制更高。实际情况表明制动技术已经成为限制电机车运输能力的急待解决的问题1。1.2设计背景与意义机车制动系统伴随着机车工业迅速的发展，车辆制动的安全性能越来越高。目前大部分机车的制动系统是采用主动的控制方式，这种制动的方式在机车行驶是处于正常状态下是完全可靠的。但是，突然出现危险或判断失误时，机车就可能会发生意想不到的交通事故。随着科学的发展，人们从正反方面的经验教训中认识到人机系统协调关系的重要性，并使研究工作得以强化限随着近几年来国民经济的发展，人们不但关注车的外型和整体性能，同时，也十分关注车辆行驶的安全性和方便性问题。从我国高速公路上发生的大量事故的统计分析结果发现：由于车辆本身的技术问题导致交通事故发生的已约达到30左右。而其中主要诱因是车辆制动性能不足或制动操作不当等而导致的车辆追尾、制动跑偏、甩尾等恶性交通事故。由此可见，改进车辆制动性能、提高车辆制动系统的恒定性以及改进车辆制动系统的人机操作环境有很强的现实意义，可以切实提高车辆行驶的安全性和方便性，减少由于车辆原因而导致的交通事故的发生概率。随着人们对车辆制动性能影响车辆安全性的意识的提高，以及电子技术的发展，车辆制动系统也历经了数次变迁和改进。近年来，机车机械制动系统作为制动系统的发展方向，已经成为国内外研究的热点之一。1.3机车制动系统的历史最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，这时的车辆的质量比较小，速度比较低，机械制动虽已满足车辆制动的需要，但随着机车自质量的增加，助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。这时，开始出现真空助力装置。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。林肯公司也于1932年推出V12轿车，该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。随着科学技术的发展及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。Duesenberg Eight车率先使用了轿车液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世。通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。到20世纪50年代，液压助力制动器才成为现实2.3。1.4机车气动系统的现状及发展趋势1.4.1机车制动系统的现状当考虑基本的制动功能量，液压操纵仍然是最可靠、最经济的方法。即使增加了防抱制动(ABS)功能后，传统的“油液制动系统”仍然占有优势地位。但是就复杂性和经济性而言，增加的牵引力控制、车辆稳定性控制和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术使基本的制动器显得微不足道。传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。当制动踏板踏下时，主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路，并通过一个比例阀使前后平衡。而ABS或其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。目前，车辆防抱制动控制系统(ABS)已发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。方法虽然简单实用，但是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，在许多不同的道路上加以验证；从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。另外，由于编制逻辑门限ABS有许多局限性，所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统(VDC)。结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS，它是以连续量控制形式，使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率，理论上是一种理想的ABS控制系统4.5.6。1.4.2现代机车气动系统的发展趋势现代机车制动系统的发展趋势摘要：从机车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和机车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。众多的机车工程师在改进机车制动性能的研究中倾注了大量的心血。目前关于机车制动的研究主要集中在制动控制方面。 经过了一百多年的发展，机车制动系统的形式已经基本固定下来。随着电子，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，机车制动系统的形式也将发生变化。如凯西-海斯(K-H)公司在一辆实验车上安装了一种电-液(EH)制动系统，该系统彻底改变了制动器的操作机理。通过采用4个比例阀和电力电子控制装置，K-H公司的EBM就能考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况，而不需另外增加任何一种附加装置。EBM系统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力，从而使制动距离缩短5%。一种完全无油液、完全的电路制动BBW （Brake-By-Wire)的开发使传统的液压制动装置成为历史7 89。1.5 机车机车制动系统未来研究方向作为全新的制动系统，机车防抱制动系统给机车带来了巨大变革，推动了机车智能化控制的发展。为了加快机车机械制动系统发展和普及，未来机车机械制动系统的研究将主要集中在以下几个方面：(1)制动系统的失效处理。需要一个备用制动控制系统保证制动安全；(2)系统容错的控制。车辆运行过程中会有各种各样的干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响，保证机车机械制动系统的安全性和可靠性，是需要解决的重要问题：(3)电机的设计。对电机可靠性要求较高，而且机构必须小巧紧凑、易于安装布置，能在各种恶劣的条件下可靠地工作；(4)机电一体化的集成。对于机车机械制动系统执行机构的研究已经有几家公司提出了设计方案，目前的执行机构中机械零件较多、结构复杂。如何有效的增大转矩、保证机构自动调节制动间隙、使结构小巧而且可靠，是设计中要考虑的问题；(5)驱动能源。采用全电制动控制系统，需要较多的电能，机车机械制动系统的应用有赖于未来的大电压车载电源；(6)降低系统的使用成本也是要解决的问题1011。参考文献1 余志生汽车理论北京：机械工业出版社，20002 刘豫香，胡跃文.我国机车制动机的发展.机车电传动，20023 Leiter RDesign and Control ofan Electric Park Brake20th Annual Brake Colloquium and Exhibition，October 2002：379-3834 Greg Gagarin.机车制动系统.国外内燃机车.2000，（5）5 Aidemark J，Vinter J，Folkesson PExperimental Evaluation of TimeredundantExecution for a Brake-by-wire ApplicationProceedingsoftheInternationalConferenceon Dependable Systems and Networks，20026 余志生机车理论北京：机械工业出版社，20007 刘豫湘.我国机车制动机的现状与发展.电力机车与城轨车辆，20058 美L埃克佛恩机车制动系统北京：机械工业出版社，19979 柯愈治.汽车防抱制动系统结构原理与检修北京：人民交通出版社，199810 林沽亭.中华之星动车组制动系统的分析和评估.铁道机车车辆，200311 应之丁，姜靖国，吴萌岭，等.日德高速电动车组制动系统分析.铁道车辆.1999,37(1) 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 开 题 报 告一、课题的目的与意义课题以某机车为参考车型，运用CAD建模技术及有限元分析方法对机车气动制动系统的执行机构进行了设计研究。首先对机车机械制动系统执行机构各零部件进行设计计算，然后根据设计计算结果，在UG中建立其CAD模型，最后对主要零部件进行有限元分析。同时，也对零件失效的形式和原因进行了分析。二、课题发展现状和前景展望作为全新的制动系统，机车防抱制动系统给机车带来了巨大变革，推动了机车智能化控制的发展。为了加快机车机械制动系统发展和普及，未来机车机械制动系统的研究将主要集中在以下几个方面：(1)制动系统的失效处理。需要一个备用制动控制系统保证制动安全；(2)系统容错的控制。车辆运行过程中会有各种各样的干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响，保证机车机械制动系统的安全性和可靠性，是需要解决的重要问题：(3)电机的设计。对电机可靠性要求较高，而且机构必须小巧紧凑、易于安装布置，能在各种恶劣的条件下可靠地工作；(4)机电一体化的集成。对于机车机械制动系统执行机构的研究已经有几家公司提出了设计方案，目前的执行机构中机械零件较多、结构复杂。如何有效的增大转矩、保证机构自动调节制动间隙、使结构小巧而且可靠，是设计中要考虑的问题；(5)驱动能源。采用全电制动控制系统，需要较多的电能，机车机械制动系统的应用有赖于未来的大电压车载电源；三、课题主要内容和要求1、课题主要内容（1）建立机车气动结构的三维仿真模型。机车气动制动系统三维实体模型的建立，并进行分析；机车制动主要零件有限元分析。（3）根据分析结果，对机车关键零件提出结构优化建议。2、课题主要要求（1）建立机车气动制动结构关键零件的三维模型。（2）对机车关键零件进行有限元分析。（3）对关键零件有限元分析结果进行可视化处理。 （4）撰写毕业设计说明书，完成毕业论文。四、研究方法、步骤和措施1、查阅资料，翻译英文资料查找设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义。2、熟练掌握设计所需的内容复习以前所学设计有关的专业知识，并熟练的运用到设计中去。还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识，如：有限元法。设计运用UG软件绘制机车气动制动系统所有零件的三维模型图，并通过UG生成二维图形，经过AUTOCAD处理后形成正式二维工程图，并关键零件的运动学、动力学、有限元分析。3、设计内容（1）建立机车气动制动系统三维模型，并进行干涉分析；（2）机车气动制动关键零件模态有限元分析；（3）改进机车制动机关键零件结构，并再次进行分析。4、具体设计步骤（1）利用UG完成机车所有零件的
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