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一种校园电动洒水车概念设计【三维SW】【仿真动画】【5张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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一种校园电动洒水车概念设计【三维SW】【仿真动画】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】.rar
原稿--YC484-一种校园电动洒水车概念设计【三维SW】【仿真动画】
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校园洒水小车SOLIDWORKS
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CNHM08-6080.SLDASM
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座椅.SLDPRT
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洒水车装配总成.SLDASM
踏板.SLDPRT
车头.SLDPRT
车座架.SLDPRT
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轮子1.SLDASM
轮毂1.SLDPRT
轮胎2.SLDPRT
轮轴1.SLDPRT
连接管路1.SLDPRT
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一种 校园 电动 洒水车 概念 设计 三维 sw 仿真 动画 全套 cad 图纸 毕业论文 原创 资料
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摘要


曾经有人说过决定21世纪发展的是能源,上世纪70年代全球三次石油危机爆发后,各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划,在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果,但是,迄今为止,这些科研成果真正能转化为产品,并实现产业化生产的项目并不多。本文主要介绍一种校园电动洒水车的概念设计,其采用全电力驱动。

本文设计一种校园电动洒水车的概念设计,其包括电动汽车本体结构、驱动电源、洒水水箱、管路、水泵和水泵电机等组成。洒水工作通过电机带动水泵产生水压,最后由管路洒水头完成洒水工作。本文首先确认校园电动洒水车方案,完成关键部件设计计算,然后利用三维SOLIDWORKS完成校园电动洒水车的三维建模,并导出二维工程图,最后利用SOLIDWORKS对校园电动洒水车进行运动仿真。


关键词:校园电动洒水车,管路,运动仿真,三维建模




Abstract

Someone once said that the development of energy is decided in twenty-first Century 70 of the last century, the three global oil crisis, the multinational automobile company has started the research and development of various types of electric vehicles. After our country "eight five", "Nine Five", "fifteen" three five year plan, a large amount of manpower, material resources in the research and development of electric vehicles and special resources, and achieved a series of research results, but, so far, these research results can be transformed into real products, and to achieve industrialization the production of the project is not much. This paper mainly introduces the design concept of a campus electric sprinkler, the full electric drive.

This paper designs a concept design of campus electric sprinkler, which comprises electric car body structure, driving power, water tank, pipeline, water pump and water pump motor etc.. Sprinkler work drives the water pump through the motor cause pressure, and finally by the pipeline sprinkler sprinkler work completed. This paper first confirms the campus electric sprinkler scheme, complete the key components of the design calculation, 3D modeling and 3D SOLIDWORKS to complete the campus electric sprinkler, and the output of engineering drawing, finally the use of SOLIDWORKS motion simulation was carried out on the campus of electric sprinkler.


Keywords: campus electric truck, pipeline, motion simulation, 3D modeling



目录


摘要i

Abstractii

第一章 引言1

1.1 课题研究的目的及意义1

1.2洒水车国内外的现状2

1.2.1国内的研究现状2

1.2.2 国内外可移动机器人的发展现状3

1.3 电驱动汽车的结构和特点4

1.5 课题设计思路5

1.6 课题设计结构5

第二章 校园电动洒水车的总体设计方案6

2.1校园电动洒水车的组成及各部分关系概述6

2.1.1 驱动电动机和驱动系统6

2.1.2 驱动电动机和驱动系统7

2.1.3 控制技术7

2.1.4 车身及底盘8

2.1.5 罐体8

2.1.6 洒水管路8

2.2 总体方案拟定9

第三章 校园电动洒水车整体结构的设计10

3.1拟定校园电动洒水车的整体设计参数10

3.2 电动洒水车一般设计要求10

3.3 传动比的确定13

3.4 电机的选择14

3.4.1 电动机的功率确定15

3.4.2 电动机最大输出转矩计算15

3.4.3 电动机额定转矩计算16

3.4.4 电动机加速性能计算16

3.5 电池参数的确定17

3.6罐体的设计18

3.6.1 罐体材料18

3.6.2 水罐容积确定18

3.6.3 罐体厚度的确定19

3.7管路的设计20

第四章 校园电动洒水车三维造型的设计21

4.1 Solidworks软件简介21

4.2 零件建模23

4.2.1支撑架三维建模的形成23

4.2.2 底盘的三维建模形成23

4.2.3其他零件的三维模型造型23

4.3零件装配24

4.4三维向二维的转换27

第五章 校园电动洒水车的仿真30

5.1机构仿真的作用30

5.2机构仿真类型30

5.3机构运动仿真步骤30

5.4 机构功能30

第六章 结论32

6.1 本论文所取得的结果32

6.2 技术展望32

参考文献33

致谢35



第一章 引言

1.1 课题研究的目的及意义

曾经有人说过决定21世纪发展的是能源,上世纪70年代全球三次石油危机爆发后,各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划,在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果,但是,迄今为止,这些科研成果真正能转化为产品,并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力,已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向,发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。从汽车工业的发展来看,电动汽车的迅速发展是不可逆的趋势。因此,我国作为世界汽车生产大国应该抓住这一机遇,加快电动汽车这一块的发展。

随着精神文明建设的深入开展和人们对环境保护的日益重视、企业、机关、学校甚至乡村都建有绿地和小型的园林场所。目前。大学校园主干道以及绿化带主要采用人工进行洒水工作。这样的工作方式耗时、费力、效率低。还有,夏季天气干燥,道路灰尘多,为了进一步降低空气粉尘对环境的污染,要经常在校园干道进行冲洗和洒水是十分必要的。洒水作业,不仅可以除尘、降温,还可增加空气的湿度,这对师生的健康都是十分重要,所以洒水车的设计与研发是必不可少的。

 无论是电动洒水车还是内燃机驱动洒水车,其实他们还是有些相似的。因为众多种类的洒水车无外乎都是附加了一些各式各样的功能而已,我们能看到的是他们的专有用途,但却没注意到,无论哪种洒水车,它的主要部分--罐体和水路都是相似的。在人们的使用过程中,往往会选用一些口碑较好的厂商生产的洒水车,因为通过他们长期的使用会发现,决定一个洒水车性能的好坏不是那些附加的功能,而是这些重要的关键部件。所以把这些重要部件做好,就会在市场上建立一个好的口碑。而一辆洒水车的关键部件,无外乎汽车底盘,发动机,变速箱,罐体,水路系统等。

通过本课题,让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程,培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力;进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。


内容简介:
毕业设计 题 目 一种校园洒水车概念设计 学生姓名 学 号 系 部 专 业 班 级 指导教师 二 一 五 年 X 月 nts 摘要 曾经有人说过决定 21世纪发展的是能源 ,上世纪 70 年代全球三次石油危机爆发后,各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过 “八五 ”、 “九五 ”、 “十五 ”三个五年计划,在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果,但是 ,迄今为止,这些科研成果真正能转化为产品,并实现产业化生产的项目并不多。 本文主要介绍一种校园电动洒水车的概念设计,其采用全电力驱动。 本文设计一种校园电动洒水车的概念设计,其包括电动汽车本体结构、驱动电源、洒水水箱、管路、水泵和水泵电机等组成。洒水工作通过电机带动水泵产生水压,最后由管路洒水头完成洒水工作。本文首先确认校园电动洒水车方案,完成关键部件设计计算,然后利用三维 SOLIDWORKS 完成校园电动洒水车的三维建模,并导出二维工程图,最后利用 SOLIDWORKS 对校园电动洒水车进行运动仿真。 关键词: 校园电动洒水车,管路,运动仿真 , 三维建模 nts Abstract Someone once said that the development of energy is decided in twenty-first Century 70 of the last century, the three global oil crisis, the multinational automobile company has started the research and development of various types of electric vehicles. After our country eight five, Nine Five, fifteen three five year plan, a large amount of manpower, material resources in the research and development of electric vehicles and special resources, and achieved a series of research results, but, so far, these research results can be transformed into real products, and to achieve industrialization the production of the project is not much. This paper mainly introduces the design concept of a campus electric sprinkler, the full electric drive. This paper designs a concept design of campus electric sprinkler, which comprises electric car body structure, driving power, water tank, pipeline, water pump and water pump motor etc. Sprinkler work drives the water pump through the motor cause pressure, and finally by the pipeline sprinkler sprinkler work completed. This paper first confirms the campus electric sprinkler scheme, complete the key components of the design calculation, 3D modeling and 3D SOLIDWORKS to complete the campus electric sprinkler, and the output of engineering drawing, finally the use of SOLIDWORKS motion simulation was carried out on the campus of electric sprinkler. Keywords: campus electric truck, pipeline, motion simulation, 3D modeling nts目录 摘要 . i Abstract . ii 第一章 引言 . 1 1.1 课题研究的目的及意义 . 1 1.2 洒水车国内外的现状 . 2 1.2.1 国内的研究现状 . 2 1.2.2 国内外可移动机器人的发展现状 . 3 1.3 电驱动汽车的结构和特点 . 4 1.5 课题设计思路 . 5 1.6 课题设计结构 . 5 第二章 校园电动洒水车的总体设计方案 . 6 2.1 校园电动洒水车的组成及各部分关系概述 . 6 2.1.1 驱动电动机和驱动系统 . 6 2.1.2 驱动电动机和驱动系统 . 7 2.1.3 控制技术 . 7 2.1.4 车身及底盘 . 8 2.1.5 罐体 . 8 2.1.6 洒水管路 . 8 2.2 总体方案拟定 . 9 第三章 校园电动洒水车整体结构的设计 . 10 3.1 拟定校园电动洒水车的整体设计参数 . 10 3.2 电动洒水车一般设计要求 . 10 3.3 传动比的确定 . 13 3.4 电机的选择 . 14 3.4.1 电动机的功率确定 . 15 3.4.2 电动机最大输出转矩计算 . 15 3.4.3 电动机额定转矩计算 . 16 3.4.4 电动机加速性能计算 . 16 3.5 电池参数的确定 . 17 3.6 罐体的设计 . 18 3.6.1 罐体材料 . 18 3.6.2 水罐容积确定 . 18 3.6.3 罐体厚度的确定 . 19 3.7 管路的设计 . 20 第四章 校园电动洒水车三维造型的设计 . 21 4.1 Solidworks 软件简介 . 21 4.2 零件建模 . 23 4.2.1 支撑架三维建模的形成 . 23 4.2.2 底盘的三维建模形成 . 23 4.2.3 其他零件的三维模型造型 . 23 4.3 零件装配 . 24 4.4 三维向二维的转换 . 27 nts第五章 校园电动洒水车的仿真 . 30 5.1 机构仿真的作用 . 30 5.2 机构仿真类型 . 30 5.3 机构运动仿真步骤 . 30 5.4 机构功能 . 30 第六章 结论 . 32 6.1 本论文所取得的结果 . 32 6.2 技术展望 . 32 参考文献 . 33 致谢 . 35 nts 1 第一章 引言 1.1 课题研究的目的及意义 曾经有人说 过决定 21 世纪发展的是能源 ,上世纪 70 年代全球三次石油危机爆发后,各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划,在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果,但是 ,迄今为止,这些科研成果真正能转化为产品,并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力,已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节 能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向,发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。从汽车工业的发展来看,电动汽车的迅速发展是不可逆的趋势。因此,我国作为世界汽车生产大国应该抓住这一机遇,加快电动汽车这一块的发展。 随着精神文明建设的深入开展和人们对环境保护的日益重视、企业、机关、学校甚至乡村都建有绿地和小型的园林场所。目前。大学校园主干道以及绿化带主要采用人工进行洒水工作。这样的工作方式耗时、费力、效率低。还有,夏季天气干燥,道路灰尘多,为了进一步降低空气粉尘对环境的污染,要经常在校园干道进行冲洗和洒水是 十分必要的。洒水作业,不仅可以除尘、降温,还可增加空气的湿度,这对师生的健康都是十分重要,所以洒水车的设计与研发是必不可少的。 无论是电动洒水车还是内燃机驱动洒水车,其实他们还是有些相似的。因为众多种类的洒水车无外乎都是附加了一些各式各样的功能而已,我们能看到的是他们的专有用途,但却没注意到,无论哪种洒水车,它的主要部分 -罐体和水路都是相似的。在人们的使用过程中,往往会选用一些口碑较好的厂商生产的洒水车,因为通过他们长期的使用会发现,决定一个洒水车性能的好坏不是那些附加的功能,而是这些重要的关键部件。 所以把这些重要部件做好,就会在市场上建立一个好的口碑。而一辆洒水车的关键部件,无外乎汽车底盘,发动机,变速箱,罐体,水路系统等。 通过本课题,让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程,培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力;进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。 nts 2 1.2 洒水车国内外的现状 1.2.1 国内的研究现状 十一五”期间我国明显加大了对基础设施的投入力度,诸如“西气东输、西电东送、南水北调”,青藏铁路和国内多条高速公路等大型建设项目的启动,促进了对 工程专用汽车及各类专用货车、半挂汽车、随车起重运输车的市场需求量的大幅度增长。据分析:我国专用车产品从原来仅有的 1600 多种将会增长到 6000 个品种,年产量将到 90 万量。北京举办2008 年奥运会,为建筑用车、市政用车、物流用车等专用汽车提供了一个巨大的市场平台。2010年的上海世博会工程将大大激发国内专用车市场的需求量。油田建设需要大量的勘探车、钻井车、固井车等专用汽车。机杨急需高质量的加油车、机场除雪车及货物专用运输车。矿山、大型水利工地需要大量矿用汽车、散装水泥车等,医疗卫生、国防等领域也都大量需要适用 的专用汽车和特种车。种种迹象表明,在国民经济继续快速发展的宏观经济环境下,在产业政策逐步落实和行业标准法规政策不断完善的过程中,我国正处于专用车发展的绝佳时期。 在许多专用车品种中市政用车凭借因每年 35000-40000 辆以上的的总需求被人们看好,其中洒水车因为产品的功能日趋完善,慢慢成为市政用车中的主要车型。 国内洒水车技术现状:洒水车等专用车市场首要问题是定位问题,即在“专”上的问题。当前,国内一些改装车厂定位在汽车行业,和汽车行业是同盟军关系,造成了洒水车等专用车市场的混乱。使得洒水车等专用车的发展方 向不能向着专门化、专业化方向发展,就是不能根据用户的特种要求生产包括起重车辆、带云梯的洒水车等专用车、集装箱运输车等,生产一些新结构、价格比较高、用途比较特别的车辆。 另外到现在为止,国产专用汽车底盘还十分匮乏。我国生产的洒水车等专用车,仍大多是采用东风、解放、斯太尔、依维柯等普通载货 (客 )车底盘,经过调整轴距等小幅度的改动进行改装的,根本谈不上特种车专用底盘的技术储备;生产出的大部分洒水车等专用车仍基本是技术含量低、售价低的劳动密集型的普通洒水车等专用车,如低吨位自卸车、半挂牵引车、罐车、邮政车等。即使目 前国内厂家生产的比较先进的斯太尔系列汽车底盘,其技术在国际上已经显得很落后,在国际竞争中处于非常被动的地位。 目前国内洒水车等专用车生产仍基本停留在仿制阶段,开发设计雷同现象十分普遍。另一种普遍的现象就是如果一段时间内一种类型洒水车等专用车市场需求很大,则很多厂家就会一窝蜂似地组织生产,甚至有的小改装厂在地方保护主义的掩护下“照葫芦画瓢”似地拼装车辆出售,这些质量、性能良莠不齐的洒水车等专用车很快就破坏了洒水车等专用车市场nts 3 的“游戏规则”,使正规的生产厂家蒙受巨大损失,也使正规厂家技术开发的积极性受到严重打击 。 除了上述说的问题需要解决意外,洒水车需要变得多功能才能更好的发展下去,这需要很高的应用技术。洒水车应用范围越来越广,要有装备前冲(喷)后洒、带侧喷(花洒)、带后工作平台、平台上安装绿化洒水高炮 (炮有大雨、中雨、毛毛雨、雾状可调节 ),带吸水管,能够多角度喷洒,而且带消防接头,带自流阀,自吸自排,还可以选配绿化喷药卷盘、高空作业、随车吊货运等功能,另外也可加装药盘、药泵、罐内防腐防锈、多方位进出水接头、电磁阀、气动阀等先进设施。使洒水车功能更完善,用途更广泛,成为适用于、绿化、浇水、消防、打农药、园林、环卫 、公路、送水于一体的专用车。 还有就是研发注意洒水车节水问题,怎么样才能更好的有效率的去工作应该得到我们的关注。 而对于国外怎么看待中国专用车的前景呢,很多国外专用车企业都有一个共同的认识:在中国有很多商机。这个商机主要包括两个方面:一是中国本土市场对专用车的据求在不断扩大。是中国专用车行业的研发和制造水平在不断提高 , 参与国际市场竞争的能力在逐步增强。目前中国专用汽车行业存在的最大问题 , 就是相关标准法规还很不完替 , 一些企业没有严格执行现有的标准法规 ,很突出 , 这在一定程度上抑制了中国专用汽车行业的发展 。还有就是在中国的卡车市场 , 中重型卡车所占的比例偏低 , 半挂车列车也很少见 , 甩挂运输的方式几乎看不见。这导致了运输效率很低 , 抑制了挂车、半挂车的发展。但是巧吨以上的重卡发展很快 , 这符合世界的发展潮流。 洒水车的前景是非常可观的,然而它也需要我们去努力,只有努力才能把我国的洒水车走出亚洲推向世界。 1.2.2 国内外可移动机器人的发展现状 国外最早发展洒水车产品的是美国和西欧的一些国家,第二次世界大战后,接踵在日本、前苏联等国得到了发展。 70 年代末,当汽车产业泛起世界性的萧条和滞销时,发展洒水车成 了当时挣脱汽车产业危机的一条出路。这样,洒水车在世界范围内迅速发展起来。 外国洒水车厂从底盘厂购买底盘,装配自己全产的洒水车这些洒水车厂在接受用户订货后,从汽车底盘厂主要是主机厂)购买所需底盘进行改装出产。在竞争中,各主机厂大量出产适于改装专用车的各种底盘以求发展。例如英国的福特汽车公司,出产出售的货车中有 80%是带驾驶室的二类底盘。美国大中型货车的出厂型式几乎全部是底盘,而不是整车,由专用车厂改装成各种专用车。原苏联的各洒水车厂则在汽车厂提供的基本型底盘上改装出产nts 4 各种厢式、罐式洒水车。例如高尔基汽车厂 70 的汽车是以底盘形式出厂供应专用车厂改装各种洒水车。专业程度很高,有助于高技术产品的制造。车型齐全,重、中、高、普、特新比例平衡。专业性强、技术高、价格低廉、这将对国内的洒水车长带来严峻的考验。 1.3 电驱动汽车的结构和特点 电动汽车一般由车身、底盘、动力系统等组成。其车身和底盘与传统汽车结构相类似,或者甚至是有所简化。故电动汽车的车身和底盘不是本文讨论的重点。而电动汽车的动力系统和传统汽车有着根本的不同。传统汽车由内燃机提供动力,动力从内燃机输出后,送达飞轮和离合器,再进一步传递到传动系,直至驱 动车辆前进。而内燃机消耗化石燃料,燃料储存在油箱之中。 但是电动汽车使用电动机提供动力,动力输出到传动系后,其过程和传统车辆相一致,甚至还因为电动汽车的相关特性而有所简化。电动机的能量来自于动力电池。由此可见,电动汽车的构造相对来说比较简单。电动汽车中的关键技术便是对控制流程中的各个节点和整个系统进行精确有效的控制,目前这一方面,也是电动汽车科研力量的研究重心。 发展纯电动汽车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少。由于电厂大多建于远离 人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。纯电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高其经济效益。有些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高。而且电动汽车结构简单,便于维修,相对于传统汽车来说,有着更大的市场竞争力。因此研 发电动汽车不仅有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,而且市场前景也很广阔。正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。 但是纯电动汽车业面临很多困难。目前蓄电池单位重量储存的能量太少,还因纯电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些使用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的 1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。 对于纯电动车而言,目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程,与混合动力相比,纯电动车更需要基础设施的配套,而这不是一家企业能解决的 ,需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设,才会有大规模推广的机会。 不仅如此,人们在实践中发现,尽管纯电动汽车的一些基础技术,如电动机技术、电池nts 5 技术有着上百年的发展历史,而简单原始的电动汽车也有百年左右的发展历程。但是当我们用现代汽车运用眼光审视他们的时候,并且希望把这些技术整合到现代的汽车上时,却表现一切不尽如人意。而传统的汽车设计理念和设计方法,在面对电机和电池技术的掣肘时,也往往一筹莫展。 1.5 课题设计思路 1) 参考所有与 校园电动洒水车 产品相关数据, 了解整个校园电动洒水车的整机系统的组成。 2) 校园电动洒水车整机方案的确认。 3) 校园电动洒水车整机的设计计算,并对主要零部件进行设计校核。 4) 校园电动洒水车整机三维建模。 5) 校园电动洒水车整机仿真 1.6 课题设计结构 本文以 校园电动洒水车 项目作为应用背景,对 其机械结构 进行了研究。全文共分为 六 章,各章的主要内容如下: 第一章 前言部分,主要介绍校园电动洒水车的研究现状和课题研究的目的及意义 ; 第二章 对整个校园电动洒水车的整机方案进行确认,包括传动系统,驱动系统等确认。 第三章 完成整个校园电动洒水车的设计计算 ; 第四章对 校园电动洒水车进行三维建模 ; 第五章对校园电动洒水车进行仿真 第 六 章总结了全文的研究工作,给出了存在的问题和进一步研究的方向。 nts 6 第二章 校园电动洒水车 的总体设计方案 2.1 校园电动洒水车 的组成及各部分关系概述 校园电动洒水车 主要由 车载电源 、驱动电机和驱动系统、控制系统、车身和地盘、水箱和洒水管路系统组成 。 2.1.1 驱动电动机和驱动系统 在目前的电动汽车上,车载动力源一般都是各式各样的蓄电池,利用周期性的充电来补充电能。动力电池组是电动汽车的关键装备,它储存的电能、质量和体积,对电动汽车的性能起到决定性的影响。 目前,电动汽车用电池已经经过了三代的发展。 第一代电动汽车用电池都是铅酸电池,由于铅酸电池的比能量和比功率不能满足电动汽车动力性能的要求,所以就进一步发展了阀控铅酸电池、铅布电池等,使得铅酸电池的比能量有所提高,仍能够满足作为电动汽车的电源使用要求。 第二代的高能电池有镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池等。第二代动力电池的比功率和比能量都要比铅酸电池高出很多,大大提高了电动汽车的动力性和续驶里程。但是第二代动力电池现在依然是电能 -化学能 -电能的化学反应过程中储存和供给电能,有一些特殊使用条件和一定的局 限性,其中有些高能电池还需要复杂的电池管理系统和温度控制系统,各种电池对充电技术还有不同的要求。而且第二代电池在使用一定的次数后会出现老化甚至报废的情况,几乎或者完全丧失充放电能力,并且会造成污染。这无疑又增加了电动汽车的使用成本。 第三代电池是以燃料电池为主的电池,燃料电池直接将燃料的化学能转化成电能,能量转变的效率高,比能量和比功率高。并且燃料电池能量转化过程可以连续进行,反应过程能够有效地控制,是比较理想的燃料电池电动汽车用电池。但是燃料电池的燃料往往有毒有害而且价格昂贵,需要对车辆进行额外的设计,增 加了设计和制造成本。 除此以外,飞轮储能器、超级电容也是常见的电动汽车车载动力源。飞轮储能器是电能 -机械能 -电能转换装置,可以瞬间输出很高的功率。而超级电容具备了电能 -电位能 -电能转换的能力,而且其充放电时间比起传统电池来说有很大的提高。 以上种种装置都有自己的优缺点,但是综合现有技术条件以及相关技术的成本,现代电动汽车普遍使用先进的高能电池作为其动力源。本文讨论的对象也是使用高能锂电池作为动力源的电动汽车。 nts 7 2.1.2 驱动电动机和驱动系统 驱动电机是电动汽车的动力装置,这是电动汽车和传统汽车最根本的区别 。现代电动汽车一般使用的是交流电机、永磁电动机或者是开关磁阻电机。 由于电动汽车制动时使用再生制动,一般可以回收 10%15%的能量。再生制动能量是电动汽车节能和延长续驶里程的重要措施之一。再生制动显然不可能在内燃机汽车上实现。在电动汽车的制动系统中,还保留着常规制动系统和 ABS,以保证车辆在紧急制动时,有可靠的制动性能。 电动汽车的驱动系统由驱动电机和驱动系统共同组成,随着电动汽车结构形式的不同,采用了不同的驱动系统。 本次设计的电动洒水车 的驱动系统有电动轮方案(轮边驱动系统) ,如图 2-1 所示 。 图 2-1 电动轮方案 电动轮方案是采用多电机,将电机装配于车轮上,或者和轮边减速器相配合。差速半轴方案采用单电机系统,其动力布置方案和传统汽车相一致,即电动机输出扭矩,通过变速装置传输到差速器上,差速器再通过半轴传输到轮上。 电动轮技术可以减小电动机的直径,便于在电动汽车底盘下部布置,能够减轻电动车辆的簧载质量。 2.1.3 控制技术 对于广大汽车使用者来说,加速踏板、方向盘、制动踏板等操纵装置是非常熟悉的,电动汽车也应当继承和尊重这一习惯。通过各种踏板和控制手 柄,将踏板和手柄的位移信号转化成电信号,输入中央控制器,通过电动汽车 方向盘 来控制电动机的运行。 电动汽车的控制系统主要是对于动力电池组的管理和对电动机的控制,随着车辆行驶工蓄 电 池 速度给定 PDRN 制动(踏板) 电 机 控 制 器 左电动轮 右电动轮 nts 8 况的变化。而引起的电动机输出功率、转矩和转速的变化,必然引起动力电池组的电压电流的改变。通常采用电压表、电流表、电功率表、转速表和温度表等仪表来显示。特别是对动力电池组剩余电量和声誉续驶里程的显示有重要的意义。 由于电动汽车的高度电气化,因此更加有条件实现机电一体化和采用自动化的控制系统和管理系统,一般用中央控制器中的计算机来进行控制和管 理。另外,控制系统还包括整车低压系统的电子和电器装置。现代化的卫星导航系统和雷达防撞系统。现代控制理论在电动汽车上得到了广泛的应用。电动汽车除装备现代内燃机汽车的一些先进的电子设备外,电动轮、四轮转向、再生制动和太阳能的利用等,都可以在电动汽车上有其独特的作用。 2.1.4 车身及底盘 由于动力电池组的质量大和动力电池组的占据的空间也很大,为减轻电动汽车的整车质量和体积,采用轻质材料、碳纤维增强树脂和复合材料等制造车身和底盘部分的总成,并且采用三维挤压成型工艺,制造出结构复杂、质量小、强度大和装卸动力电池组 方便的车价,补偿因的装备动力电池组而增加的负载。在底盘的布置上还要有足够的空间存放动力电池组,并且要求线路连接方便,充电方便,检查方便和装卸方便。能够实现动力电池组的整体机械化装卸。这就要求在电动汽车的底盘的布置上,打破传统的内燃机汽车底盘布置模式,加大承载空间的跨度和承载结构件的刚度,并且充分考虑防止动力电池组渗出的酸或碱液对底盘结构件的腐蚀侵害。 在电动汽车上采用滚动阻力小的子午线轮胎,这种子午线轮胎的滚动阻力系数仅为0.005,使得电动汽车的滚动阻力大大地降低。 2.1.5 罐体 罐体是洒水车的主要载 体和工作部件,是洒水车的重要组成。不同类型的洒水车罐体的设计肯定不同,我们从外形上就可以看出罐体有椭圆形和方形的,而且大小也不尽相同,其实罐体的设计需要涉及到很多方面,因为罐体的结构直接影响着洒水车的外廓尺寸、装备质量、质心位置、底盘选择、轴荷分配、动力性能等等。罐体结构设计受到洒水车总体指标及其他部分指标制约,同时罐体结构设计对于洒水车总体及其他部分结构设计又起着重要的影响,罐体的设计好坏,可以说是直接关系到洒水车产品开发的成败。所以洒水车罐体的结构设计的主要意义就是保证结构尺寸和技术参数满足规定的要求, 加强洒水车的承载能力,合理分配轴荷,减轻自重,降低质心,提高动力性能等。 2.1.6 洒水管路 一辆洒水车性能的好坏还与整车的水路设计有很大的关系,我们都知道,洒水车的水路nts 9 设计有很多需要注意的地方,比如说:管路的布局,肯定会有一些弯角,那么不可避免的在弯角处就会有一定的压力损失,这在以后的改进中要注意,尽量避免过多的弯角;拿喷头来说,洒水车前面有鸭嘴形喷水器或圆头冲嘴,后面有圆柱形洒水头或莲蓬头喷嘴,每辆车因型号不同车身高度也不尽相同,但对前后喷头的位置有很大的要求,如果喷头位置过高,对路面的除尘降噪效果会 有一定的影响,但如果喷头位置过低,溅起的泥土会黏附在轮胎上,而且会影响到整车的通过性;管路的直径也是个很大的问题,需要考虑到水泵的功率,喷头出的压力等等。 2.2 总体方案拟定 因为本校园电动洒水车的要求是概念设计,所以本次设计的校园电动洒水车采用如图 2-2所示的结构形式: 图 2-2 校园电动洒水车方案布置图 本次校园电动洒水车的结构原理图如图 2-1 所示,从图中可以看出,整个洒水车可大概分为两个部分:第一部分为电动汽车部分,第二个部分水洒水机构工作部分。 第一部分主要包括驾驶室,地盘,中控台,电机和电 池组。 第二部分主要包括罐体,洒水管路和水泵等组成。 nts 10 第三章 校园电动洒水车整体结构的设计 3.1 拟定校园电动洒水车的整体设计参数 本次设计的校园洒水车为小型电动洒水车,我们拟定设计参数如下: 洒水车长度 :3350mm 宽度: 1400mm 高度: 1760mm 整备质量: 800KG 传动系主要参考设计参数以及动力性要求如下表 3-1、表 3-2所示: 表 3-1 传动系参考设计参数 传动系部件 设计参数 设计值 电池组 额定电压 /V 额定放电容量 /Ah 80 150 其他 迎风面积 A/m2 空气 阻力系数 CD 车轮滚动半径 r/m 1.8 0.4 0.238 表 3-2动力性要求 额定车速 22 km/h 最高车速 50 km/h 加速性能 045km/h 小于 10S 爬坡度 不小于 20% 3.2 电动洒水车一般设计要求 在纯电动汽车行驶时,电池为电机提供运行能量,电机动力输出经传动系而到达车轮。因此在计算满足纯电动汽车行驶要求的性能应针对全部行驶工况。 从分析电动汽车行驶时的受力状况出发,建立行驶方程式,这是分析电动汽车行驶性能的基础。驱动系统的动力输出特性与车辆的动力性能直接相关。驱动 系统的动力输出应该满足车辆的动力性要求。电动汽车在进行参数匹配的时候,首先必须建立电动汽车的行驶动力学模型,对电动汽车行驶过程中力与功率的平衡进行分析。 车辆行驶过程中力的平衡关系如图 3-1。根据力的平衡关系,汽车的行驶方程式为: nts 11 tFF(3-1) 式中: Ft驱动力; F行驶阻力之和。 图 3-1 汽车行驶过程中受力 示意图 车辆行驶的驱动力是路面作用在车辆驱动轮上的,电动汽车的电动机输出轴输出转矩,经过车辆传动系传递到驱动轮的驱动力矩为 Tt,使驱动轮与地面之间产生相互作用,车轮与地面作用一圆周力 F0。同时,地面对驱动轮产生反作用力 Ft。这两个力大小相等方向相反,地面对驱动轮产生的反作用力 Ft与驱动轮前进方向一致,是推动汽车前进的外力,这个反作用力就是驱动汽车行驶的外力,即驱动力。它不仅与车辆驱动系统提供的牵引力有关,而且与路面和车轮之间的接触状态有关。其数值为: tt TF r(3-2) 式中: Tt作用与驱动轮上的转矩; r车轮半径。 传统内燃机汽车中, Tt是由发动机产生的转矩,由于电动汽车采用电动机驱动,所以在电动汽车中 Tt是由电动机输出的转矩经传动系统传递到车轮上的。令传动系统总传动比为 i,传动系统的机械效率为 t。驱动电动机的输出转矩为 Ttq,则有: t tq tT T i (3-3) 因此汽车的驱动力为: 21 8 0 0 9 . 8 0 . 0 1 2 5 0 0 . 4 1 . 8 5 0()0 . 9 3 6 0 0 7 6 1 4 0Pe (3-
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