（机械设计及理论专业论文）液压平板车的参数设计与产品库开发.pdf

摘要 为了瓣庆理论分橱与王楼应蘑之溺毒在魏鹈题，奉文提出了数字茕设计乎教辜豹耪方 法。在吸收前人研究成果的赫础上，对各工况下平板车仝轮转向过程进行了动态划分运 赐熬傣分辑法、徽罄元积分法、提对避动理论鞠数学分辑始识建立了平扳率菩工璇下转弯 黼力矩的数学模型+ 并对平板车转弯工况下前数学模型求熊方法进彳亍了搽讨。 在参考各类汽车设计思想的基础上，根据理论推导和经验公式的计算，初步确定了平 投车蕊体竣诗隆段的主要技术参数的求艇蠢法，建立了数学搂羹，为金瑶造选择辍、驱葫 桥、制动拼个数，轮胎型号、泵、马达、举汗油缸、平板车的最夫载重鬣和自重的选择等 提供了依搬。 壤据经骚鼗攒帮帮努诗箨鐾采，对平蔽革系弼数爨骞进牙了禧粱设诗，建立了盎舞式 液压平税率系列产品库和实时查询系统。 采用颟向对象的程序设计方法编写了辏黜平板车系统设诗静计算程謦，对乎投车转弯 避程逢行，许算穰拱。裁簿复合s i m p s o n 毂餐积分方法、梯形瑟镢囊心套式和最税仡理论 对数学模型进行了精确求解，为平税率转弯工况的校核提供数值和理论依据，实现了平板 车竣诗过程浆实时、动态查询。 关键调平板率转弯棋拟参数设计数据库 a b s t r a c t t oa d d r e s st h ei s s h eb e t w e e nt h e o r e t i ca n a l y s i sa n de n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n ，t h i s p a p e rp r e s e n t san e w m e t h o dt od i g i t i z et h ed e s i g no f p l a t f o r r nl o r r y 0 nt h eb a s i so f r e s e a r c he f r o r tb e f o r e t h i sp a p e rd y n a m i c a l l yd i v i d e st h et u r n i n gp r o c e s so fw h o l e w h e e l so f p l a t f o r i l ll o r r y i na l l o p e r a t i n g c o n d i t i o n si n t os e v e r a l p a r t s a n d e s t a b l i s h e sm a t h e m a t i c a lm o d e lo f t u r n i n gr e s i s t i n gm o m e n t i na l lo p e r a t i n gm o d e s w i t h g l o b a la n a l y s i sm e t h o d c a l c u l u s r e l a t i v em o t i o nt i l e o r y a n dm a t h e m a t i c a l a n a l y s i s f u r t h e r m o r e ，i td i s c u s s e sh o w t of i g u r eo u tt h e s em o d e l sm e n t i o n e da b o v e ， w i t hr e f e r e n c et ot h ed e s i g no fv a r i o u sa u t o m o b i l e s ，i tp r i m a r yd e f i n e st h e m e t h o dt o g e tk e yp a r a m e t e r s i n p l a t f o r ml o r r yg e n e r a ld e s i g n ，a n d c r e a t e s m a t h e m a t i c a lm o d e l i tp r o v i d e sm o r er e f e r e n c et oc h o o s ea x i s ，d r i v i n ga x l e ，n u m b e r o fa r r e s ta x l e s ，t y p eo ft i r e ，p u m p ，m o t o ll i f th y d r o c y l i n d e r , m a x i m u mp a y l o a da n d s o l ew e i g h tr e a s o n a b l y a c c o r d i n gt oe m p i r i c a ld a t aa n ds o m ec o m p u t i n gr e s u l t s ，i te s t a b l i s h e sj a c k n p h y d r a u m a t i cp l a t f o r ml o r r ys e r i e sp r o d u c tl i b r a r ya n dr e a lt i m ei n q u i r ys y s t e m ；i t w r i t e st h ec o m p u t ep r o g r a mt oa i dt o d e s i g np l a t f o r ml o r r ys y s t e mb yo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gm e t h o da n ds i m u l a t e st h et u r n i n g p r o c e s so fp l a t f o r ml o r r y t h i s p a p e r u s e s c o m p l e xs i m p s o n n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n ，t r a p e z i u m a r e a f o r m u l aa n do p t i m i z a t i o nt h e o r yt o p r e c i s e l yc o m p u t ea c c o r d i n g t om a t h e m a t i c a l m o d e l i tp r o v i d e sd a t aa n dr e f e r e n c et oh e l pc h e c kt u r n i n gc o n d i t i o n so f p l a t f o r m l o r r y , a n d r e a l i z e sr e a lt i m e ，d y n a m i ci n q u i r y o f p l a t f o r ml o r r yd e s i g n k e y w o r d s ：p l a t f o r ml o r r yt u r n i n gs i m u l a t i o np a r a m e t e rd e s i g n d a t a b a s e i i 大连理工大学硕上论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 目的和意义 随着我国经济建设的飞速发展，在军事、桥梁、机械、造船以及化工等各个 领域里大型工程建设越来越多，重型设备以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、钢厂材料的运输以及大型化工设备的运输安装等， 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 型运输机械的需求急剧增加。 本文所研究的自升式液压平板车即是带有液压提升装置的运输重型机械的 专用车辆，它适用于运输大型船舶分段、主机、化工设备等重载荷，特别适用 于港口、船厂等场合。车辆具有超重载荷搬运、机动灵活、高速行驶、高稳定 性以及高通过性等优异性能。它使用的技术代表了当代工程机械的最高水平。 目前单体平板车承载能力已达到7 0 0 吨，而组合式平板车承载能力更是高达 1 0 0 0 0 吨。 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依赖进口。进口 产品质量好、经久耐用，但其价格较昂贵、发生故障以后的保养维修费用高， 国外的产品还有一个特点就是更新换代快，致使现有产品零部件出现损坏后无 法更换，即使更换也需要一些麻烦的手续，因此保养和维修极不方便、维修周 期也长，影响了生产效率的提高。在需求量较少时依赖进口的平板车其缺点还 不太明显，随着国内需求量的增加，其缺点将越来越明显。如：价格是国产同 类产品的几倍，备用零部件严重依赖进口。同时，随着改革开放以来，我国技 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，在这 种情况下，完全依赖进口必然限制我们在平板车研究制造方面的水平提高，同 时增加用户的财政负担，不利于企业的发展。 关于重型平板车设计这个课题，计算方法不是很多，理论也没有得到很好的 解决。本文在总结前人工作的基础上，参考现有重型工程机械的设计理论和方 法，推导了平板车主要技术参数的计算公式，对平板车转弯工况进行了动态划 分，建立了转弯阻力矩的数学模型，并在此基础上，对平板车系列数据库进行 了框架设计，建立了自升式液压平板车产品库实时查询系统。 1 2 国内外研究发展状况 国外早在二十世纪三十年代开始研制重型平板车，经过几十年的研究，目前 的大型平板车已实现了高度自动、全液压、计算机控制，有了适应超大型物件 大连理工大学硕士论文第一章绪论 运输及安装的组合式液压平板车，有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，钢厂的材料运输车等。国外大型平板车的研究制造以德国 最为先进，具有代表性的公司有k a m a g 、s c h e u r l e 。另外还有意大利的 c o m e t t o 和日本的t c m 等。1 9 8 7 年8 月德国s c h e u e r l e 公司创造了有效 载荷1 8 0 0 吨的吉尼斯世界记录：1 9 9 3 年1 月这家公司的自升式液压平板车在美 国通过组合使用，创造了5 0 0 0 吨的有效载荷记录，同年在美国阿拉斯加3 9 ，0 0 0 吨运油罐车用组合平板车进行了运输；1 9 9 4 年2 月该公司的日本客户在平板车 自身动力情况下，实现了1 0 ，0 0 0 吨的有效载荷运输【2 6 】。 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，随着改革开放以来，我国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。 目前，国内能够生产自升式液压平板车的厂家还很少，天津z 1 0 - 1 6 0 型回转 式装载机使用了全轮转向，但吨位和轮数较少【2 】，徐工集团徐州重型机械厂 能够制造载重量为6 0 1 2 0 吨的小吨位平板车。上海水工机械厂也能批量生产 2 0 4 0 0 t 系列挂车，纵横拼接式4 0 0 t 液压全挂车( 为国内首创) ，1 0 0 t 级以上液 压挂车( 是运送大型电站设备的主要车辆) 。郑州大方桥梁机械有限公司与上海 电力环保设备总厂根据国内高速铁路建设发现展需要而研制开发的白行式全液 压重载车辆，除用于高速铁路箱梁运输外，还可以广泛用于造船厂、钢厂及其 他重型搬运场合，替代进口产品。该系列运输车采用变量泵一变量马达闭式液压 系统，p l c 微电控制程序，成功地解决了车辆行驶过程中的差速及差力问题；采 用独立悬挂与独立转向机构设计，可以满足车辆斜行( 9 0 。、4 5 。、3 0 0 ) 、横行及 原地转向要求：主机采用德国道依茨风冷柴油机，运行安全可靠；车架结构采 用三支点支撑技术，满足混凝土预制箱梁运输要求；按人机工程要求设计的双 驾驶室，操作更加舒适方便；采用标准车桥( 驱动桥与从动桥) 设计，满足了 不同承载能力匹配要求，降低了生产成本。 大连理工大学工程机械所早在9 0 年代初就关注了自升式液压平板车的发展 动向和国内外的最新动态，对平板车的结构、液压系统及电控系统进行了比较 系统的分析，并且掌握了平板车设计和制造的关键性技术。目前他们正在自主 开发船用系列平板车，已经取得了可喜的进展。 大连理工大学硕士论文 第一章绪论 1 3 本文工作概述 1 3 1 自升式液压平板车的技术特点 液压技术是自升式液压平板车设计和制造过程中的关键性技术，该车具有全 轮转向、多桥驱动、电力多行程控制、自动换档、静液行驶驱动、电力空气制 动、油气悬挂、整机升降、多泵控制系统、多向行走、转向等技术特点。它在 超高温超低温的恶劣天气条件下能照常工作。车辆可以方便的开进被架起的载 荷下方，利用提升装置将载荷提高，该车为全液压系统，驱动、转向及升降系统 等均采用液压驱动，动力来源于一台柴油发动机。所以液压设备对平板车的性 能起决定性作用，同时也是车辆造价的主要组成部分。 自升式液压平板车的转向机构为全轮转向，所有的车轮都是转向轮，既多桥 转向、全回转，车辆在转向时，所有的车轮都要绕同一个瞬时转向中心在不同 的圆周上作纯滚动。与其它转向方式相比，全轮转向方式具有转弯半径小，机 动灵活，高通过性等优点。使用全轮转向，车辆尺寸即使很大，也很容易转弯， 车体绕车身中心旋转，所有的车轮有一个共同的旋转中心，最小的内转弯半径 可以为零。自升式液压平板车由于机身较长，作业时转向频繁，载荷巨而重， 安全性要求高，因此要求其转向半径要小，只有采用全轮同时偏转的转向方式， 才能使平板车具有较小的转向半径，行驶起来机动灵活。 在平板车的总体设计阶段，发动机的动力性和经济性是决定机器整机使用性 能的基础。众所周知，发动机功率越大，则汽车动力性能越好。但若功率过大， 则发动机功率利用率降低，燃料经济性下降。发动机和传动系的重量也要增大。 因此，要合理选择发动机的功率。平板车经常是在超重载荷的工况下进行工作， 功率较一般的工程机械大的多，因此选择合理的发动机、泵和液压马达的功率 在整个平板车设计过程中占有至关重要的单位。在平板车的各个工况中，启动、 制动、转弯工况下功率都比较大，目前这几种工况下的功率计算还没有相应的 标准公式可以作为参考，现有的四轮车或其它工程机械的计算公式也不能照搬 过来应用。所以怎样得到这几种重要工况下的功率、怎样合理选择平板车的发 动机、泵、马达等重要部件，并将这些方法通过计算机处理进行设计数字化、 信息化、动态化是一个很值得研究的方向。 1 3 2 本文的主要工作 为了解决理论分析与工程应用之间存在的问题，本人在吸收前人研究成果 的基础上，对平板车转弯工况下数学模型的建立及其求解方法进行了探讨，在 大连理工大学硕士论文第一章绪论 此基础上根据理论推导和经验公式的计算，初步确定了平板车总体设计阶段的 主要技术参数，并采用面向对象的程序设计方法编写了辅助平板车系统设计的 计算程序，建立了自升式液压平板车系列产品库和查询系统，对平板车转弯过 程进行了计算机仿真。具体说来，本文的主要工作如下： 1 对各工况下平板车全轮转向过程进行了动态划分，运用整体分析法、微 单元积分法、相对运动理论建立了平板车各工况下转弯阻力矩的数学模型，利 用数学分析知识、复合s i m p s o n 数值积分方法和梯形面积型，t l , 公式对数学模型 进行了精确求解。采用面向对象的程序设计方法编写了确定平板车在不同作业 状况下的转弯阻力矩的计算程序，为平板车转弯工况的校核提供了数值和理论 依据，并对以上算法在平板车转弯分析和转向油缸设计校验中的应用进行了分 析比较。 2 参考各类汽车的设计和计算公式，推导出自升式液压平板车的主要技术 参数的设计计算公式，建立数学模型。根据最大车速、爬坡、转弯工况得到发 动机最大功率，合理选择轴、驱动桥、制动桥个数，轮胎型号、泵、马达、举 升油缸、平板车的最大载重量和自重的选择等。从理论上对平板车转弯情况下 的最小转弯半径、所有车轮的侧偏角等进行几何推导。 3 根据平板车主要技术参数数学模型，在用数值最优化理论的基础上，采 用面向对象的程序设计方法编写了确定平板车设计阶段部分参数的计算程序。 具体包括以下几个方面： ( 1 ) 对平板车最小转弯半径、各轮的偏转角、转弯阻力矩进行了分析计算。 ( 2 ) 对平板车自重、发动机的最大功率、轴的个数、轮胎的型号、驱动桥 的个数、制动桥的个数、举升油缸、泵、马达、气泵等进行了分析、计算和选 型。 ( 3 ) 分析计算过程中综合考虑了国内外同类车辆的设计参数、并考虑了经 济性、标准化的要求。 ( 4 ) 建立了平板车设计参数数据库。 通过对自升式液压平板车设计过程中主要技术参数的研究并编制实际工程 应用软件，使该软件可以根据研发进程的要求，快速、准确、实时、动态地完 成平板车设计参数的计算，并对主要部件进行校核和选型，为平板车的设计提 供可靠的依据。本计算程序，可以在以后扩展时逐步完善成型，实现平板车产 品开发系统的信息化，向用户提供整车项目的现状、管理标准零部件的资料以 及常用模块的清单，最后成为一个全面统一的计划、制作、凋度和跟踪样车的 程序，将几何设计和制造数据以及其它关键的产品信息集成在一起。 通过计算机辅助设计，在平板车的设计过程中每个零部件都是依据一定标准 大连理工大学硕士论文第一章绪论 从数据库传来的：数字化的发动机，数字化的底盘，数字化的车身，即 “数字汽车”，实现设计数字化；利用a u t o c a d 二次开发技术，每个标准件， 如螺钉、螺母等，一些设计模块均可以充实到系统中，对图纸绘图进行辅助设 计，提高工程机械的研发进程；采用数据库二级权限管理技术，保证数据库安 全性；映射网络数据库，多人可以共享同一数据库的开发成果；通过对转弯算 法的研究，分别实现了单车、组合平板车运动的计算机动画，实现设计图形的 形象化。 1 3 3 内容安排 本文的第二章在参考各类汽车主要技术参数的设计和计算公式的基础上，推 导了自升式液压平板车各主要技术参数的设计计算公式，建立了数学模型。第 三章利用整体分析法、微单元积分法、相对运动理论建立了平板车各工况下转 弯阻力矩的数学模型，并给出了数值计算方法。第四章对平板车数据库的面向 对象程序设计过程进行了说明，分析了平板车数据库的设计结构、各主要技术 参数计算的工作流程和工作方式。最后，在第五章作者对本文的研究工作进行 了回顾和总结，并对进一步的工作做了展望。同时，对有关的技术参数的分析 算法，本文给出了大量的算例，对算法进行了验证，与其它算法作了比较。 大连理工大学硕士论文第二章平板车设计中各主要参数分析与预测 第二章平板车设计中各主要参数分析与预测 2 1 发动机参数的确定与选型 发动机是车辆的动力来源，其质量的优劣，直接影响着车辆的性能、可靠程 度和寿命。发动机功率越大，车辆的动力性就越好。但若功率过大，则发动机 功率利用率降低，燃料经济性下降，发动机和传动系的重量也要增大。因此， 要合理选择发动机的功率。由于柴油机有着燃料经济性好、工作可靠、寿命长 等比较明显的优点，特别是随着噪声大、尺寸大、转速低等缺点的克服，目前 柴油机在各种车辆上的使用越来越多，本文平板车发动机也初选为柴油机。 2 1 1 发动机最大功率的计算 选择发动机最大功率可以有两种方法。一是大致估计的方法，可参考同级车 辆的比功率统计值来选择设计对象的比功率值，再乘以设计对象的总质量，就 可得到所需的最大功率值。另一种是计算的方法，根据新车设计所要求的最高 车速就可以求得发动机最大功率。 设计中常先从保证车辆预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。最高 车速虽然仅是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了车辆的加速能力与爬 坡能力。这是因为最高车速越高，要求的发动机功率越大，车辆的后备功率大， 加速与爬坡能力必然较好。 若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高 车速行驶时行驶阻力功率之和，即8 1 ： 嘞( 舞。+ - 蒜)。1 ) 式中 只最大功率，k w ： 彳，传动系效率，可取0 9 g 重力加速度，m s2 ： f ，滚动阻力系数，对货车取0 0 2 ，矿用车0 0 3 c 。空气阻力系数，货车取0 8 0 9 6 人连理工大学硕l 论文 第二章平板车设计中各主要参数分析与预测 a 汽车正面投影面积，货车a = b hb 前轮距，h 汽车总高，m 2 v 。最高车速，k m h ； m 。汽车总质量，k g 在给定m 、c 。、a 、厂、聊之值后，便能求出应有功率的数值。 在实际工作中，还利用现有车辆统计数据初步估计车辆比功率来确定发动机 应有功率。比功率是单位车辆总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为 k m t ，可由式( 2 2 ) 求得车辆比功率为 蚴率2 半= 蔫+ 意象吃。 z ， 平板车的的c 。、，珊值大致相等且最高车速也相差不多，但总质量变化 范围很大。平板车的比功率将随其总质量的增大而逐步减少，但大于单位质量 应克服的滚动阻力功率。 发动机最大转矩及相应转速：当选定发动机最大功率及相应转速后，就可以 用下式求得发动机最大转矩 t = d 巧= 7 0 1 9 a p 一n p ( 2 3 ) 式中 a 转矩适应性系数，可参考同级发动机的试验值，一般取1 1 1 3 ： l 最大功率转矩，n 。f f 【： ”。最大功率转速，r m i n 。 选择发动机最大转矩转速n ，时希望n ，的比值在1 4 2 0 之问，如果唧 取得太高，使得n 。n ，小于1 4 ，则将造成直接档稳定车速偏高，在加速减速频 繁时增加换档次数，并且上坡时的冲坡能力变坏。 2 1 2 发动机的选型 1 初选发动机 大连理工大学硕士论文第二章平板车设计中各主要参数分析与预测 表2 12 0 0 t 计算参数的选择 ir ， 0 9 g ( m s2 ) 9 8c do 8 5 lm 。满载k g 2 6 8 0 0 0 ? 0 0 3b ( 1 1 1 )加 lm 口空载k g 6 8 0 0 0v a t l l a t x k m h1 0h ( m )8 l 以2 0 0 t 平板车发动机的选型为例，根据( 2 一1 ) ，由平板车的最大车速初选发 动机，各参数的选择如表2 1 。 由公式( 2 1 ) ，并代入以上参数的数值，则计算结果为：空载时，平板车发 动机的最大功率至少需要 5 0 1 k w ，满载时需要 1 1 8 4 k w ，取较大值，则初 选发动机的最大功率至少应 该为1 1 8 4 k w 。 2 校验最大爬坡速度 由图2 1 ，平板车爬坡时 所需的牵引力为 图2 1 坡度阻力 f = f g c o s o + g s i n a ( 2 - 4 ) 查表2 - 2 ，取产0 0 3 ，g = 2 6 8 0 0 0 * 9 8 ，平板车的最大坡度角6 ，由公式( 2 - 4 ) 得爬坡时的牵引力为2 3 5 9 5 1 6 n ，则平板车爬坡时的速度为： v = 只1 0 0 0 f ，计算结果为0 5 0 1r r d s ，即1 8 0 6 k m h 。 3 选择发动机 路面类型滚动阻力系数 良好的沥青或混凝土路面o o l o g o0 1 8 一般的沥青或混凝土路面o 0 1 8 0 0 2 0 干燥压紧土路o 0 2 5 o 0 3 5 碎石路面o 0 2 0 o 0 2 5 l良好的卵石路面o 0 2 5 o 0 3 0 设计工程机械时，通常需要在现有的柴油机系列中选择一种合用的机型，或 者根据车辆的要求提出设计新的柴油机机型。不论何种情况，发动机的选型问 题总是设计工作者首先需要解决的问题。这里就发动机选型时所需考虑的般 问题归纳如下： ( 1 ) 在选择何种标定功率作为发动机装车的额定功率时，应适当留有储备， 而不能片面地追求发动机的升功率和比质量指标。这样对改善发动机的可靠性 查至些三! ! 兰墅主垒苎 兰三童! 堡芏堡笪量圭塞叁墼坌堑兰堡型 和耐久性显然有好处的。 ( 2 ) 发动机的转速不宜过低。过低的转速不仅使发动机的体积庞大，质量 增加，而且由于排量增大( 与同功率发动机相比) 必然会增加起动上的困难。 目前高速柴油机在技术上转速达到3 0 0 0 r m i n 是完全可以的。但是过高的转速会 加重传动系的负担。 ( 3 ) 发动机扭矩适应性系数最好能达到1 - 2 0 1 ，4 0 。考虑到上述要求在技术 上的困难，一般在1 1 5 - 1 2 5 范围也是允许的，但最低不得低于1 1 0 。 ( 4 ) 发动机应具有较高的结构刚度，能承受冲击、振动，同时还应工作可 靠，经久耐用；发动机的起动应方便，迅速，可靠；发动机操纵应简单，保养、 维修应方便。 ( 5 ) 发动机的润滑系统应保持平板车在极限坡度上工作时能获得可靠的润 滑。 附录1 为国产发动机的主要性能指标。一些名称的涵义为：标定工况下，发 动机每升汽缸工作容积所发出的有效功率称为升功率p 。( k w l ) 。升功率越大， 发动机的强化程度越高。它与发动机的标定功率匕之间的关系是 r ：堡i v ( k w l ) ( 2 - 5 ) l t 式中i 汽缸数； 圪每个汽缸的工作容积( l ) 。 还可以用比质量作为动力性指标，比质量是发动机净重与标定功率之比，转 速越高，比质量越小。 有效扭矩，就是发动机曲轴输出的扭矩，用z 。表示，可由测功器测得。根 据所测得的有效扭矩( n m ) 和发动机转速n ( r r a i n ) ，可以得出有效功率： 只= 正。2 n e r 6 0 x 1 0 = t , q n 9 5 5 0 ( k w ) 即 z 。：9 5 5 0 p 。n ( n m ) 根据计算结果和附录1 ，2 0 0 t 平板车的发动机选择为6 1 5 0 柴油机。 2 2 平板车设计中各主要参数的确定 ( 2 6 ) ( 2 。7 ) 9 大连理工大学硕士论文 第二章平板车设计中备主要参数分析与预测 在平板车的设计阶段，需要采用一系列使用性能参数来评价平板车在各种工 况下发挥最大工作效率的能力，而汽车的动力性、制动性、平顺性和通过性等 指标则可以客观地评价平板车的设计质量。平板车运输效率的高低主要取决于 其动力性的好坏，动力性就是指直线行驶在良好的路面上所能达到的平均行驶 速度，动力性好，就会具有较高的行驶速度、加速能力和上坡能力。 2 2 1 平板车设计要点 1 确定设计标准 在自升式运输车设计之酊，应对下列有关文件和资料进行研究： ( 1 ) 客户提供的液压自升式运输车技术方案 ( 2 ) 自升式液压平板车可行性报告 ( 3 ) 1 程机械界相关调查报告 根据上述文件和资料，编制平板车解决方案指导书，对整个平板车的设计过 程进行指导。根据现有的平板车样本，初步确定液压自升式平板运输车系列主 要参数，作为进一步计算的初始化数据。在平板车的总体设计阶段，主要需要 确定下列主要设计参数。 ( 1 ) 平板车最大载重量和自重的选择，基本几何参数的确定 ( 2 ) 发动机功率的确定和型号选择 ( 3 ) 轮胎的选择，轴个数的选择 ( 4 ) 制动桥、驱动桥个数的选择 ( 5 ) 平板车最小转弯半径的选择 ( 6 ) 绕任意点转向时每个轮胎侧偏角的确定 ( 7 ) 平板车最大速度，最大爬坡度的确定 2 计算工况 在确定平板车主要设计参数的过程中，需要对平板车的整个生命过程中的所 有工况进行分析计算，一般来说，可以对几种特殊工况下平板车的工作过程进 行计算。 ( 1 ) 平板车的启动过程 ( 2 ) 最大行驶速度的工况 ( 3 ) 最大爬坡角时的上下坡分析 ( 4 ) 原地转弯分析 上述参数设计计算均要模拟各工况的全过程，对不同工况均要校验计算。 3 计算结果的分析和调整 各个基本参数除了应满足平板车的用途、运输经济效益和使用条件外，还应 符合汽车设计的有关法规以及行业产品的标准化、通用化、系列化，容易使用 的要求，在设计实际上尽量选择已有的部件，降低成本，加快研发进程。 大连理工大学硕士论文 第二章平板车殴计中各主要参数分析与预测 2 2 2 相关的基础知识 一、自重与总质量 车辆的总质量对动力性有很大的影响，所有的运动阻力都与总质量有关。在 其它条件相同的情况下，总质量增加，则动力性能下降。所以，减轻自重，会 改善车辆的动力性。车辆的总质量坍。= 珊。+ m e ，州。为整备质量，m ，为装载质 量。 自重也称整备质量，是指车辆带上备胎、随车工具、加满燃料和水，不装载 货物时的自重。在设计阶段，可以采用两种方法预先估计：一是参考同级别的 样车：二是在无样车的情况下，先参考国内外大量同级别车辆的数据，为新车 选择一个适当的质量系数。这个系数定义为装载质量与整车整备质量之比，由 新车的质量系数值，按新车所要求的装载质量即可算出整车整备质量。 二、 最高车速 最高车速是指在水平良好的路面上汽车所能达到的最高行驶速度，用符号 u 。表示，单位为k m h 。车速的评价有空载时的最高车速、满载时的最高车速、 爬坡时的最大车速等。最高车速是评价发动机功率的重要依据。 三、 最大爬坡度 汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度来表示的。爬坡 度可用角度n 表示。也常用每百米水平距离内坡道的升高h 与百米之比值i 来表 示( ) ，即 f ：h 1 0 0 ：t a n 口 1 0 0 最大爬坡度为f 。 四、加速时问 加速时间表示车辆的加速能 力，它是指车辆由低档起步，并以 最大的加速强度逐步换至最高档， 达到某一距离或车速所需的时间。 单位为s 。 五、车辆的驱动力 发动机输出的转矩经传动系传 飞，厂 、 ：转囱泊缸後转向轮缀转动静角速度疆大予或等于转向轮转 动的最大角速度( 速度要求) ；转向时载荷的大小对转向过程的影响降至最小。 电渡比例囊动校正过程实际上是一个动惑角度调熬过程，随着转超轮焦度误差 的出现及时补偿修正，始终使转向轮保持在很小的角度误差内，以使驾驶员感 大连理工大学硕士论文第二章平板车设计中各主簧参数分析与预测 觉不到转向不足或转向过度为标准。 转向油蛙 口 圉2 _ 5 电涟裴矍錾掣奏毳曩婺授芷帆构 电液比例方向阀应根据额定栽荷，即阀口压隐为最低工作差时，转向油缸所 黼的流量作为公称流量的楣近值涞选择。这样在工作过程中，比例方向阕的可 调节信号范围宽，调节分辨率高，在稿应的调节范围内滞回小。 倾角传感器魁转向轮组校正机构的信号源，在转向过程中起着非常重要的作 翊。骶选抟额角传感器应分蒺率麓，小焦发范瑟淘线性好，王终稳定、霹靠。 电液比例自动校正机构的研究还比较少，本节在理论分析的旗础上研制了电 液比例自动校正机构的传递函数，证明了电液比例自动校正机构的可行性，为 今后浆继续磅究羹定了基殛。 2 5 泵、马达的选择 2 5 1 液压系统型式的选择 乎板车主要滚篷系统采矮静帮是阕式系统，翔静液行走系统，液压元臀在阉 路系统里工作，它由一个变量泵、集成在一体的补油泵、从泵到液压马达的管 路系统组成，在 浊路中有滤洼瓣、冷却器、变爨马达嬲驱动鹚上的减速器糟 逡 1 2 1 。油的冷却楚由安装在发动机上的油冷却器来完成的。泵系统选用多泵系 统，静液行走系统采用的是轴向变量柱寨泵，转向系统采用的慰多个变最柱塞 聚，举舞系统遣骞垂己鹣提舞象，还套镶燃麓裂等。供演液压系统采弱豹是变 量系统，其优点鼹传动效率和功率利用举高，常用的恒功率变量泵定量马 达，或者定量泵恒压力变量马达，均能随负载变化囊动调节执行元 譬鲍速 凄，达到藿载馁速、轻载抉速的臻求，毹充分利用油泵和马达的功率。强前在 工程起重机上已使用总功率控制方式，在用双变量泵时，可以充分利用发动机 懿功率。它戆疑点是交鳖泵帮交蘩马达搦造复杂、残本蠢。毽委确选用变量元 2 4 ( 连理工大学碗士论文第二章平板车设计中县主要参数分析与预测 件又可简化系统，使系统总的经济指标提高。平板车液压系统由于是并联系统， 套壤萼亍元传回路之趣互摇荠联，波压泵撵逡懿压力涟以攘曩弱基力目惑达至l 各 执行元件的进口，管路损失小。在工程机械中，由同一液压泵供油而又不要求 同时动作的各执彳亍元件回路之间常常采用并联方式，以减少管路系统的阻力损 失。 平板车的行恣机构的支撑装溉是轮组中的液压油缸，这些油缸用成组的管 爨连接起寒，这楚为了保证车轮运应不平的地露，镬辑受麓平筑。掘果车辆上 没有防爆管路装鬣，系统中管路只要一点破裂，就会造成车辆一侧下沉，载荷 就会滑落或翻倒，采用硬管防爆装嚣可以排除这种危险。 当警鼹菜一点疆坏时，一缝中瓣全都濑懿箨杰不动。这静猜溅下滚压灌鑫互有 两个特殊的并联管路连在一起，安全阀与油缸进口和两个并行铃路出口相连。 当压力下降时，油流的脉冲作用傻褥阀的关闭部分( 一对密封锥蘧) 立期将逯 赢破裂管路的出口关闭。j 蹴时，第二个警路系统还保持了灵活可靠的与荦个油 缸的连接，保证轴负荷的平衡，而且在运输时没商减速和干扰。 2 5 2 主要液压元件静选耩 液压元件的选择和计算须在液压系统原理图拟定以后进行。 1 泵静选择 液压泵主要是根据其最大工作压力和最大流量选择。对于变爨泵，还骚考虑 交爨方式毒爨变量蕊霞黪翥耍。戴夕 ，泵的燕霞、转速、徐撂、安装方式、转委 方向、体积和自重大小、对使用环境的要求等也都是不可忽视的煎要因素。 液压裂妁最藏二 终压力p 。裁楚系统工传压力，由下式毒 算 p 。= ( p ) 。+ 卸 ( 2 + 2 2 ) 式巾 ( p ) 液压执行元件最大工作压力。对于串联系统，是由同一油 象供灌静各撬行元 牛懿基力循环鞠叠热怒寒，取箕峰篷。对于并联蠢路，巅取 工作压力最高的执行元件之压力峰值。 y 矗尹款涵泵爨日翻筏行元馋遴目懿蛰路系统憨压力损失。这些损失只能杰 系统设计完成后，根据元件性能、管路尺寸、管路布鼍、流动状态等计算出来。 秘簿时，繁擎系绕哥取0 5 - 1 m p a ，复杂系统哥取 1 5 m p a 。 液压采的最大流量g 可按下式计算 大连理工大学硬士论史第二章平扳车设汁中各主要参数分析与预测 鳊= 足( q ) 。 ( 2 2 3 ) 式中( f q ) 一液厩执行元件需要的最大工作流量。对于并联系统，取同 辩动 乍的撬行元件流量和豹最丈德，可鞠流量锤环匿委翱方法敬得。对予串联 系统，按所需工作流量最大的执行元件选取。 k 流爨系数，可取1 0 5 1 。3 ，大流爨取小壤，小滤爨取大馕。此系数是用 泉计入管路系统的流量损失以及液压泵麟损后容积效率降低的。 选择液压泵时，以其额定压力和额定流量与上述计算得到的最大工作压力和 王 乍滚螫稷等或貉大一点为蒙剽。不要邈瑶额定莲力与额定流爨过太或遭小的 泵，否则在经济性、重量与体积、传动效率、使用寿命警方面均可能带来损失。 液压泵只蠢在其额定工作压力祁额定流量下工作时才能缀好地发挥其效糍。 2 马达的选择 液压玛达主要是按压力、排量和转速来选择。耍注意满足最低稳定转速与最 褰允诲转速要求。当溺交羹马达l l 壹，要按系统设计方案确定交鬃型式、变量蕊 围等。除满足上述要求外，还应注意适合机器的工作条件、安装方式和方位、 经济性、体积和麓量等。 3 液压敬豹选撵 选用标准产品时，主鞭是依据工作压力、缸筒内径、活塞杆外径、工作行程、 全缕工俸长度、支承方式、安装方位、袋震条终、受载方淘积侩貉等遂孬选择。 在工程机械中，要特别注意液压缸闭锁状态的压力。这种状态下缸中压力不 怒液压泵提供的，而是由闭锁状态外载葡变化引起的，其值可能比系统工作压 力大死倍j 鲡起黧祝的支髓、交幅和 牵缩液压疑等都存焱这释闻蘧。 大连理工大学硕士论文第三牵乎援车转弯系统的计算模拟 第三章平板车转向系统的计算摸拟 3 1 平板车多工况转向方式的分析及转弯关系的确定 在港口、船厂等场合广泛使瘸的鲁升式液压平板运输车由于车身较长，作、监 时转向频繁，使用空间小，要求转向半径小，转向灵活。重型平板车采用的是 全验转向的方式，裂题黪滚压驱动系统，减小了平板车二 终露懿转囱半径，控 制性能好、尺寸小、便于布置，并可实现直行、斜行、横向蟹行、圆行等转向 方式，实现了零转向，提高了作业时的机动性。 3 1 1 全轮转向的转向方式分析 常用汽车都怒透过在水平露蠹偏转车轮实玟行驶转趣，对于乎叛车来说，转 向是车轮不得发生侧向滑移，否剿增加转向阻力、加速轮胎癌损。为此，应使 转向时所有车轮均绕一个共同的瞬时中心并各沿不同的半径作弧形滚动，如图 3 。l 蕺示。魏瓣心帮鸯转两中心，疲是各转淘轮辘线豹交点。由转囱中心爨终蓠 轮中心的距离，称为转向半径。转向半径越小，转向所需场地面积就越小。因 此，对转向系的綦本要求如下： 1 形成统一的转向中心无论哪j 种转向型式，在转向时各轮都必须形1 戏一令统一熬转囱孛心，以凝达到无l 侧滑的纯滚动状态，否则，除了增加一l 转向阻力、消耗功率外，还增加了轮l 籍静瘗损： 4 i 2 工作可靠在工作中要避免出 一 赦障，这瓣整瓿性麓匏发撂蟊安全关l 系重大，因此选用材料和鼹体结构都i 要求工作可靠；i 以五轿平板车的典登转囱工凝为“ 例，其它多桥转向方式的分析可以类 1 螫3 - 1 一矫转鸯黼 推。妇露3 1 鼹示，为平投革绕第一撬轴线戆转囱示意爨。銎中，冬褥主辘之阕 的距离m 相等，每个示意车轮表示一个轮组，每个轮组在实际平板车中飙有四 个车轮，均装啻液压囊驱动马达，霹以姣04 到1 0 06 在两个方起k ( + 1 0 0 。1 0 0 。) 进行旋转。每个车轴线上有两个轴线在间一条直线上的轮组，故每个车轴分为 聪个半轴，所以如图的五橇乎板车共有十个轮组，四十个轮艟，聪于中小型乎 板车，更大型的平板车可以有多达百个以上的轮胎。 大连理王大学酸士论文第三章f 援车转弯系统熬诗鬻摸撼 在不计侧滑和侧偏，忽略转向系和车辆本身镑种机械偏差的影响后，平板运 输车翡转弯模型可篱纯为鹜3 1 掰示翡五根没膏质量的等长稳嚣往秆，獒中，o 为瞬时转向中心，a 为平板车车架的一个顶点，b 、c 分别对应内外轮组的，l 何 中心，群。( i = l ，2 ，3 , 4 ，5 ) 为吾轴羚轮静测镳螽，( 芦l 2 34 ，5 ) 为各骞蠡内轮翁 侧偏角，则转向半径为： ， r 。= _ = 一+ 取 ( 3 1 ) c t g a p , = 鼍桨掣c t 粕4 固2 不酉i t 1 - 2 ，j h p 嘴靠= 等裂 式中l 平板车长； r 。轮蠢中心到轮狳中心线静距离； 由式 3 - 2 ) 、( 3 - 3 ) 得： c t g a m c t g 母 一4 ( m + 2 r f ) ( f 1 ) l 予是得： 。，锹t 8 ( i - i ) l c t g ( a p , ! - 竖4 ( m 一+ 2 r x ) ( 3 2 ) ( 3 3 1 ( 3 - 4 ) 当i = l 时，掰，= 州= 0 ，( 3 4 ) 式帮为平板车绕一揍辘线延长线转囊时各 个埝组的转角关系，遵楚一羲璞怒憋关系e 令窃t 。a r c t g j 珏车哥，则蓝二| 二嚣兹最 小转向半径为： r 。1 = 1 i n l # + r r ( 3 5 ) “。5 一“s i l l6 9 p 5 也就是说，在此工况下，当平板车的瞬时转向中心在一桥的中点时，转向半径 犬连理王犬学硕士论文第三牵乎扳车转驽蓉统熬量 算挨攘 最小。 弱嚣，当瓣时转向中心位子= 桥轴线豹延长线上对，各个辘豹肉磐轮缀静转 角关系为： p ，i - - 靴智f 可i 面li 五- 2 _ 1 l 丽而 当i = 2 时，口，2 = ，：= 0 ，( 3 6 ) 式为平板车绕二桥轴线延长线转向时各个轮组 煞转角关系，氇楚一静爨想关系。令辞：2 a r e 垮五万3 丽l ，粥此工况静畿小转翔 拳径为： r 。毁意毫娘x b ， ( 3 - 7 ) 式说明在该工况下，当平板车的瞬时转向中心在二桥的中点时，转 向半径最小。 3 1 2 平板率最小转弯半径 矮枣转弯半径是指汽车转弯辩，转自蠢转到极陵位鬣露，乡 铡蘸轮搿滚过翡 轮迹中心至转向中心的躐离。如图3 - 2 中o b 的长度所示，汽车的最小转弯半径 楚汽车极动性的黧要指标，它表铥了汽攀在最小覆积内蕊匿转熊力。嘲时它逛 淡征了汽车通过狭窄弯曲地带戴绕过障褥物的能力，所以它还影响到汽车的通 过性。当平板车车身较长时，其枫动性能变差。平板车的载重爨越大，车轮的 数璧越多，车身麓长，皴薤越大，襄汽车乎亍骏时酶转弯宽凄及激小转弯半径越 大。 当瞬时转向中心位于三桥轴线的延长线上时，如图3 。2 ，各聋蠹敢内外轮组黔 转角关系为： 参。 i 一3 io l 搿c 键i - 3 1 - l t c t g c t p t , - 4 ( m + 2 r k ) 当2 3 靖，群印2 声舯2 。：令2 a r c t g 面面l ，此静工况下酶鬣小转向 半径为： 大连理1 ：太学硕士论文 第三章平板车转弯系统的计算模拟 捉。臻云瓦l + r x 3 9 ) 即当瞬时转向中心位于三桥中心时，平扳车具有最小的转向半径。 由( 3 - 5 ) 、( 3 - 7 ) 、( 3 。) 以及鳖3 - 1 秘国3 - 2 麴凡褥关系，霹以褥翻： r 。3 r 。m m2 e 蠡 e 3 - 2 _ 兰 释转向圈 实现复杂的运动方式，极大地提窝了车辆鲍灵瀵性。其中，当攀辆绕爨赛几傍 中心转向时，获得了最小的转向半径。即全轮转向的车辆的瞬时转向中心位于 车身几何中心时，得到了最