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机械毕业设计车辆工程全套

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CLYY01-008@ST5063TQZ清障车改装设计,机械毕业设计车辆工程全套

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设备设计诊断维修再制造 现代制造工程2010年第3期可折叠式道路清障车的机构设计及优化乐韵斐，施俊俊，王临春(同济大学机械工程学院，上海200092)摘要：针对一种新型的可折叠式道路清障车，对其液压抱胎机构、液压折叠机构和液压举升机构进行机构设计与分析，采用协调曲线法，利用MATLAB优化工具箱对液压举升机构进行机构多目标函数的优化设计，得到液压举升机构的优化杆长，为运动学和动力学分析提供了必要的前提条件。关键词：道路清障车；液压系统；机构设计；机构优化中图分类号：THl22文献标识码：A文章编号：1671_3133(2010)03珈11504Mechanism design and optimization of the road foldabIe wreckerLE Yunfei，SHI Juniun，WANG Linchun(College of Mechanical En舀neering，Ton西i University，Shanghai 200092，China)Abs咖ct：fresents a new ty】pe of the foldable wIecker，and瑚iIlly irI伽)duc鹤the mechanism design of hydraulic embracing tiremech醐ism，hydr“ic lming mech吼ism蛐d folding meeh醐ismMeanwhile，based on tlle eoordinated彻e method and the optimizatitoolbox of MAAB，studies t|le optinlal stmctural desi印0f multiple objective fuIlction mech狮i锄of hydr跏lic li佑ngmechanism in detail，蛐d obtains tlle op嚏imal kngtllThe study reslllts pm证de a prerequisite tIleoretical bis f撕tlle analysi8 ofkinematics锄d dyn蚵csKey words：mad wreckerhydmulic system；mechanism desi印；optimal stnlctural designO 引言清障车是一种个性化很强的功能性专用车辆，一般带有起重、托举和拖曳等装备，用于清除道路障碍物(主要是违章车辆或故障车辆)。第一台清障车始创于20世纪50年代公路交通比较发达的美国旧J。20世纪70年代，伴随着液压与控制技术的发展，清障车在技术、工艺上均已成熟，功能也比较完备，具有托举、起吊、拖曳、牵引、背拖和破拆等功能，引领清障设备进入了一个全新的发展阶段。我国清障车虽起步较晚，但发展迅速。20世纪80年代末期，我国开始生产清障车，目前国内已有几十家生产清障车的厂家。传统的清障车是以卡车为牵引装置的载体，如图1所示，在交通拥挤的路段它并不能够及时发挥其救援功能。为了更好地实现道路救援，以微型车为牵引装置载体的道路牵引装置相继出现。可折叠式道路清障车主要用于清理专用汽车公路和城市道路上的小型故障车辆及违章车辆，确保道路交通畅通，该车具有位置举升、牵引等功能。可折叠式道路清障车最大的优点就是其良好的通过性，可以迅速到达救援现场。近几年，国产轿车行业发展迅速，家庭用车也越来越多，可折叠式道路清障车的研究和生产将具有巨大的商机，并产生良好的社会效益。图1传统道路清障车1 可折叠式道路清障车总体结构如图2所示，可折叠式道路清障车主要由三部分组成：液压举升机构、液压抱胎机构和液压折叠机构，通过设计一套液压系统来实现上述机构的运动。所有动作均可实现自动化操作，能够由一人轻松控制完成对故障车或违章车的牵引工作。整个操作过程预计在23min内完成。液压系统工作原理如图3所示。它由动力泵1、溢115万方数据nts现代制造工程2010年第3期 设备设计诊断维修再制造图2可折叠式道路清障车总体结构Aa)液压抱胎机构简图B图4液压抱胎机构A曰和A口的转动，当液压缸伸长时，曲柄AB以铰点A为中心顺时针转动，曲柄A曰7以铰点A 7为中心逆时针转动，即实现展开清障车车架的动作，反之，当液压缸缩短时，曲柄AB以铰点4为中心逆时针转动，曲柄A图3液压系统工作原理1动力泵2卸荷溢流阀3调速阀4电磁换向阀5平衡阀B流阀2、调速阀3、电磁换向阀4、平衡阀5和液压缸等组成。液压动力泵站为各翻转模块提供动力，通过电磁换向阀切换来实现各液压缸动作顺序；举升油缸的同步通过调速阀来实现，当举升机构突然停止时，通过平衡阀可以产生一定背压，以平衡重力负载和实现缓冲。2可折叠式道路清障车结构设计21 液压抱胎机构设计如图4所示，液压抱胎机构采用的是一套曲柄摇块机构。由图4a可见，抱胎液压缸作为驱动元件，通过其伸缩的变化带动曲柄日C的转动，同时液压缸以铰点A为中心摆动，当液压缸伸长时，此时曲柄Bc以铰点C为中心顺时针转动，即实现夹紧车胎的动作，反之，当液压缸缩短时，曲柄BC以铰点C为中心逆时针转动，即实现放松轮胎的动作，其中曲柄Bc的转动角度范围为Oo900。22液压折叠机构设计如图5所示，液压折叠机构采用的是一套曲柄滑块机构。由图5a可见，折叠液压缸作为驱动元件，液压缸的活塞杆以直线的方式伸缩运动，从而带动曲柄116A A 7a)液压折叠机构简图b)液压折叠机构三维实体结构图5液压折叠机构万方数据nts设备设计诊断维修再制造 现代制造工程2010年第3期召7以铰点A 7为中心顺时针转动，即实现清障车车架折叠的动作，曲柄AB和AB的转动角度范围为0。一900023液压举升机构设计如图6所示，对违章或事故车辆的举升和下放动作由一套四连杆机构来实现，举升液压缸作为驱动元件，通过其伸缩的变化而带动连杆机构的运动。由图6a可见，当液压缸伸长，二肋c逐渐变大，从而引起杆加绕铰点层顺时针转动，杆A曰绕铰点A逆时针转动，进而实现铰点D的上抬，即实现举升的动作，反之，当液压缸缩短时，能够实现对事故车辆的下放动作。Db)液压举升机构三维实体结构图6液压举升机构3液压举升机构尺寸的优化设计31相关设计参数的确定设液压缸及机构的重量忽略不计；负载的重量为2t；上抬高度为200300mm；两个举升机构之间的距离为2000mm；举升液压缸缩回时的长度为400mm，伸出时长度为660mm。32液压举升机构初始状态力与力矩分析液压举升机构的初始状态如图7所示。假设初始状态时厶烈D为巩，ABD为口，举升结束时DAE为口。杆AD=Z，、杆肋=Z2、杆=厶、杆朋=f4。乞与Z，的夹角为a，设以铰点D作为分析的原点。图7液压举升机构的初始状态受力分析1)主动力矩肘主：芝+z；一160000姐21r， Z223sind2百2 sins(学)400=警(D：一d2)膨主=，抽+RZ4式中：F油为举升液压缸的驱动力；为举升液压缸驱动力到铰点D的力臂；皿为液压缸内径；d为活塞杆直径；p为油液密度；疋为铰点E的支反力。2)负载力矩M阻：肘阻2 F1 Zl式中：E为铰点4的支反力。33杆长优化设计与分析331选取设计变量杆AD=Z。、杆肋=Z：、杆cD=f3、杆加=f4，以杆长作为设计的变量，进行优化设计。332约束条件1)线性约束：500Zl600500Z2550150L2501500L1700700Z2一Z3ZlOZ2一L400Z102)非线性约束：(1)起升高度的非线性约束：250f2+艺一2z。z2cos口cos(秽1一氏)300(2)起升机构长度的非线性约束：Zlcos口1+Z2cos(180。一口一秽1)+f4350002600一cos日l一乞cos(180。一p一口1)一O333 目标函数1)要求初始状态和终止状态时，主动力矩肘丰和负载力矩舾阻的差值肘差最小，即：min肘差=F1厶一F油+疋(1)M蒡最小，意味着结构能承受更大的力矩。2)各杆长度的和最小，即：miIl=Zl+Z2+Z3+Z4 (2)L值最小，则意味着所需要的材料少，更加经济节约。目标函数式(1)、式(2)中涉及两项设计指标，期望两个目标同时达到最优值。分析时可以发现，机构越大，那么相应的承载能力也会增大，但是材料的损1】7万方数据nts现代制造工程2010年第3期 设备设计诊断维修再制造耗也增大。反之，机构越小，材料损耗减小，但是承载能力也会减小。如何找到既满足承载能力同时又使材料损耗相对较少的方案，成为解决问题的关键。求解多目标优化问题的基本思想是将各个分目标函数Z(戈)构造成一个评价函数八茗)：I菇)=(茗)；(戈)，：(戈)这样，可以将多目标优化问题转化为求解评价函数的单目标优化问题来处理。通过优化问题的处理比较，可采用协调曲线法。协调曲线法的基本原理是：首先求出多目标优化设计问题的若干非劣解，然后再从这些非劣解中根据某项预定的原则选出好解。实际上协调曲线法亦可以是求mi畋戈)，即：miq“髫)=工(茗)+w凭(髫)stg。(戈)O u=1，2，n式中：肜为加权因子；gn(茗)为约束条件。当加权因子形从零到无穷大时得到最优点的集合。通过MAlIAB的初步优化得出杆长为：Z。=600mm，如=500mm，Z3=220mm，=1500mm时，满足协调曲线法的要求。4结语本文介绍了可折叠式道路清障车的总体结构和液压系统原理，重点分析了可折叠式道路清障车三个主要液压驱动机构的设计，并利用MATLAB对液压举升机构进行了机构的优化设计，得到以下结论。1)液压驱动机构的设计能够实现预定的动作要求。2)液压驱动机构尺寸的优化和确定，为后期的运动学和动力学的分析提供了必要的基础。参考文献：1 马文星特种车辆M北京：化学工业出版社，20072 黎涛，潘龙勋道路清障车技术发展趋势J建设机械技术与管理，2004，17(5)3 孙靖民机械优化设计M北京：机械工业出版社，20004 周建兴，岂兴明，矫津毅，等MAlIAB从入门到精通M北京：人民邮电出版社，20085 孙恒，陈作模机械原理M北京：高等教育出版社2003作者简介：乐韵斐，副教授，从事机电液控制方面的研究。施俊俊。硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。E-Iil：嘞198620126收稿日期：20091003(上接第8页)4 Yacoot A，Koende舟LAspects of sc锄lling force microscope probes舳d tleir eHects on dimensional me幽um一啪ntJPhysD：ApplPhys，2008(41)5 王锐，徐化明，李聃，等定位生长法制备AFM单壁碳纳米管针尖J物理化学学报，2007，23(4)：5655686 徐化明，王锐，国立秋，等失效原子力显微镜硅针尖再生J】无机化学学报，2006，22(11)7 Nishijima H，K姗o S，Akita s，et a1caIbonN明01|ubeTips fDr sc咖iIIg Pmbe Micmscopy：Prep啪tion by aCon咖Iled Proc8锄d 0bnrati0f DeoxyIibo叫cleicAcidJApplPhysL舢，1999(74)：406140638 xu z w，zhao Q L，S哪T，et a1Welding Method forFabricaliIlg C曲on N肌otube Probe 0f At蛳ic ForceMicroscopyJJoumal of Material Proce88ing Technol-o影，2007(190)：397401】89 徐宗伟，房丰洲，张少婧，等基于聚焦离子束铣削的复杂微纳结构制备研究J天津大学学报，2009，42(1)：9l一9410F姐g F z，xu z w，zh蚰g G x，et a1Fabcati肌dco曲gIlration 0f carbon llanotube pmbes in atomicforce micDosc叩yJA肿als of the ClRP，2009(58)：455458作者简介：韩涛，硕士研究生，主要研究方向：聚焦离子束微结构加工工艺研究。Email：脚眦g弘lail嗍收稿日期：2009JD6-27万方数据nts可折叠式道路清障车的机构设计及优化作者： 乐韵斐， 施俊俊， 王临春， LE Yun-fei， SHI Jun-jun， WANG Lin-chun作者单位： 同济大学机械工程学院,上海,200092刊名： 现代制造工程英文刊名： MODERN MANUFACTURING ENGINEERING年，卷(期)： 2010，(3)被引用次数： 0次参考文献(5条)1.马文星 特种车辆 20072.黎涛.潘龙勋 道路清障车技术发展趋势期刊论文-建设机械技术与管理 2004(5)3.孙靖民 机械优化设计 20004.周建兴.岂兴明.矫津毅 MATLAB从入门到精通 20085.孙恒.陈作模 机械原理 2003相似文献(2条)1.期刊论文 乐韵斐.施俊俊.王临春.LE Yun-fei.SHI Jun-jun.WANG Lin-chun 可折叠式道路清障车的机构设计及优化 -建筑机械（上半月）2010,(3)介绍一种新型的可折叠式道路清障车.重点介绍了液压抱胎机构、液压折叠机构和液压举升机构的机构设计,并结合Matlab优化工具箱对液压举升机构进行