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大连理工大学专业学位硕士学位沦文 摘要 大型动力平板车是运输大型、重型、整体式设备及构件的重要专用运输工具，在桥 梁、机械、造船、冶金以及石油化1 ：等各个领域大型1 ：程建设中，发挥着不可替代的作 用。我国现役的平板车中，有相当一部分是上个世纪从国外进口的，已接近或超过了其 使用寿命，存在不同程度的损坏和老化，因而对废旧进口平板车的自主修复和改制，已 经成为当今我国大中型企业中普遍存在的亟待解决的实际问题。 本文针对大连船舶重工集团运输公司k a m a g 4 0 0 t 平板车的现行状况，结合本厂的 实际情况，在消化吸收原车技术思想的基础上，运用国内外先进的设计方法、科学的设 计理念，对其进行9 0 t 的改制设计。本文的主要工作如下： n ) 综合考虑各方面因素，拟定平板车改制的整体方案。 佗) 完成平板车主梁的改制设计，并采用a n s y s 分析软件对主梁进行强度、稳定 性分析。 ( 3 ) 探讨了平板车转向阻力矩的计算理论，并将转向梯形装置成功的运用于平板车 的转向系统中，运用图解法对平板车转向梯形进行结构设计，并对最终的转向 角度进行了验证。 ( 4 ) 在理解原车液压系统的基础上，对液压系统进行改制，增加了单点升降功能和 管路防暴功能，并对平板车最终的机构、动力性能进行了计算与校验。 本文设计的9 0 t 动力平板车全面通过性能考核，该车的成功改制设计，为国内平板 车相关技术的研究方面提供了一定的参考依据。 关键词：动力平板车；改制设计；转向梯形；液压系统 k a m a g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 t h ed e s i g nf o r 9 0 tp l a t f o r mt r a n s p o r t e rr e f o r m e df r o mk a m a g4 0 0 t a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n ts p e c i a lc o n v e y a n c ew h i c hi su s e dt ot r a n s p o r tl a r g e ，h e a v y , m o n o l i t h i c s t r u c t u r e sa n de q u i p m e n t s 1 a r g ep l a t f o r mt r a n s p o r t e rp l a y sa ni r r e p l a c e a b l er o l ei nl a r g e - s c a l e c o n s t r u c t i o np r o j e c to fb r i d g e s ，m a c h i n e r y ，s h i p b u i l d i n g ，m e t a l l u r g y ，p e t r o c h e m i c a l sa n d o t h e rf i e l d s a tp r e s e n t ，m a n ys e r v i c ep l a t f o r mt r a n s p o t t e r so f o u rc o u n t r ya r ef o r e i g ni m p o r t s t h el a s tc e n t u r y , a n dh a v eb e e no ra r ea b o u tt oe x c e e dt h e i rs e r v i c el i v e s ，s ot h e r ea r ed i f f e r e n t d e g r e e so fd a m a g ea n da g i n g t h e r e f o r e ，t h ei n d e p e n d e n tr e p a i r i n ga n dr e f o r m i n go ft h e a b a n d o n e da n do b s o l e t ei m p o r t e dp l a t f o r mt r a n s p o r t e r sh a sb e c o m et h ew i d e s p r e a dp r a c t i c a l p r o b l e mt h a tn e e d su r g e n ts o l u t i o ni nl a r g ea n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e so fo n rc o u n t r y a c c o r d i n gt ot h ee x i s t i n gs i t u a t i o no ft h ek a m a g4 0 0 tp l a t f o r mt r a n s p o r t e ra n dt h e s t a t u si nt r a n s p o r t a t i o nc o m p a n yi nd a l i a ns h i p p i n gi n d u s t r yl t d t h i sp a p e ri n t r o d u c e s d o m e s t i ca n df o r e i g na d v a n c e dd e s i g nm e t h o d sa n ds c i e n t i f i cd e s i g nc o n c e p t ，i m p l e m e n t st h e f o r9 0 t ，b a s e do nt h ed i g e s t i n ga n d a b s o r b i n gt h et e c h n o l o g yo ft h eo r i g i n a lp l a t f o r m t r a n s p o r t e r t h e r ei st h em a i n w o r ko f t h i sp a p e ra sf o l l o w ： ( 1 ) a c c o r d i n g t ot h ei n t e g r a t e dc o n s i d e r a t i o no fa l lt h ef a c t o r s ，t h eo v e r a l lp r o g r a mo ft h e r e f o r m e dd e s i g nf o rt h ep l a t f o r mt r a n s p o r t e rh a sb e e nm a d e ( 2 ) t h er e f o r md e s i g no ft h eg i r d e rh a sb e e nc o m p l e t e d ，a n du t i l i z i n gt h es o f t w a r eo f a n s y st h es t r e n g t ha n ds t a b i l i t yo f t h eg i r d e rh a sb e e nc h e c k e d ( 3 ) t h ec a l c u l a t i o nt h e o r yf o rs t e e r i n gr e s i s t a n c em o m e n to ft h ep l a t f o r mt r a n s p o r t e rh a s b e e nd i s c u s s e d ，a n da l la c k e r m a ns t e e r i n gl i n k a g eh a sb e e ne q u i p p e ds u c c e s s f u l l yi n s t e e r i n gs y s t e m b yu s i n gg r a p h i c a lm e t h o d ，t h es t r u c t u r ed e s i g no ft h ea c k e r m a n s t e e r i n gl i n k a g ea n dt h ec e r t i f i c a t i o no f t h ef i n a ls t e e r i n ga n g l eh a v eb e e nc o m p l e t e d ( 4 ) b a s e do nt h em a s t e r yo ft h eh y d r a u l i cs y s t e mo ft h eo r i g i n a lp l a t f o r mt r a n s p o r t e r ，t h e n e wh y d r a u l i cs y s t e mh a sb e e nr e f o r m e d ，a d d i n gt h en e wf u n c t i o n so fs i n g i ep o i n t l i f t i n ga n dd u a lp i p ee x p l o s i o n - p r o o f a n dt h ef i n a lo r g a n i z a t i o na n dd y n a m i c a l c a p a b i l i t yo f t h ep l a t f o r mt r a n s p o r t e rh a v e b e e nc a l c u l a t e da n dc h e c k e d t h e9 0 tp l a t f o r mt r a n s p o r t e rd e s i g n e db yt h i sp a p e rh a sp a s s e dt h ep e r f o r m a n c et e s t r o u n d l y t h es u c c e s s f u lr e f o r m e dd e s i g no ft h i sp l a t f o r mt r a n s p o r t e rp r o v i d e sac e r t a i n r e f e r e n c ef o rt h es t u d yo f r e l a t e dt e c h n o l o g yo f p l a t f o r mt r a n s p o r t e ri n t e r i o r l y k e yw o r d s ：p l a t f o r mt r a n s p o r t e r ；r e f o r m e dd e s i g n ；a e k e r m a ns t e e r i n gl i n k a g e h y d r a u l i cs y s t e m 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：型犟日期：丝2 年三8 幺国 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 导师签名 丝丑年上月旦日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 选题的科学依据 1 1 1 课题的提出 本课题的题目为 k a m a g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计，本课题属于车辆工程中工 程车辆设计与制造领域。课题源于辽宁大连船舶重工集团有限公司的工程实际研究项 目。本课题以大型动力平板车主梁结构、转向、行走机构及液压系统的改装设计为核心。 1 1 2 课题的理论意义和应用价值 随着经济和社会的发展，运输已经不限于单纯意义上中小型货物的散装运输，人们 对大型钢结构件、整体桥梁部件、整台大型机械、火车头乃至航天飞机、移动仓库等超 大型货物的运输需求越来越大。动力平板车作为一种运输此类设备与构件的工具在军 事、建筑，机械、造船、冶金以及石油化工等各个领域里发挥着不可替代的重要作用。 动力平板车作为专用运输车辆有着它无可比拟的优点：1 运输能力强，载重量大； 2 转向灵活，具有多种转向模式：3 具备平板提升功能，能够实现货物的自装卸；4 结构 相对简单，易实现模块化。基于上述优点，平板车的市场前景相当可观。国内各大企业 纷纷进口平板车，同时，不少企业也加大力度自行研制国产平板车。然而，由于对平板 车技术的了解不够，在使用时保养与维护不当，很多进口平板车使用不到年限就提前报 废了，国产平板车由于缺乏关键技术的掌握，在产品的性能、成本与国外同类相比还有 较大差距。本课题通过研究进口平板车的关键技术，对平板车总体结构、转向、行走系 统、液压系统等核心部分进行设计，并对已报废的平板车剩余部分进行大胆的改装尝试， 对国内平板车相关技术的研究与制造方面具有很大的理论意义。 国外很多知名的平板车生产企业，在平板车主梁结构、驱动、转向机构及液压系统 的设计制造阶段引入了很多关键技术及设计理念，这些先进的技术及设计思想国内的同 行还没有完全掌握。其中如平板车转向的实现与控制、平台调平控制、行走的差力差速 控制及安全保护方面都有待于我们迸一步的研究。许多大型国有企业上世纪七八十年代 进口的平板车，已经服役了二三十年，各项性能老化，有的已经报废( 如大连船舶重工 集团有限公司的k a m a g 4 0 0 t - 平板车) ，但是其中的某些部位仍可以正常工作。若将其 作为废品处理，难免造成很大的资源与经济浪费，若将其返厂维修，由于各部件的体积 大、质量大，拆装工作量很大，吊装和运输等都很困难，且修理周期长，还有可能支付 相应的维修费用。在市场竞争日趋激烈的今天，只有通过企业自行改装，学习国外先进 k a m a g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 技术，充分利用现有资源，发掘废旧平板车中残留的经济价值，才是最经济、最高效、 最合理的解决方法。通过将大型平板车改装成相对小吨位的平板车，合理的利用了资源， 节约了材料，并创造了经济效益。由此可见，对大型平板车的重要部件改装设计在国内 各大领域中应用广泛，具有很大的应用价值。 1 2 平板车概述 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 各个领域里，大型工程建设越来越多，重型设备及重型结构的运输安装任务急剧增加。 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，尤其 是近年来我国造船行业发展迅速，在国际竞争中占据了很大的优势，对重型运输机械的 需求量很大【1 1 。大型动力平板车( 以下简称平板车) 作为一种运输此类设备与构件的专用 工具，显示出越来越大的作用1 2 】。 1 2 1 平板车的组成 图1 1 平板车总图 f i g 1 1g e n e r a ll a y o u tf o r p l a t f o r mu a n s p o r t e r 图1 2 平板车液压悬挂 f i g 1 2h y d r a u l i cs u s p e n s i o no f p l a t f o r mu a m p o n e r 平板车主要由四部分组成：结构、机构、液压传动系统及电气控制系统。平板车的 平台是整体钢架结构，如图1 1 所示，用来承受运输设备的自重。其钢架结构由纵梁和 横梁组成，两者可采用箱型或工字型结构，具有较强的抗扭抗弯性。悬挂与车架通过液 压转向悬挂结构( 回转支承) 连接，转向悬挂由液压悬挂、车桥和回转支承三部件组成， 如图1 2 所示。机构由行走、转向和提升机构组成。行走机构一般采用闭式泵控系统。 提升机构采用油缸作为执行器，实现平台的升降和调平动作。转向机构采用回转支承和 齿轮回转机构或驱动油缸的配合动作实现多种转向模式。当路面出现单向或双向横坡和 不平坦情况，行走与提升配合，使平台水平、悬挂载荷均衡。液压系统作为传动系统， 大连理工大学专业学位硕士学位论文 采用静压或动压驱动。为保证机构动作的平稳性和微动性，适应不同作业工况要求，采 用变量系统。电气控制系统采用p l c 控制，实现行驶、转向平稳，起升调平控制1 3 】。目 前平板车电气控制系统已逐渐发展成为c a n 总线通信、模块化控制方式，若干个执行 或动力元件配置一个控制器，各种控制信号和仪表信号通过多芯电缆直接输入控制器， 然后由控制器与主控制器通过c a n 总线传递信号，由主控制器的中心计算机进行处理 后，通过数模转换或数字开关量直接送到末端控制、调节或执行装置【4 】。 1 2 2 平板车关键技术 1 2 2 1 行走系统 行走系统可实现正向行驶、逆向行驶，低速、高速行驶以及各种转向行驶的驱动功 能，般由发动机、驱动液压系统和执行机构组成。驱动液压系统一般是由变量泵驱动 变量马达的闭式系统，可以提供较大的牵引力【5 - 7 1 。关键的技术包括行走阻力计算及发 动机功率匹配、差速及差力控制、功率极限载荷控制等 s q o 。平板车发动机功率的确定 主要依据行走装置的参数选取，行走装置的设计是由行走阻力来决定的。现在国内一般 采用经验算法【】，但不够准确，行走阻力的算法应通过试验对经验算法加以校正。差速 控制通过并联油路实现，差力控制由数字差速方法保证驱动轮牵引力的平衡，防止打滑。 发动机若有过载倾向，减少泵的排量使发动机能够正常工作，从而实现极限载荷的控制。 低速、高速行驶可由变量泵和变量马达通过改变排量来实现。通常，变量采用电子控制， 根据车辆的实际负载，可改变主泵或变量马达的工作参数，充分利用发动机功率，达到 提高生产效率和节约能源之目的【1 2 】。也有一些系统采用泵之间的分流与合流转换来提高 调速范围。 1 2 2 2 转向控制 平板车的转向模式有多种，如图1 3 所示，包括八字转向、中心回转、以某一角度 斜行、横向行驶、前轴转向和纵轴转向( 摆尾) 等。其关键技术为多种转向模式的实现 及实时转向时车轮的同步性控制。由于平板车的车轮数量多，当以某个转弯半径转向时， 处于不同位置的车轮转角不同，因此要求每组车轮具有独立悬挂和独立转向功能，通过 控制系统根据转向要求控制各组车轮的转角 1 3 , 1 4 1 。该控制系统采用p l c 控制，各种转向 模式可按要求预先编程输入p l c 中。转向时，先检测方向盘的转动角度，通过控制器 运算、驱动各转向机构，完成转向动作0 5 - 1 s 1 。这种微机控制方式反应速度快，随动性好。 如果车轮转动的角度没有达到方向盘要求的转动角度时，系统会通过比较每个悬挂上的 角度检测装置监测到的实际转动角度与要求转动角度的偏差来调整车轮的转角，直到使 两者吻合为止【1 9 , 2 0 l 。如果最终仍有车轮的转角没有达到要求的角度，说明此时转向系统 k 埘a g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 出现故障，则系统会自动报警。在众多的转向模式中，还有一个自动复位模式，通过这 一模式，无论车轮在什么位置，驾驶员都可以使其恢复平板车直行的默认状态，这在很 大程度上减小了转向角度的误差，也方便了驾驶员的操作【2 1 捌。同时为了让驾驶员感到 有驾驶的感觉以及克服线控系统操作的随意性，保证机械系统能够跟上电器控制系统的 信号，方向盘安装有力反馈装置。此外当转向系统发生电子故障时，整车或单个轮轴可 通过一个电位器，手动操作整车移动。 一嚣一圆| 宜昌| 臣垦li 亟垦：锃袋1 豳一鬣函 基行( 一) 印珊 曲皿 邪田邢一血血 井行( 二) 图1 3 各种转向模式 f i g 1 3v a r i o u ss t e e r i n gm o d e l 1 2 2 3 悬挂系统 悬挂系统是连接车桥与上车平台的重要部分。全液压模式可以使平板车的载荷通过 全车的每一副悬挂均匀的分配到各个承重轮胎上【2 3 】，所以说平板车的悬挂系统是最主要 的承重部分，也是整车中对安全性要求最高的部分。当然，悬挂系统也肩负着平台升降 的使命，通过悬挂油缸的同步伸缩，可以使平板车平台平稳的上升或下降到指定高度【2 】。 悬挂系统的关键技术主要包括支撑方式的选择与设计、调平技术及管路防爆技术。当路 面出现单向或双向横坡和不平坦情况，悬挂和车桥可由悬挂油缸提供补偿或进行摆动， - 4 - 大连理工大学专业学位硕士学位论文 这就要求整车具有单独调整一组悬挂的功能，如图1 a 所示。平板车的悬挂油缸可实现 3 点支撑或4 点支撑相互切换，同一组悬挂内的油缸油路相通，压力相等，使同一组的 轮胎承受载荷均衡，且各支撑分组可以由用户自行定义。3 点支撑适用于不平坦的路面， 要求载荷中心要位于3 点支撑形成的三角形内。4 点支撑适合载荷重心不平衡的工况， 但对路面要求较高。当连接悬挂油缸的管路突然发生破裂，整车会因此倾斜，装载的重 物会下滑或倾翻，这是很危险的。所以应在油缸之间采用双管路连接，或在悬挂油缸进 油口位置安装悬挂安全阀，既使软管破裂，该支承点的其他油缸仍然有效【2 5 1 。现在普遍 采用的是双管路保护，其具有非常高的可靠性。既使发生管路破裂，管路所属组别的油 缸之间仍可保持俩俩联接，仍然维持轴负载的补偿功能，移动装置可以继续完成运输任 务。 图1 4 悬挂补偿方式 f i g 1 4c o m p e n s a t i o nm o d eo f h y d r a u l i c 羽砖p 衄s i o n 1 2 2 4 模块化组合式的同步控制 当运输物件的体积很大时，可将多台平板车纵向拼接或横向拼接并用，这就要求多 个平板车保持同步作业。目前国内采用的方法是结构上设置刚性连接，以机械方式强制 同步，控制上采用一套微电控制协调各平板车的动作，图1 5 是双平板车组合转向示意 图。如果平板车的控制性能能够达到要求，可以不用机械连接，只要由一台控制器控制 即可协同工作，国外正采用此种方式，图1 6 为s c h e u e r l e 公司模块化控制运输图闭。 图1 5 两台平板车组合转向方式 f i g 1 5d o u b l e - p l a t f o r mu a m p o r t e rc o m b i n a t i o ns t e e r i n gm o d e l 图1 6s c h e u e r l e 公司的模块化控制 f i g 1 6m o d u l a rc o n t r o lo f s c h e 咖sp l a t f o r mu a n s p o n e r 1 3 平板车的现状与发展 1 3 1 平板车国外发展现状及趋势 平板车在国外的发展已有百年历史，随着设备大型化、整体化的运输，平板车也在 向大型化、大吨位发展，并采用模块化组合方式，实现更大吨位的运输。目前的大型平 板车已实现了全液压、计算机控制，形成适应超大型物件运输与安装的组合式液压平板 车，及满足不同要求的各种各样的平板车，如造船厂的船体运输车，钢厂的材料运输车， 高速铁路桥梁架设用的预应力混凝土箱梁运输车等【2 7 】。国外比较有名的平板车制造商有 德国的k a m a g 、索埃勒( s c 髓u e r l e ) 、g o l d h o f e r ，日本的神钢电机( s h i n k o ) 、 日本车辆( n i p p o ns h a r y o ) 、t c m ，法国n i c o l a s ，以及意大利的c o m e t r o 公司。k a m a g 公司目前最大单台平板车的吨位已达到1 3 0 0 多吨【2 3 ) ，如图1 7 所示，其有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。s c h e u e r l e 公司的产品 在大型工程上应用较多，其特点为模块化组合应用，图1 8 为其s p m t ( m o d u l e t ra n s p o r t e r ) 型平板车系列参数，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 i3 种组合车型。这些车型一般无驾驶室，根据配置情况可以遥控驾驶或者由牵引 车拖动。法国n i c o l a s 的产品进入国内较早，现在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 吨【2 9 】。其它公司的产品在国内也有 应用，但拥有量不是很多。总的来说，国外公司的产品系列齐全，载荷型谱完备，操作 性能好，能够满足不同用户、不同工况的运输要求。国外公司的产品系列见表1 1 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图1 7k k 姒6 公司1 4 1 2 2 s 型1 3 1 6 t 平板车简图 f i g 1 , 7s k e t c ho f k a m a g1 4 1 2 2 s1 3 1 6 tp l a t f o r ma a n s p o n e r 图1 8s c l l 眦e 公司s p - 盯型平板车系列参数表 f i g 1 8s c h e u e r l ep l a t f o r mt r a n s p o r t e ro f s p m ts e r i e sp a r a m e t e rt a b l e 表1 1 国外各公司产品系列型谱 t a b 1 ip r o d u c ts e r i e sp a t t e r no f f o r e i g nc o r p o r a t i o n s 公司产品型号及吨位轴载 k a m a g 型号1 4 0 2 s 1 4 0 3s1 4 0 4s1 4 0 5s1 4 0 6s1 4 0 7s1 4 0 8s1 4 0 9s 吨位 1 0 31 5 72 1 62 7 03 2 83 8 64 4 04 9 6 型号uuuuuuu u 1 6 0 81 6 0 91 6 1 01 5 0 61 5 0 71 5 0 81 5 0 91 5 1 0 吨位 1 5 61 7 51 9 51 7 01 9 52 2 52 5 02 8 0 鲫职脓扯 型号 i n t e rc o m b i ( v = 5 k m h ) 吨位 2 1 3 72 4 4 72 7 5 63 0 6 43 3 6 43 6 7 43 9 8 2 4 2 8 2 7 一 k a m g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 1 3 2 平板车国内发展现状及趋势 据调查，目前我国各行业，尤其是造船行业所使用的大型平板车基本上都是从国外 进口的，国内平板车研究与制造水平相对落后，对于大型自升式液压平板车的设计制造 尚处于摸索、引进消化、简单理论分析阶段，并且没有一整套准确的理论和参考数据做 指导。由于备用零部件严重依赖进口，给保养和维修造成了极大的不方便，影响了生产 效率的提高。这为开发国产平板车提出了迫切的要求。同时，改革开放以来，我国科学 技术逐渐赶超国际先进水平，国内对平板车的研究及制造技术也日趋完善，开发国产平 板车的时机已经成熟。 表1 2 国内公司产品系列型谱 t a b 1 2p r o d u c ts e r i e sp a t t e mo f i n t e r n a lc o r p o r a t i o n s 公司产品型号及吨位 一8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 郑州 大方 型号d c y l 0 0d c y l 5 0d c y 2 0 0d c y 2 7 0d c y 3 2 5d c y 3 8 5d c y 4 4 0d c y 4 9 6 吨位 1 0 01 5 52 0 02 7 03 2 53 8 54 4 04 9 6 型号d c y 5 5 0d c y 6 0 0d c y s 0 0d c y 9 0 0 吨位 5 5 06 0 06 5 29 0 0 通联竺：t l c l o o t l c l 5 0t l c l 8 0 眦2 0 0t l c 9 0 0 吨位1 0 01 5 01 8 02 0 0 9 0 0 国内主要有两家实力比较强的公司：郑州大方桥梁机械有限公司和秦皇岛通联特种 车辆有限公司，两者产品系列见表1 2 1 3 0 - 3 2 。前者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 、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- 1 - 3 3 1 。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，如图1 9 所示，其安装有5 6 只直径1 9 m 的轮胎，是目前国内最大吨位的平板 车。后者的主要产品以t i c 系列为主，现在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 吨。9 0 0 吨平板车的成功试制，标志着我国具备开发具 有自主知识产权的大吨位平板车的实力与能力。国产的平板车在应用过程中，性能与国 外相比还有一定差距，主要体现在满载速度、转向的协调性、平稳性等方面，但是在售 后服务及价格上占有明显优势。 目前国内各工程项目的不断开展，带 动了平板车市场强劲的需求，尤其是大吨 位平板车。以运梁车为例，运梁车是高速 铁路施工中的重要设备，建设中的京沪高 速铁路线路全长6 0 以上将建在桥上【蚓， 全跨预铸、逐跨架设的简支箱梁及小跨度 连续梁将成为桥梁建设的主体1 3 5 1 ，而平板 车是预制梁的最好运输工具。因此平板车 尤其是大型平板车在国内有着极大的发展 空间和市场潜力。 图1 9 郑州大方9 0 0 t 平板车 f i g 1 9z h e n g z h o ud a f a n g9 0 0 tp l a t f o r mt r a n s p o r t e r k a m a g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 1 4 课题的研究内容 本文通过对国内外平板车设计制造理论的分析与研究，应用先进的设计制造方法， 对厂内k a m a g 4 0 0 t 平板车进行改制设计并完成改制旌工过程。为以后同类型的车辆改 制提供实例参考，形成规范的系统理论和操作规程。本文的主要工作有： ( 1 )对国内外大型平板车的工作原理、结构形式及关键技术的了解与掌握； ( 2 )对原4 0 0 t 平板车设计方案进行深入的研究，结合实际情况，对9 0 t 平板车进行总 体设计； ( 3 )解决平板车改制部分的设计问题； 对9 0 t 平板车的主梁进行设计及有限元分析。 提出平板车的两种转向方案，并对转向梯形进行设计，理论上分析其转向角度 及转向同步性。 设计9 0 t 乎板车液压系统，实现平板车预期的功能，校验平板车动力匹配及功 率匹配。 电器系统的改装与调试。 ( 4 )设计平板车改制的工艺过程及施工的具体步骣； ( 5 )改制完成后的测试与验收工作。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 改制设计的前期工作 2 1 改装的目的 大连船舶重工集团有限公司运输公司厂内的k a m a g 4 0 0 t 平板车由于长年的工作， 已经超过了设计寿命，其一些部件也已破损，甚至不能正常工作。如果继续工作，有可 能使工作效率偏低、燃料利用率低，发生故障以后的保养维修费用高，导致变相的浪费， 并产生一些安全隐患，严重时可能会导致安全事故，造成巨大的损失。考虑到以上原因， 此平板车基本上已报废，不再使用。虽然此车进厂多年来，为厂内创造了很高的经济效 益，为企业的生产做出了巨大的贡献，此时报废也已不为可惜，但是经过考察发现，报 废的平板车上有很多零部件没有达到使用寿命，还能够继续工作很长段时间。如果就 这样全部报废，势必要造成很大的浪费对企业的来讲是不小的资源损失，而且不符合国 家创建集约型企业，创建节约型社会的宗旨。基于此，根据公司需求，对其进行改制。 以达到变废为宝、节约资源、创造效益的目的。 2 2k 圳a g 4 0 0 t 平板车概况 2 2 1k a m a g 公司平板车简介 k a m a g l 豫ns p l 哦鼬n i 】( 公司成立于1 9 6 9 年，是由成功的企业家f r a n z x a v e r k 6 9 e l 和专用车辆专家k a r lw e i n m a n n 联合成立的，是k a r l s d o r f e rm a s c h i n e n b a u g e s e l l s c h a f t 公 司的一个分支公司。以建立避开铁路运输限制的运输系统为目的，k a m a g t r a n s p o r t t e c h n i k 公司主要生产用于船厂、钢厂、石化工厂等企业的专用运输车辆，并很 快获得世界范围的一致认可。1 9 7 1 年，k a m a g 生产出了载重2 0 0 t 的运输卡车；1 9 7 4 年，k a 似g 第一个组合船厂运输车诞生了，它的承载能力为2 x 4 0 0 吨；此后k a m a g 先后与美国、俄罗斯、日本、中国香港、台湾等国家和地区建立了贸易关系并设立子公 司。现在k a m a g 以已经成为世界级的巨型公司，成为重型货物运输的佼佼者，产品遍 及全球。是雄厚的实力、先进的技术和不断创新的精神引领着k a m a g 时刻走在世界重 型货物运输机械的最前端。图2 1 为k a m a g 自升式平台车的产品系列简图。 k a m a g 自升式平台车( 动力平板车) 是带有液压提升装置的专用车辆，它适用于 运输重载荷，特别适用于运输港口、船厂内的预制段。车辆可以开进被架起载荷的下方， 利用提升装置把载荷提高。车辆有相同功能的两个驾驶室。由于使用全轮转向，车辆尺 寸虽然很大，但很容易转弯，并且一个人就可操作。安全措施是按最新标准设计的，考 虑了在无轨使用条件下的可靠性。 k 蚍g 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 图2 1l 【a 姒g 自升式平台车的产品系列简图 f i g 2 1p r o d u c ts e r i e ss k e t c ho f k a m a gp l a t f o r m 位m 印。啦 k a m a g 4 0 0 t 属于k a m a g 自升式平台车，采用了当时平板车的设计中最新的设计 理念【3 6 1 。其结构简图如图2 2 。 总体参数如下： 图2 2i o 雌g 4 0 0 t 平板车结构简陶 大连理工大学专业学位硕士学位论文 总长：2 1 5 0 0 n m i 宽度：6 0 0 0 r a m 高度：1 5 2 0 m m 轮组数目：2 4 动力轮组数目：6 额定载重：4 0 0 吨 发动机功率：3 8 0 k w k a m a g 4 0 0 t 平板车运用了当时先进的设计思想： 车架结构，为使全车结构简单、合理，在保证整车稳定性的前提下，减小车身的重 量，使其运载效率大幅度提高。所以，设计使用工字梁纵横交接构成整个车架，车架是 可焊性极好的钢结构架，它有两根结实的与车身等长的工字梁作外梁分列于平板车车身 两侧，作为整车的主要承载结构。在每根轴上有两根非常稳定的横梁，这是为了保证有 最大的抗扭刚度。该结构型式可以很好地保护行走机构，并且操作性和稳定性都很好。 悬挂装置，作为整车的支撑部分，该车的悬挂装置由2 4 组轮组构成，由于是全液 压形式，承载的载荷均匀的分布在各个悬挂上。每一幅悬挂都是由拐臂结构与液压油缸 铰接而成。悬挂油缸为单向柱塞缸，工作过程中，液压系统向油缸内提供压力油而使油 缸伸出，进而使整车水平提升，反之，当液压系统将油缸内压力卸荷时，整车由于自重 而下降。拐臂的作用是通过杠杆原理的运用，使得油缸在较小的行程下获得整车升降的 较大位移，通过拐臂的作用，可使平板车行程达到士3 5 0 r m n 。 行走驱动，该车装备了静液行走传动装置。柴油发动机通过分动箱与两个变量轴向 柱塞泵连在一起，变量泵通过闭式回路的方式将压力油送到变量马达，变量马达装在驱 动轴上，驱动功率是经过驱动轮组上的行星减速装置提供的。每个液压泵驱动两个桥， 因此在两个桥组之间至少能部分地完成一个差速锁的作用。可用踏板来调节行走速度。 踩加速器踏板使柴油发动机加速，静液压驱动系统的主油泵的输出同时增加。静液压驱 动系统的特点是无论向前或是向后，平板运输车都能平稳加速和行驶。当发动机达到最 高转速时，平板运输车也达到最高行驶速度。 转向系统，为电子多行程控制的全轮转向，每个车轮的转角为4 - 1 0 0 0 。通过转向驱 动油缸的伸缩，带动悬挂上的回转支撑转动，从而实现整车的转向。每一幅悬挂可以有 不同的转向角度，这些不同的转角协调起来就形成了整车的不同转向模式( 中心回转、 斜行，八字回转) 。转向角度通过转向轮上的传感器传给计算机，利用伺服阀调整车轮 组的转向油缸位置。这种形式非常简单可靠，维修方便，转向运动灵活而且无级，每一 k a m a c 4 0 0 t 改制9 0 t 平板车设计 个转向位置通过一个电位计将实际值和额定值进行比较当时所处的轴位置。借助于装在 转向柱上的电气制动器，使转向轮制动。任何一个车轮旋转错误时，在驾驶室监控制台 上指示灯亮了。每一个轴都能进行独立控制，当转向显示6 0 误差时，显示开关接通当误 差值大于8 0 时，行驶驱动装置就自动切断。 动力系统，液压动力由柴油发动机通过一个旋转弹性联轴器和一个分动箱，驱动着 在发动机惰轮侧的法兰连接的轴向变量柱塞泵实现。发动机的机械能转化为液压系统的 压力能，通过液压阀的控制、液压管路的传输到达各个执行机构实现所要求的动作( 液 压马达的转动、液压油缸的伸缩) 。行走系统的最终动力输出装置为轮边减速机。对于 不同的执行系统，对应着不同的液压动力源( 液压泵) ，例如，行走采用闭式回路变量 泵，起升和转向采用开式回路变量泵而冷却采用的是齿轮泵。此外，对于制动系统，发 动机的一个取力口为空气压缩机提供动力，供制动使用。 制动系统，采用压缩空气制动。分停车制动和行车制动两种。执行机构为刹车气缸 与弹簧。刹车系统利用弹簧能量和隔膜式制动气缸工作，即便空气压缩机发生故障，弹 簧的动作也能起到刹车作用。 1 停车制动，当按下停车制动按钮时，放掉弹簧蓄能器气室中的空气，弹簧处于自 由状态，制动器关闭。 2 行车制动，当踩下行车制动脚踏板时，压缩空气从储存罐通过控制阀直接供给隔 膜式制动气缸，经过制动缸的活塞压制动臂拉杆，使制动块压紧制动鼓产生制动力进行 刹车。刹车鼓为铸钢鼓，装有外罩以防止尘埃渗透。 2 2 3 厂内k 眦g 4 0 0 t 平板车的现状 k a m a g 4 0 0 t 平板车是上世纪9 0 年代从德国k a m a g 公司进口的，由于长年的工 作，现已报废。经过多方考察，许多零部件有不同程度的破损，有的已经不能正常工作。 其具体情况及拟采用的应对措施如下： 1 转向系统瘫痪，已无法使用，需要对其进行彻底改制。原车已基本上失去了全轮 转向功能。首先，由于多数转向油缸动作效率低下，转向过程漏油严重，有的转向单元 在空载时转向都很费力，平板车在加载后就更不能实现转向了，而其它各种转向模式更 无从谈起了。其次，回转支撑及转向机构的运动效率的下降，反过来增大了转向的阻力 矩，使得转向过程更加困难。另外，轮胎严重磨损，也为转向带来了困难。由于基本上 8 0 转向单元都遭到了比较严重的损坏，所以，原车转向装置已经彻底报废，没有太多 的利用价值了，设计决定摒弃原有的转向装置，设计新的转向系统。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 驱动和制动系统性能下降，部分驱动桥、制动桥部件破损严重，已不能正常工作。 本车的6 副动力轮组有两副已经完全丧失了工作能力。究其原因，副主要由于马达工 作能力的降低造成，另一幅为减速机内部齿轮破坏造成。其余的4 副动力轮组也有不同 程度的破损，但仍具有很强的工作能力，考虑将这4 副轮组进行适当维修后继续使用， 同时，两副破损轮组中仍有性能较好的动力元件，可考虑更换。原车的制动系统存在制 动力不足的明显问题，但通过改制后，整车的承载力下降，所需求的制动力也随之下降， 可考虑在对制动装置部分破损元件进行修复后，保留原车的制动系统继续工作。其可行 性的校验将在文章后面部分予以详述。 3 主梁也有不同程度的破损，但其基本的承载能力降低较少，可以加以利用。由于 采用整根高强材料型钢，主梁上没有由于焊接而使性能降低的部分，作为平板车的主要 承载部分，出于安全考虑，主粱的设计过程中也采用了较大的安全系数，所以原车的主 梁部分除有部分锈蚀和表面划伤以外，基本上保留了原有的承载能力。但是，如此坚强 的主梁用于改装后的承载力较小的平板车上是不合理的，它将显著增加整车的自重，进 而影响平板车各项性能。所以，设计决定将原主梁进行裁割，并通过强度、刚度的有限 元分析，验证主梁裁割方案的可行性。 4 整车升降和单点( 三点) 升降功能不健全，单点升降功能没有，需要重新设计。 原车的升降模式只有整车升降一种，对于运载过程中重物的水平调平无能为力。而现在 的平板车设计中，单点升降功能不仅可以对平板车平台进行水平调平，使平板车能够适 应不同平整程度的路面及不均匀载荷的影响，同时便于轮组及悬挂的维修与保养。设计 过程中，需对单点升降功能进行设计。 鉴于上述情况，并根据本厂的实际需求，设计者将其改制为9 0 t 平板