（光学工程专业论文）低平板液压动力驱动模块开发.pdf

武汉理工大学学位论文独创性声明及使用授权书 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) 主i 瓜敛日期 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大 学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信 息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生。签名，：主1 序 眨导师。签名，：之l 修日期 。f j 、s 、 入、 注：此表经研究生及导师签名后，请装订在学位论文摘要前页。 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 首先介绍了课题的研究背景，阐述了国内外对平板车的研究现状，分析了国 内对平板车研究的不足以及与国外存在的一些差距，介绍了本文课题研究的目的 和意义，结合课题背景和国内外研究现状，提出了本文研究的主要内容。 然后，为了更清楚地了解课题的研究内容，更好地开展课题的研究内容，使 思路清晰，对平板车的基本结构和各个系统的基本工作过程进行了分析，分析了 平板车的动力驱动方式、驱动桥壳的作用和设计要求、车桥的形式和整车的基本 技术参数以及行走机构的主要零部件结构。 接着，进行了行走液压驱动系统的设计。确定了液压行走系统的基本形式； 选择了液压泵和液压马达的控制方式，对其控制原理进行了简单的介绍；在保证 各液压元件之间匹配性良好的基础上完成了对主要液压元件的选型工作。 随后，进行了驱动桥壳的造型设计。介绍了对驱动桥壳的造型设计有重要影 响的一些构件的尺寸，并且详细分析了这些尺寸的具体影响作用；在此基础上完 成了驱动桥壳造型设计的初步方案，并在理论分析的基础上对初步方案进行了局 部的修改。 对平板车进行了受力分析；进行了驱动桥壳强度和刚度计算工况的选择；用 a n s y s 建立了驱动桥壳的有限元计算模型；分析了计算结果；根据计算结果对 桥壳进行了局部的修改，并再次对修改后的桥壳进行了强度和刚度分析，分析结 果满足要求。 确定了疲劳分析方法；介绍了疲劳强度分析过程和疲劳累积损伤理论；用经 验法拟合得到了材料的s n 曲线；进行了驱动桥壳疲劳强度分析工况的选择； 分析了影响桥壳疲劳寿命的因素；用w o r k b e n c h 建立了疲劳强度校核的有限元计 算模型；计算结果分析表明，驱动桥壳的整体均能安全地达到设计寿命，疲劳强 度校核结果满足要求。 本文的研究解决了企业的实际问题，为同类型的研究提供了参考，具有现实 意义和研究价值。 关键词：平板车液压驱动u ga n s y sw o r k b e n c h 驱动桥壳强度 刚度疲劳 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d yb a c k g r o u n do ft h es u b j e c tw a si n t r o d u c e di nt h ef i r s t ，t h er e s e a r c h s i t u a t i o no np l a t f o r mv e h i c l ea th o m ea n da b r o a dw a sp r e s e n t e d ，t h ei n s u f f i c i e n to f t h ed o m e s t i ca n dt h eg a pw i t hf o r e i g nw a sa n a l y z e d ，t h ep u r p o s ea n dm e a n i n go f s t u d yw a si n t r o d u c e d ，c o m b i n e dw i t ht h es u b j e c tb a c k g r o u n da n dr e s e a r c hs i t u a t i o n a th o m ea n da b r o a d ，t h em a i nc o n t e n tw a sp u tf o r w a r d t h e n ，i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h ec o n t e n tm o r ec l e a r l ya n dc a r r yo u ts u b j e c t c o n t e n tb e t t e r ，t h eb a s i ck n o w l e d g eo fp l a t f o r mv e h i c l er e l a t e dw i t ht h i st h e s i sa n d w o r kp r o c e s so fe a c hs y s t e mw e r ea n a l y z e d ：d y n a m i cd r i v i n gm o d eo fp l a t f o r m v e h i c l e 、t h ef u n c t i o na n dd e s i g nr e q u i r e m e n t so fd r i v ea x l es h e l l 、f o r mo fa x l es h e l l a n db a s i ct e c h n i c a lp a r a m e t e r so fw h o l ev e h i c l ew e r ei n t r o d u c e d t h e n ，t h ed e s i g no fh y d r a u l i cd r i v i n gs y s t e mw a sd o n e t h eb a s i cf o r mo f w a l k i n gh y d r a u l i cs y s t e mw a sd e t e r m i n e d ；h y d r a u l i cp u m pa n dh y d r a u l i cm o t o r c o n t r o lm o d ei ss e l e c t e d ，a n dt h e i rc o n t r o lp r i n c i p l ew a si n t r o d u c e ds i m p l y ；s e l e c t i o n f o rm a i nh y d r a u l i cc o m p o n e n t sw a sc o m p l e t e d ，a n dag o o dm a t c hb e t w e e nt h e h y d r a u l i cc o m p o n e n t sw a se n s u r e d t h e n ，m o d e l i n gd e s i g no fd r i v ea x l es h e l lw a sd o n e ；t h es i z e st h a tm a i n p r o b a b l ya f f e c tt h ed r i v ea x l es h e l l sm o d e l i n gd e s i g nw r ei n t r o d u c e d ，a n dt h e i r p r o b a b l ea f f e c t a t i o nw a sa n a l y z e di nd e t a i l ；p r e l i m i n a r yo ft h em o d e l i n gd e s i g nw a s c o m p l e t e d o nt h eb a s eo ft h ea n a l y s i s ，a n dl o c a lm o d i f i c a t i o nw a sd o n et h r o u g ht h e o r y a n a l y s i s t h ef o r c es i t u a t i o no fp l a t f o r mv e h i c l ew a sa n a l y z e d ；w o r k e r sc o n d i t i o nf o rt h e s h e l l ss t r e n g t ha n ds t i f f n e s sc h e c kw a ss e l e c t e d ；f i n i t ee l e m e n tm e t h o dc a l c u l a t i o n m o d e lw a se s t a b l i s h e du s i n ga n s y s ；s u b m i t t e dc a l c u l a t i o na n d a n a l y z e dc a l c u l a t i o n r e s u l t s ；a c c o r d i n gt oc a l c u l a t i o nr e s u l t s ，l o c a lm o d i f i c a t i o nw a sd o n e ；s t r e n g t ha n d s t i f f n e s sa n a l y s i sw a s c o m p l e t e da g a i n ，r e s u l t sm e tt h er e q u i r e m e n t s t h em e t h o do ff a t i g u ea n a l y s i sw a sd e t e r m i n e d ；t h ep r o c e s so ff a t i g u ea n a l y s i s a n df a t i g u ed a m a g et h e r o yw e r ei n t r o d u c e d ；g o tt h em a t e r i a l ss nc u r v et h r o u g h e x p e r i e n c em e t h o d ；w o r k e rc o n d i t i o nf o rt h es h e l l sf a t i g u es t r e n g t hw a ss e l e c t e d ； t h ef a c t o r st h a ta f f e c t i n ga x l es h e l l sf a t i g u el i f ew a sa n a l y z e d ；f i n i t ee l e m e n tm e t h o d c a l c u l a t i o nm o d e lw a se s t a b l i s h e d u s i n gw o r k b e n c h ；s u b m i t t e dc a l c u l a t i o n ， c a l c u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ew h o l eo ft h ed r i v ea x l es h e l lc o u l dr e a c hd e s i g n l i f es a f e l y , f a t i g u es t r e n g t hc h e c kr e s u l t sm e tt h er e q u i r e m e n t s r e s e a r c ho ft h i st h e s i ss o l v e d c o m p a n y sp r a c t i c a lp r o b l e m ，a n dp r o v i d e d i i 武汉理工大学硕士学位论文 r e f e r e n c e sf o rt h es a m et y p eo fr e s e a r c h ，h a sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dv a l u e k e y w o r d s ：p l a t f o r mv e h i c l e ；h y d r a u l i cd r i v e ；u g ；a n s y s ；w o r k b e n c h ； d r i v ea x l e ；s t r e n g t h ；r i g i d i t y ；f a t i g u e n l 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 国外研究状况。1 1 2 2 国内研究概况。4 1 3 研究的目的和意义8 1 3 1 研究目的。8 1 3 2 研究意义8 1 4 研究内容9 第2 章平板车基本结构分析和驱动模块整体方案的确定1 1 2 1 平板车的分类1 1 2 2 动力平板车的整体结构1 2 2 3 平板车动力传动方式1 3 2 4 平板车的主要工作过程1 4 2 5 平板车车桥的设计要求和形式。1 6 2 5 1 从动桥的设计要求和结构形式1 6 2 5 2 驱动桥的设计要求和结构形式1 7 2 6 平板车的主要技术参数1 8 2 7 行走机构主要零部件结构1 9 2 7 1 液压马达1 9 2 7 2 摇臂与摇臂支架2 0 第3 章液压行走驱动系统的设计2 1 3 1 液压行走系统基本型式2 1 3 1 1 液压循环系统型式2 1 3 1 2 高、低速方案的确定2 2 3 1 3 行走变量系统型式。2 2 3 1 4 平板车液压行走系统工作原理2 2 3 2 液压元件的控制方式。2 3 3 2 1 液压马达的控制方式2 3 3 2 2 液压泵的控制方式2 4 3 2 主要液压元件的选型2 5 3 2 1 角功率2 5 3 2 2 马达的选型计算2 6 3 2 3 减速机的选型计算2 8 3 2 4 泵的选型计算2 9 第4 章驱动桥壳方案的确定3 1 4 1 影响驱动桥壳造型设计的尺寸分析。3 1 4 1 1 减速机内法兰盘尺寸3 1 4 1 2 液压马达的尺寸3 2 4 1 3 车轮轮辋尺寸的影响分析3 3 武汉理工大学硕士学位论文 4 1 4 摇臂支架的尺寸分析3 4 4 1 5 其它尺寸的分析3 5 4 2 驱动桥壳造型设计的初步方案3 6 4 2 1 驱动桥壳的造根方案3 6 4 2 2 桥壳造型初步方案的形成3 6 4 3 驱动桥壳造型方案的改善3 7 4 3 1 基于液压马达安装过程的改善3 7 4 3 2 基于结构强度和刚度考虑的改善3 8 第5 章驱动桥壳的强度和刚度分析4 1 5 1 平板车受力分析。4 1 5 1 1 行走机构受力分析4 1 5 1 2 驱动轮组受力分析。4 1 5 1 3 轮胎受力分析。4 2 5 1 4 驱动桥壳受力分析4 3 5 2 计算工况的选择4 4 5 3 有限元模型的建立4 4 5 3 1 有限元分析软件平台的选择4 4 5 3 2 驱动桥壳几何模型的建立4 5 5 3 3 有限元网格的划分4 5 5 3 4 载荷的施加和边界条件的处理4 6 5 4 计算结果分析4 7 5 5 桥壳造型方案的改善4 8 5 6 改善后方案的强度和刚度分析4 9 第6 章疲劳强度计算5 0 6 1 抗疲劳设计方法。5 0 6 2 疲劳强度分析过程。5 1 6 3 疲劳累积损伤理论5 2 6 4 材料的s n 曲线5 3 6 5 疲劳强度分析工况选择5 4 6 6 影响桥壳疲劳寿命的因素5 5 6 6 疲劳强度分析有限元计算模型的建立5 6 6 7 计算结果分析。5 8 第7 章总结与展望6 0 7 1 全文总结6 0 7 2 研究展望。6 0 参考文献。6 2 研究生期间发表的论文6 5 致谢6 6 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景 随着我国经济的迅速发展，大型工程建设越来越多，大型工程设备的运输 任务越来越多，而作为专门运输大型设备的车辆，重型低平板车发挥着越来越重 要的作用。市场对平板车的需求带动了我国平板车行业的发展，国内也涌现出一 批平板车生产制造企业。 然而，由于国外对平板车的研究起步比较早，其技术已经比较成熟，产品控 制性好，工作平稳，安全性高，使用寿命长，具有很大的性能优势。并且产品系 列已经相当齐全，载荷型谱完备，能够满足不同用户、不同工况的运输要求。所 以，多年来，我国的重型平板车市场一直被国外的大型企业所垄断。国内企业只 能以售后服务和价格的优势来参与竞争。为了改变这种尴尬的状况，提高产品的 竞争力，近年来，企业开始重视自主研发能力，并积极与研究院校合作，取得了 不少的成绩。 在此背景下，国内某特种车生产企业与武汉理工大学签订合作协议。 重型平板车主要用于大型设备与构件的运输和安装，这种车辆一般在比较 特定的工况下工作，很难对同一车型进行批量生产，所以，生产厂家一般根据客 户的需要，进行订单式生产。根据客户的要求，需要针对某具体车型的液压动力 驱动模块进行开发，开发过程会涉及到行走液压系统的设计，驱动桥壳的造型设 计等问题，不仅要保证选取的液压马达与发动机动力匹配性能良好，还要保证设 计的驱动桥桥壳有足够强度，所以工作任务繁重，而企业缺乏相关的技术人员， 于是委托学校进行研究开发。本课题的研究内容就是企业委托项目的一部分。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究状况 早在2 0 世纪初，国外已经开始了平板车的研究。但是，受当时社会需求、 道路条件以及科学技术条件的影响，平板车的型号及载重量都比较小。后来，随 着经济的发展，设备的大型化、整体化的运输对平板车的发展提出了新的要求， 同时得益于道路条件的不断完善和科学技术的迅猛发展，平板车开始向大型化、 大吨位发展，并采用了模块化组合方式，实现更大吨位的运输。国外早在2 0 武汉理工大学硕士学位论文 世纪3 0 年代就开始了重型平板车的研制，经过几十年的研究，目前，国外的大 型平板车已经实现了全液压、计算机控制，出现了能够适应超大型物件运输与安 装的组合式液压平板车，并出现了能够适应不同装货要求的轴距、宽度和车型可 变的特种车辆装备，如造船厂的船体运输车、钢厂的材料运输车以及高速铁路桥 梁架设用的预应力混凝土箱梁运输车等。 国外比较有名的平板车制造商大部分集中在欧洲，主要有德国的k a m a g ( 卡玛格) ，s c h e u e r l e ( 索埃勒) ，g o l d h o f e r ( 戈尔德霍弗) ，法国的n i c o l a s ( 尼古拉斯) 和意大利的 c o m e t t o 公司，另外还有日 本的s h i n k o ( 日本神钢电 机) ，n i p p o ns h a r y o ( 日本车辆 制造株式会社) ，t c m ，以及南 非的r a n d b u r g 。 目前，德国k a m a g 公司 最大单台平板车的吨位已超过 1 3 0 0 t ，有1 2 个轮轴，1 9 2 个轮 胎，车体长3 2 m 、宽1 0 m 。该 公司产品在国内应用的最多，船 厂、钢厂、大型工程都有其产品 在使用，用户普遍反映其控制性 能好，操作平稳。 图l 平板车正在进行大型货物的运输 ( 图片来源于互联网) 索埃勒公司的产品在大型工程上应用较多，应用范围极广，如：冶金工业、 造船工业、建筑业、公路大件运输、化工设备成套搬迁、工矿企业等，其特点为 模块化组合应用，其公司生产的某型可以整体移动天然气钻井平台的模块组合平 板车，总吨位达到了1 1 7 2 7 吨。此外还有e u r oc o m b i 、i n t e rc o m b i 、f l a t c o m b i 三种组合车型。 法国n i c o l a s 的产品进入国内较早，目前在高速铁路桥梁施工中有所应用。 其产品采用拼接方式模块化组合后，最大吨位达到1 2 5 0 0 t 。 这些车型一般没有常规的驾驶室，可以根据车辆的操控单元、液压系统和驱 动系统等的配置情况可以实现遥控驾驶，也可以由牵引车进行拖动。有些车型其 负荷的大小和位置可以通过电子装置进行控制调节，具有电子转向系统，该系统 可以通过编程进行自由的控制，可以实现3 6 0 。的任意角转向。当车辆是由多台 平板车模块组成承担超大型物件的运输的时候或者是多台平板车之间不用任何 机械连接来共同承担某大型物件运输的时候，可以通过编程来控制电子转向系统 2 武汉理工大学硕士学位论文 进而实现多台车辆的同步转向【6 8 j 。 图1 为德国k a m a g 生产的大型平板车正在进行大型货物的运输。 国外对平板车的研究设计已经实现系统化、规范化、拥有较多的自主知识产 权，很多公司拥有功能完善的产品设计系统，在模块组合式平板车方面，德国的 g o l d h o f e r 公司公布了其常规设计软件m o d u l a r d a t a 和e a s y l o a d 等，其中， m o d u l a i a t a 软件可根据拼接模块数计算出载重量，也可以根据货物的重量计 算所需的模块数，并且还可计算出车辆的承载能力、货台倾斜度、转弯半径、坡 度角和牵引力等，e a s y l o a d 软件可以对不同类型货物的最佳装载位置和装载方 法等进行计算分析。 国外对平板车的研究起步早，现在已经比较成熟，其液压系统设计一般有如 下特点： ( 1 ) 液压驱动系统一般采用静液压闭式回路系统，可以根据发动机的转速 自动调节液压泵的排量，对发动机和液压系统进行过载保护。 ( 2 ) 一般采用液压平衡悬挂系统，液压缸的伸缩量可以根据实际路况进行 自动调节，使平衡轮组的各轮胎承受同样的载荷大小。该悬挂系统可以整体降低 和提升车身的高度，提高了通过性，也可单独关闭某轴轮胎的悬挂系统，方便了 轮胎的拆装等。 ( 3 ) 与悬挂液压缸相连的液压橡胶管道中一般安装有防爆阀，一旦管路爆 破，该阀门可以迅速关闭管路，保证轮胎仍然具有载荷补偿特性。 ( 4 ) 在液压驱动系统中具有液压防滑装置，还装置限制了液压马达的最大 转速，一旦液压马达的转速过大，则认为车轮是滑动状态，该装置就会进行转速 调节，当液压泵流量最大时，该装置具有差速锁的作用，车辆前进或者后退的时 候该装置都可以工作。 国外平板车良好的疲劳寿命和可靠性是目前国外产品最具竞争优势的地方， 这是与他们对疲劳问题的长期深入研究分不开的。1 9 世纪初，产业革命之后， 随着蒸汽机车和机动载运工具的发展和广泛应用，经常出现运动部件的破坏事 故，破坏经常发生在截面突变处，且破坏的名义应力小于材料的屈服极限，工程 师为此烦恼了很久，疲劳问题开始引起社会的关注，但是人们却并不知道出现这 种问题的原因；直到1 8 2 9 年，德国的a l b e r t 用矿山卷扬机焊接链条进行了疲劳 试验，说明了疲劳破坏的原因，但是，并没有提到“疲劳 的术语；1 8 3 9 年， 法国的j v p o n c e l e n t 首先采用了“疲劳”的术语用于描述材料在交变载荷的作用 下承载能力逐渐减低并最终导致断裂失效的破坏过程。疲劳问题虽然引起了社会 的关注，很多人试图寻找疲劳问题产生的机理以及其决定疲劳强度的决定性因 素，但是，在相当长的一段时间内，疲劳问题的研究并不深入、系统，进展不大； 武汉理工大学硕士学位论文 直到1 8 4 7 年，德国工程师沃勒开始对金属的疲劳问题进行深入研究，1 8 5 0 年， 沃勒设计出了用于进行机车车轴疲劳试验的疲劳试验机，后来，他研制出了各种 形式的试验机，并首次用金属样条进行了疲劳试验。1 8 7 1 年，在他发表的论文 中提出了s - n 曲线和疲劳极限的概念，系统地论述了疲劳寿命和循环应力的关 系，确定了应力幅是疲劳破坏的决定因素，他的研究奠定了金属疲劳的基础，沃 勒因此被人们称为“疲劳试验之父”。1 9 世纪的中后期，疲劳研究也有了不少的 进展。g e r b e r 提出了g e r b e r 抛物线方程修正平均应力对疲劳强度的影响，英国 的古德曼也提出了著名的古德曼简化曲线；1 8 8 4 年，包辛格发现了在循环载荷 作用下弹性极限降低的“循环软化”现象，引入了应力应变滞后回归线的概念。 2 0 世纪以来，人们的研究更加深入，2 0 世纪的二三十年代，人们对疲劳机理有 了初步的认识，发现疲劳断裂的三个阶段即裂纹萌生一裂纹扩展一瞬时断裂的过 程。1 9 4 5 年，迈纳m a m i n e r 在j v p a l m g r e n 的基础上重新提出了损伤与循环 次数成线性关系理论，即p a l m g r e n m i n e r 线性累积损伤准则。1 9 5 2 年，美国的 曼森和科芬在大量试验数据的基础上提出了曼森科芬方程用于表达塑性应变和 疲劳寿命之间的关系，他们奠定了低周疲劳研究的基础。1 9 6 1 年，诺伯提出了 诺伯法则，开始用局部应力应变对疲劳寿命进行研究。1 9 6 3 年，美国的帕里斯 在断裂力学的基础上提出了帕里斯公式用于估算裂纹扩展规律，并且发展出了损 伤容限设计。1 9 7 1 年，威茨在曼森科芬方程的基础上提出了局部应力应变分析 方法，用于估算疲劳寿命。近年来，引入概率统计方法的可靠性理论开始在疲劳 设计中应用。 总体来说，国外对平板车的研究状况为： ( 1 ) 起步比较早，产品系列已经相当齐全，载荷型谱完备，能够满足不同 用户、不同工况的运输要求。 ( 2 ) 平板车研究的技术已经比较成熟，控制性好，工作平稳，安全性高， 使用寿命长，具有很大的性能优势。 1 2 2 国内研究概况 我国在2 0 世纪8 0 年代开始了重型平板车的研究与制造工作。最初由上海电 力环保设备总厂与意大利n i c o l a 公司合作开发重型平板车，以重型平板挂车 为主，主要用作电厂、船厂以及石化大型设备的公路运输。 1 9 9 8 年，秦沈客运专线开工建设，上海电力环保设备总厂与郑州大方路桥 机械有限公司合作研制开发了4 5 0 吨运梁车。随后国产重型平板车的研制成功， 逐渐打开国内市场。在上海磁悬浮铁路建设项目中，郑州大方路桥机械有限公司 生产的重型平板车及衍生产品得到很好的应用，其产品还出口国外，应用于孟加 4 武汉理工大学硕士学位论文 拉国p a k s e y 大桥的施工建设。 然而，国内对重型平板车的研究起步较晚，所以，多年来，我国的重型平板 车市场一直被国外的大型企业所垄断。 近年来，随着我国经济建设的飞速发展，在军事、桥梁、机械、造船、冶金 以及石油化工等各个领域，大型工程建设越来越多，如造船厂船体运输安装，高 速铁路预制梁的运输以及海上石油平台的运输安装等。国内的重型设备及重型结 构的运输安装任务急剧增加，对重型运输机械的需求量增大，重型平板车显示出 越来越大的作用，国内对重型平板车的需求量每年都在迅速增加。然而进口平板 车价格较昂贵、保养维修费用高，并且国外产品更新换代快，保养和维修的不方 便、维修周期长，影响生产效率的提高。随着国内重型平板车市场的不断开拓， 除郑州大方以外，更多的企业开始研制重型平板车，尤其是船厂用平板车的研制， 主要有上海通联特种车辆和三江万山，秦皇岛通联特种车辆有限公司，以及北京 万桥和上海港机等，他们所研制的大型施工设备整体性能达到国外同类产品水 平。 郑州大方桥梁机械有限公司是一家以研制特种工程施工机械及装备为主的 专业公司，生产了d c y 、d j y 、d z y 以及d y y 等多种型号的平板车，已经应 用于船厂、钢厂、港口及桥梁施工。2 0 0 4 年1 2 月1 2 日，该公司9 0 0 t 动力平 板车完成总装调试，并试验成功，其安装有5 6 只直径1 9 m 的轮胎，是当时国内 最大吨位的平板车。2 0 0 6 年1 2 月，苏州大方特种车辆有限公司( 郑州大方桥梁 机械有限公司苏州分公司) 经历一年的时间，研制成功25 0 0 吨液压遥控自行式 动力块车组。该产品的成功开发，填补了我国在超重型特种车辆设计制造技术方 面的空白，打破了国外产品对国内市场的垄断，使国家自主发展超大超重型物件 的生产研发和运输能力得到了很大的提升。该产品可根据不同运输对象，拼装成 多种模式供用户使用。通过不同的模块组合形式拼装出7 0 - - 25 0 0 吨位的运输车 组，该车由多个小型单元模块车以及动力头组成，单悬挂载重量为1 3 5 t 。极大 地降低用户的使用成本。该产品能够实现模块与模块纵横快速组合，全挂车与半 挂车可以方便转换，被称为大件运输的“变形金刚。随后，该公司又成功开发 出载重3 7 0 0 吨的大型模块化平板运输车，该车是由多台大型单元模块车组成， 其中，最大单车载重量达到10 0 0 t ，单悬挂载重量达到3 8 t ，全轮独立转向；该车 可以采用硬联接或软联接等更为灵活的并车方式，可以实现多模式转向，可以更 方便地拓展为超大规模的并车系统。 秦皇岛通联特种车辆有限公司的主要产品t l c 系列为主，与德国索埃勒公 司合作开发1 2 5 9 0 0 t 平板车系列产品，最大吨位也达到了9 0 0 t 。 湖北三江航天万山特种车辆有限公司与武汉理工大学联合开发了具有国际 武汉理工大学硕士学位论文 先进水平7 5 至1 0 0 0 吨的重型平板运输车，广泛应用于造船、钢厂、架桥及高速 铁路建设的运输，产品成功实现进口替代，先后打入越南、韩国、新加坡、挪威、 马来西亚、保加利亚、哈萨克斯坦等1 0 多个国家。研发的w t w 2 5 0 b 重型平板 车被国家五部委联合授予“重点新产品证书。 虽然近年来国内的重型平板车企业取得了不少的进步，但是，由于起步晚， 研究与制造水平与国外都有一定的差距，企业在设计制造的过程中仍然缺少规范 的理论指导与基本数据参考，存在的问题主要有以下几个方面： ( 1 ) 虽然近年来整车生产进步很快，但是，关键零部件供应企业发展缓慢， 如液压马达液压泵等部件，严重依赖进口，给平板车的生产制造以及维修维护带 来了极大的不便，严重影响了平板车的发展。 ( 2 ) 虽然产品更新很快，但是拥有的自主知识产权很少，对核心技术的开 发不足。 ( 3 ) 由于缺乏经验和数据知道，在产品设计过程中忽视了对产品的可靠性 和疲劳问题的关注，整车的可靠性和寿命远低于国外水平，这一问题正是我国平 板车的竞争力低的主要原因。 ( 4 ) 企业科研力量薄弱，有些企业只着眼于眼前的利益，只顾凭借着价格 和售后服务的优势抢占国内外市场，却忽视了对产品的科研投入，导致国内平板 车在机电一体化、智能控制等方面与国外差距较大。 近几年，国内的一些大学院校也开始重视对平板车的研究，并出现了不少有 价值的研究成果。 长期以来，我国平板车都是模仿设计，既无理论支持也无工具辅助，指导用 户查询也是借用的国外软件，因此，武汉理工大学的乔媛媛、马力和王元良于 2 0 0 8 年在我国核心平板车设计制造企业的委托下，研发了组合挂车平板车的拼 车方案查询模块【5 6 1 ，该模块是基于网络环境应用，为国内平板车设计和使用供 了便捷的查询工具，不仅方便了设计人员，同时也方便了车辆用户，减少出错率。 仅有查询系统仍然不能完全满足设计需要，需要对车辆其它方面的理论进行 分析，因此，武汉理工大学的杨晓慧、马力和王元良在随后的2 0 0 9 年进一步对 液压模块组合式挂车平板车结构特点进行了充分分析【5 7 1 ，推导出了平板车通过 性计算公式，主要包括通过凹凸路面时的最小通过半径计算公式、通过斜坡时的 最大坡度计算公式和最小转弯半径及转弯挂扫面积计算公式，这些公式为企业的 产品设计提供了有效的设计支持。 转向系统的控制技术是平板车技术的难点和关键技术之一，设计过程十分需 要基础理论的支持，武汉理工大学马力和同事们针对平板车的转向系统做了一系 列的研究，取得了许多研究成果。乔嫒媛和马力在2 0 0 9 年对液压模块式组合半 6 武汉理工大学硕士学位论文 挂平板车的转向系统进行了仿真研究【5 4 j 并对平板车的结构进行了优化设计，他 们提出了转向机构优化设计的通用目标函数表达式，并对对四种典型拼接形式的 转向机构进行了优化设计，结果表明，优化后的四种典型拼接形式的转向性能均 有较大的改善，并且，他们在此基础上利用a d a m s 的二次开发功能建立了转 向杆系优化设计的专用模块，为企业的设计人员提供了使用的设计工具，提高了 设计效率；随后不久，武汉理工大学的邓小禾、马力和乔媛嫒进行了液压模块式 组合半挂平板车转向机构优化设计平台的开发【5 引，以论文的形式介绍了平台总 体方案设计和优化设计平台具体实现，最后利用该平台对典型车辆转向机构进行 参数化优化设计，得到较好结果；接着，还对平板车的转向控制技术进行了研究， 用a d a m s 对某典型转向机构进行了参数化建模和优化设计，并且，在此过程 中，他们提出了整体坐标和局部坐标相结合的变量缩减及等式约束消除法；随后， 他们提出了平板车的转向机构矩阵变换算法【5 鲥，并利用此算法编制了通用程序， 然后对某典型车辆的各轮转角进行了计算，其结果表明，此算法不仅稳定，而且 递推性强，便于程序实现；范世斌、马力于2 0 1 0 年在文献中研究了组合挂车全 轮理论转角和实际转角的计算公式及程序实现【6 0 1 ，在求解实际转角计算公式时， 提出了“三连杆分解法”，并利用此方法编写的程序对实际转角关系进行了计算， 验证了该方法的正确性和可行性，并且，他们还对转向机构的优化设计进行了分 析研究，推导出了改良的优化设计数学模型，并编写程序对某车型的转向机构进 行了优化计算，结果良好。北京科技大学的鲁力群、石博强、郭朋彦等人于对自 行式重型平板车多转向模式的控制进行了研究【6 7 】，研究了对多转向模式进行控 制的设计思路和方法，采用了基于c a n 总线的p l c 控制方式进行控制，实现了 各种转向模式的协同工作。 在平板车的液压系统研究方面，燕山大学的杨成刚、王华军和赵静一于2 0 0 9 年对自行式重型平板运输车的悬挂液压系统进行了研究【6 引，在分析实际问题的 基础上对该系统的液压控制系统进行了改进，得到了更能满足平板车动作过程中 工作同步要求的液压悬挂系统。随后，燕山大学的李侃和赵静一对重型平板车液 压系统与发动机的功率匹配进行研究m 】，他们从发动机与泵的功率匹配以及负 载与泵的匹配等方面对液压系统与发动机的匹配原理进行了分析，提出了两者之 间匹配的实现方案以及节能控制规律，并对某重型平板车进行了现场试验，表明 他们所研究的匹配系统可以满足该车操控性能的要求。 在有限元强度刚度计算方面，武汉理工大学的张宇探、马力和李冰在文献中 研究了平板车在不同装载方式下的有限元计算模型的建立问题【5 ”，为了真实地 模拟车辆的实际受力状态，解决同一平衡轮组轴荷相等的有限元实现过程比较难 的问题，创造性地提出了用平衡杆系结构模拟液压平衡悬挂系统的方法，此方法 7 武汉理工大学硕士学位论文 十分巧妙地解决了加载难题，并用这种方法进行了车辆主体结构的强度和刚度有 限元计算分析，验证了此方法的准确性和实用性。中南大学的张卫东、湖南大学 的莫旭辉和长沙凯瑞重工机械有限公司的彭劲松用a n s y s 对液压平板车车架结 构进行了有限元应力和应变计算并对车架进行了模态分析【65 。，研究了车架结构 与其固有频率及其振型的关系，为车架结构改进提供了一定的参考依据。 在整车设计方面，北京科技大学的仝令胜、石博强和郭朋彦等人在2 0 0 7 年 对自行式可拼接重型平板车的设计进行了研究【6 6 。，开发出了具有自主知识产权 的可拼接车型，该车型采用微机控制、全轮独立转向等技术，可以实现原地转向 等各种转向模式，方便灵活且比较实用；并且，该车型可以实现各种形式的拼接， 能够满足不同吨位和尺寸要求的大型物件的运输要求。 总的来说，我国对平板车的研究起步较晚，国内的平板车产品系列不够齐全， 国产的平板车在应用过程中性能与国外比还有一定差距。随着我国经济的迅速发 展，平板车的市场需求量与日俱增，我国的平板车行业迅速发展，国内企业和大 学院校开始重视对平板车的研究，积极学习国外先进理念和技术，并且在学习的 过程中有所创新，不断填补我国平板车领域的一页页空白，与国外的差距在不断 地缩小。国内的研究大多集中在转向系统和悬挂系统等，很少有专门针对液压动 力驱动模块的研究，对平板车驱动桥壳造型设计以及疲劳强度的研究更少见到。 1 3 研究的目的和意义 1 3 1 研究目的 根据前期调研工作和校企合作协议内容，确定课题的研究目的，主要有以下 几点： ( 1 ) 根据客户对整车基本性能的要求，为企业提供一套切实可行的液压动 力驱动模块的设计方案。 ( 2 ) 根据总体方案确定的车轮轮距，离地间隙等尺寸，选择液压马达等液 压元件确定的尺寸要求，完成驱动桥壳的设计，并为企业提供进行制造所需的相 关资料。 ( 3 ) 提升企业技术人员利用现代设计理论和软件进行产品设计的能力，从 而提高企业的自主研发能力和设计水平。 1 3 2 研究意义 课题的研究意义主要包括以下几方面： 8 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 增加企业的产品品种 研究对象是企业新增的产品，因此，对液压动力驱动模块进行自主开发，项 目研究完成后可增加企业的产品品种，拓展企业产品市场，并为企业以后新产品 的开发提供设计参考。 ( 2 ) 增加企业的经济效益。 随着我国经济的迅速发展，大型工程建设越来越多，大型设备的运输量快速 增加，重型平板车市场需求日益增多。对于企业来说，生产出来的车辆液压动力 驱动模块性能越好，使车辆工作更平