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装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计.doc
XYY01-147@装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计
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机械毕业设计全套
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XYY01-147@装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计,机械毕业设计全套
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外文翻译 Design and Development of a Competitive Low-Cost Robot Arm with Four Degrees of Freedom 一个具有竞争力的低成本的四自由度机械人手臂的设计与开发 系 别： 机械工程学院 专业名称： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 曾 畅 学 号： 10201420722 指导老师： 匡建新 职称： 教授 完成日期 2014 年 3 月 nts 摘 要 这项工作的主要重点是设计，开发和实施具有竞争力的机器人手臂具有增强控制和粗短的成本。机器人手臂的设计采用四自由度和才华来完成精确简单的任务，如光材料处理，这将被整合到了作为一个助理为工业劳动力的移动平台。机器人手臂上配有数个伺服电机的臂之间做链接和执行的手臂动作。伺服电机编码器包括使没有控制器实施。控制我们使用 LabVIEW ，它执行逆运动学计 算和串行通信的适当的角度，以一个微控制器，驱动伺服电机，修改的位置，速度和加速度的能力的机器人。机器人手臂的测试和验证，进行和结果表明，正常工作。关键词：机器人手臂，低成本，设计，验证，四自由度，伺服电机， Arduino的的机器人控制， Labview 的机器人控制 nts 目 录 1 引言 . 1 2 机械设计 . 1 3 机械手逆运动 . 6 4 最终选择效应 . 6 5 机械手的控制 . 7 5.1 逆运动学控制 . 8 5.2 手动 . 9 6 测试和验证 . 10 7 结果与讨论 . 11 7.1 伺服电机运动范围 . 11 7.2 电流消耗 . 12 7.3 最大负载 . 12 7.4 最终位置 . 12 8 结论 . 13 参考文献 . 14 nts 1 1 引言 机器人实际上是定义为研究，设计和使用机器人系统的制造 1。机器人通常用于执行不安全的，危险的，高度重复的，和 单调 的任务。它们具有许多不同的功能，如材料处理，组装，电弧焊接，电阻焊接，机床的装载和卸载功能，刷涂，喷涂等。主要有两种不同类型的机器人：一个服务机器人以及工业机器人。服务机器人是机器人，工作半或完全自主地去履行服务，有用的福祉人类和设备，但不包括生产操作 2 。工业用机器人，在另一 方面，被正式通过 ISO 定义的自动控制和多用途可编程操纵器在三个或更多个轴 3。工业机器人是移动的材料，零件，工具，或通过可变的程式动作的专门设备来执行各种任务。工业机器人系统不仅包括工业机器人，但也能够执行其任务以及测序或监视通信接口需要对机器人的任何设备和 /或传感器。 2007 年全球市场增长了 3，约 114,000 新安装的工业机器人。截至 2007 年底，全国共有大约一万个工业机器人的使用，估计有50,000 服务机器人用于工业用途比较 3 。由于增加使用工业机器人手臂，演变到该主题开始试图模仿人类动作的细节 模式。例如一组学生在韩国做创新的设计，为舞蹈的手，举重，中国书法和颜色分类机械臂考虑 4 。另一组工程师在美国开发八个自由度机械臂。该机器人是能够把握多个对象与很多从笔形状的一球，也模拟人类的手 5。在空间上，航天飞机遥控器系统，被称为 SSRMS 或Canadarm ，其继任者是例子多度已经用来执行各种使用专门部署热潮的任务，例如航天飞机的检查自由机械臂有摄像头和连接在末端执行器和卫星的部署和检索演习从货舱航天飞机传感器 6 。 在墨西哥，科学家们已经上了轨道设计和 发展 许多机器人的手臂，墨西哥政府估计， 在墨西哥有在不同的工业应用中使用了大约 11,000 机械臂。不过，专家认为，机器人手臂的最高点，不仅质量更高，而且准确，可重复性和粗短的成本。 大多数机器人都设置了一个操作的示教和重复技术。在这种模式下，一个训练有素的操作者（编程器）通常使用的便携式控制装置（示教）手动教机器人的任务。在这些编程会话机器人的速度很慢。 目前的工作是一个两阶段的项目，这需要一个移动机器人能够运送工具从存储室到工业单元的一部分。在这个阶段中的项目，该项目开展了在科技，墨西哥蒙特雷大学，主要的重点是设计， 制定和实施了工业机器人手臂 粗短的成本，准确和优越的控制。这个机器人手臂的设计采用四自由度和才华来完成简单的任务，如光队友里亚尔处理，这将被整合到移动平台的形式，作为一个助理为工业劳动力。 2 机械设计 机器人手臂的机械设计是基于一个机器人操作器具有类似功能的一个人的nts 2 手臂 6-8。这样的操纵器的链接是由关节，允许旋转运动和操纵器的链接被认为形成一个运动链连接。机械手的运动链的业务最终被称为末端效应器或臂端的 - 工具，它是类似于人的手。图 1 显示了自由体图的机器人手臂的机械设计。 图 1 机械手的自由体图 如图所示，端部执行器不 包括在设计，因为市售的夹持器被使用。这是因为端部执行器是系统中最复杂的部分之一，并且，反过来，这是很容易和经济地使用商业 化 生 产 它。 图 2 示出了机器人手臂的工作区域。 图 2 机械手工作区域图 这是一个机器人臂具有四个自由度（ DOF 4）的典型的工作空间。机械设计仅限于 4 自由度，主要是因为，这样的设计允许大部分必要的运动，并保持 成本和机器人竞争的复杂性。因此，关节的旋转运动被限制，其中旋转的肩完成围绕两个轴和周围只有一个在肘和手腕上，参见图 1。 机器人手臂的关节通常是由驱动的电气马达。伺服电动机被选择，因 为它们包括编码器，它可以自动提供nts 3 反馈给电动机并相应地调整位置。但是， 这些电动机的缺点是转动范围小于 180跨度，从而大大减小了臂和可能的位置到达该区域的 9。的基础上，选定了伺服电机的资格 由结构和可能的负载所需的最大扭矩。在目前的研究中，用于构造的材料是丙烯酸树脂。 图 3 示出用于负载计算的力的图。的计算均只对具有最大负荷关节，由于其他关节将具有相同的电机，即电机可以移动的链接没有问题。计算考虑了权重 的电动机，约 50 克，除电机在关节 B 的重量，因为它是通过链接的 BA。图 4 示出了力示意图上链路 CB，它包含 接头（ B 和 C）具有最高的负载（携带了该书的 DC 和 ED）和计算如下进行。 图 3 机械手负载分布图 图 4 CB 段负载分布图 用于扭矩计算的值： WD= 0.011 千克（体重链接的 DE） WC= 0.030 千克（体重链接的 CD） WB= 0.030 千克（体重链路的 CB） L = 1 千克（负载） CM = Dm 为 0.050 公斤（重电机） LBC 为 0.14 米（公元前链路的长度） nts 4 液晶显示屏为 0.14 米（链接的 CD 长度） 斯 = 0.05 米（ LINK DE 的长度） 执行力之和在 Y 轴，用负 载，如图 4 中，并求解 CY 和 CB，见方程（ 1） - （ 4）。同样，执行的时刻周围的点 C 的总和，式（ 5），和点 B，方程 化（ 6），以获得在 C 和 B，等式（ 7）和（ 8），分别在转矩。 0)( yMCmDy CgCWDWLF NsmKgC y 18.11/8.9)141.1( 2 0)( yMCmDy CgCWDWLF NsmKgC y 4 7 5 8.11/8.9)171.1( 2 )()( 22 DECDc LCDDLWC LWM 0)()( CCDmDECD MLDLLL 0)()( 2DELCDBCDDECDBCB LLWLLLLM )()( 2CDLBCDEBCm LWcLLD 0)()( 2 BLBBCm MWLC BC （ 6） inozNmM c /6.278968.1 （ 7） inozNmM B /38.503554.3 （ 8） 该被选择的基础上，计算在伺服马达，是 Hextronik HX12K ，其具有 280盎司 /英寸的扭矩。该电动机被推荐，因为它比任何其他电机与同样规格便宜得多。由于我们需要更大的扭矩在关节 B，见公式（ 8） ，我们使用两个电动机在点 B 处，以符合扭矩要求 ;然而，一个马达是不够的其它关节。采用两台电机的合资 B 比使用一个大电机 560 盎司 /英寸便宜得多。 图 5 伺服电机 可以在图 5 中示出，其他有关的特征是，它们可以转动 60 度，在 130 毫秒nts 5 和它们有各自 47.9 克的重量。一旦被定义为机器人手臂和电机的初始尺寸，设计进行了使用 SolidWorks 平台 ;设计应仔细考虑丙烯酸类片材的厚度和该块将被彼此连接的方式。用于使机器人的聚丙烯酸酯片材是 1/8 厚度和该薄片的选择，因为它更容易加工和更轻的重量以良好的抗性。在设计过程中，我们面临着由于强烈的加盟薄亚克力部分的方式有些困难。它是需要工具来烧，并加入丙烯酸零件和未提供的和球队认为机械结基于螺钉和螺母会比其他的替代品，如胶如多强。为了做到这一点， 一个小的特征，设计这允许紧固用螺母，螺栓，而不必在薄的丙烯酸层的螺丝。这个过程的结果是在图 6 所示立体设计。 图 6 机械手 3D 模型 按照设计的结束，每个部分被印在满刻度的硬纸板，然后我们核实了所有尺寸和组件的接口。反过来，我们建立了机器人手臂的第一个原型。接着，上述机器人手臂的部件从使用圆锯和皮肤的工具的聚丙烯酸酯片材进行机械加工。的详细说明在各部分被做在一个专业工场因为机器人手臂的部分太小，这并不是一件容易的实现这种小而准确的切割。在组装机器人部件的电机，几个问题弹出。有报道说，没有抵抗所述紧固， 并且，反过来，可能会破裂的临界点 ;因此，在这些点援军进行了审议。机器人手臂的最终结果示于图 7。 图 7 机械手总体装配图 nts 6 3 机械手逆运动 为了验证机械臂的定位准确，逆运动学计算进行。这样的计算来获得每个电机从通过使用直角坐标系， 图 8 坐标系 如图 8 所示的位置上的角度各电动机将具有特定功能：位于 A 结合的位置的马达，在 y 的最终元件轴，马达 B 和 C 的位置在 x 和 z 轴的最后一个元件。该问题已经通过使用 xz 平面简化，如图 9 在其下面的已知值被定义在 9 ：LAB ：前臂长度。 LBC ：臂长。 Z：在 z 轴上的 位置。 X：在 x 轴的位置。 Y：在 y 轴的位置。利用三角关系，如图 9 所示， 2 和 1 可以得到，如在方程（ 9）可见，（ 10）的马达角度。 图 9 XZ 平面 马达 B 将使用 1和马达 C 被打算用 2。的角度为马达 A 的计算公式为 EEN在等式（ 11）。通过这些计算，伺服电机的角度得到，从而他们采取的行动，整个结构移动到特定位置。 4 最终选择效应 端部执行器可能是该系统的最重要和最复杂的部分之一。 明显 的，它是非常nts 7 容易和经济地使用商业人比构建它。端部执行器主要是根据应用和机器人臂完成的任务而变化 ;它可以是气动，电动或 液压。由于我们的机器人手臂是基于在电力系统中，我们可以选择末端效应器的电基础。此外，本系统的主要应用是处理，因此，我们的末端执行器的推荐类型是一个夹持器，如图 10。 图 10 夹持器与伺服 5 机械手的控制 该机器人手臂能自动或手动控制。在手动模式下，训练有素的操作人员（程序员）通常使用的便携式控制装置（示教）教一个机器人做手工任务。在机器人的速度这些编程会话是缓慢的。在目前的工作中，我们所包围的两种模式。一个微控制器，一个驱动器和一个台电脑化用户界面：三个层次的呈现机器人手臂的控制基本上由。该系统具 有独特的特点，允许灵活的编程和控制方法，它是利用逆实施运动学 ;此外它也可以在全手动模式下实现。控制的电子设计示于图 11。 图 11 控制器的电子方案 nts 8 用微控制器是一个的 Atmega 368 ，它有一个名为 “ Arduino 的 ”发展规划板，如图 12 。 图 12 Arduino 的微控制器板 图 13 伺服控制器驱动器 编程语言非常类似于 C ，但包括几个库，帮助在 I / O 端口，定时器的控制和串行通信。该微控制器被选中因为它 具有低的价格，这是很容易重新编程，该编程语言是简单的，并且中断可用于这个特定的芯片。所使用的驱动程序是一个六通道微大师伺服控制器板。它支持三种控制方式： USB 直接连接到一台计算机， TTL 串口与嵌入式系统，如 Arduino 的微控制器和内部脚本中使用自包含和主机无需控制器的应用。这个控制器，如图 13 所示，包括位置和内置的速度和加速度控器 0.25 微秒分辨率 用户界面取决于所使用的控制方法，即，逆运动学或全手动模式。在下文中，每个接口描述： 5.1 逆运动学控制 在这种控制方法中，用户输入的坐标系统中的位置，其中 夹爪应。至于后果，接口与 LabVIEW 通过一个可视化的用户生成的，如图 14 图 14 Labview 的用户界面 nts 9 程序将自动执行逆运动学的计算，以得到每个电机应具有的角度，然后发送一个命令要么到微控制器，或直接将机器人移动到指定的位置的驱动器。通信是通过 RS- 232 协议进行。在下文中，您可能会看到 Labview 的用户界面的输入和输出。 LabVIEW 的用户界面输入： X 轴位置。 y 轴的位置。 Z 轴位置。夹持器打开。叼纸牙攻角。串行端口。 LabVIEW 的用户界面输出是： 电机 A 角。 电机 B1 角度。 电机 B2 角度。 电机 角。 攻角。 姿势角度 这样的输出变量进行处理，并通过适当的方式发送的，这样的信息可以在一个正确的方式来解释。该输出是通过其连通于控制器串行端口发送。当按钮 “移动 ”被点击时，一个过程将发生，如图 15 图 15 程序流程 在图 15 中，随着这个动作，所述机器人臂将根据所输入的值改变其位置。此外，它有一个待机按钮，停止该通信控制器。 这种方法的主要优点是，它使用移动的有效方法，并提供进一步的功能，可以实现，比如位置和顺序学习。的缺点，另一方面，是 使 具有有效的角度逆运动学计算之后可能的位置是非常有限的，因为伺服电机有180一个约束。 5.2 手动 这种类型的控制是我们的系统，在特定的位置有用多了一种选择。在强制的情况下持仓逆运动学模式不能计算其有效的角度，我们可以用手动控制来代替。 nts 10 基本上，手动控制包括一系列模拟输入，诸如电位器，一种是与这将解释该值并发送一个命令到伺服驱动器的微控制器相连。为了实现这一点，一个控制板，如图 16 图 16 电位器板 应该被构建为一个接口与用户的工作。可能实现包括教学功能，使微控制器存储在内存中，并通过键 盘或系列交换机，我们可能还记得这些职位的职位 。 6 测试和验证 若干 测试 是 验证该机器人臂和它的组件。 测验 涉及的特定元件和整个系统的，如图 17 所示。 图 17 机械手测试 微控制器测试是由软件发送不同的命令给单片机，检查这是连接到开启或关闭取决于命令伺服电机的输出发生变化。伺服电动机分别通过发送不同的直接脉冲到每个伺服电动机和验证移动到合适的位置的响应之后进行测试。我们使用的nts 11 标记知道在哪里的初始位置是和最终电机的位置是通过与微控制器发送信号，并且，反过来，它是由伺服解释和比较，由编码器提供的信号，从而在旋转到 所需的位置来确定。在测试过程中，伺服电动机是因为不正确的极化的不一致性与机器人臂系统。 伺服电机驱动器中使用 LabVIEW 软件发送命令到发送的特定命令其中有一台电机连接根据称道改变位置的驱动微控制器也测试。要注意到，在这一点很重要开始一个项目的不同的伺服电机驱动器被选中，但与他们和微控制器之间的通信几个问题都存在。所以，我们选择一个驱动器，允许数据被直接从计算机发送到它与只有一个 USB 线，所以，微控制器将仅在箱子的使用实现手动控制。其他测试，以验证整个系统的功能， 图 18 机器人手臂的动 作 如显示在图 18 中通过引入在 LabVIEW 界面中的特定位置和测量，以验证一个参考点和最后点之间的距离发生了那些测试：该从逆正确变换到正运动学，指定的角度和马达的转动之间的关系。机器人手臂的测试和验证是需要细长时间，因为需要几次迭代的任务之一。在我们的测试中，很多问题出现的：错误的角度计算，电机的错误校正，问题与物理角度和位置测量，因为这是没有预料过载烧毁伺服电机之一 。 7 结果与讨论 7.1 伺服电机运动范围 伺服电机的极限得到规范，因为这种类型的电机都包含有小于 180 度的跨nts 12 度。实际范围为所有电机被发现是在范 围 125 - 142 度，如表 1 所示的这清楚地表明，机器人手臂的实际操作是从机架的情况下不同。 表 1 电机角的范围 电动机 角度范围 电机 A 130 电机 B1 135 电机 B2 140 电机 142 电机攻击角度 125 7.2 电流消耗 消耗电流取决于负载和机器人臂的运动的类型。在目前的研究中，有 4 个级别的电流消耗为： 低（从 0 到 200 mA）。这种消费发生时，机器人处于静止状态（不运动的情况下）。 正常（从 200 到 500 mA）。这件事发生时，机器人手臂移动与能力去目标没有很大的扭矩需求。 高（ 500 mA 到 900 毫安）。达到按账面负载的开头这个范围。通过克服的惯性载荷的初始瞬间，在正常范围内发生的地方。 过电流（超过 900 MA）。负荷太重，电机不能动弹。为在此条件下被用于多于一分钟，将马达烧毁，也就是说，它是不可能使用的任何多 7.3 最大负载 这些结果是用不同的权重得到的 ;一袋玉米被用于与规模来决定包的体重。结果进行了使用机器人手臂拿起袋子，并将其移动到特定位置。表 2presents 的电流消耗袋玉米的不同权重。从表 2 中可以看出，该机器人可在负载没有问题的移动超过 50 克以下。在负载 60 克，机器人手 臂开始有困难，并通过 80 克后发生严重的情况，其中愤怒可逆的损害可发生在马达。 7.4 最终位置 结果表明，该机器人臂的精度移动至不同的重量（ 50 克），结果列于表 3 ，如图所示，在机器人手臂能够执行移动到指定的位置。然而，这种移动不平滑，有时马达没有足够的力，尤其是当负载很重。此外，一些问题可能会由于同步两个底部的电机。两个电机的步骤是不重合而引起的丙烯酸部位张力，这在箱子被过多会破坏的部分。 nts 13 表 2 负载与电流消耗 空载 电流损耗 20 克 低 40 克 正常 50 克 正常 60 克 高 80 克 过流 100 克 过流 表 3 精度上的所有轴 轴 精度（ + / - ） 1 厘米 2 厘米 1 厘米 8 结论 本文介绍了机器人手臂，具有天赋太一， plish 简单的任务，如光材料处理的设计，开发和实施。机器人手臂的设计和建造从那里伺服电机被用来进行武器之间的联系和执行的手臂动作亚克力材质。伺服电机编码器包括使没有控制器实施 ;然而，电机的转动范围小于 180范围，从而大大减小了臂和可能的位置到达该区域。机器人手臂的设计，因为这是有限的四个自由度设计允许大多数必要的运动和保持成本和 机器人竞争的复杂性。末端执行器是不包括在设计，因为市售的夹持器使用，因为它是更容易和经济地使用商业 1 比生成它。在设计过程中，我们面临着由于强烈的加盟薄亚克力部分的方式有些困难。根据螺钉和螺母的机械连接点被使用，并且，为了实现这一点，一个小的特征，设计这使与紧固螺母螺栓，而无需在薄亚克力层螺旋。到控制的机器人手臂，三种方法被执行：一个微控制器，一个驱动器，和一个基于计算机的用户界面。该系统具有独特的特点，允许在编程和控制方法的灵活性，它利用逆运动学实施 ;是 - 两侧也有可能是在全手动模式下实现。这个机器人手臂 是与他人的对比作为多比现有机器人手臂更便宜，还可以控制所有从一台计算机的动作，使用 Labview 的接口。数进行测试，以验证上述机器人手臂其中睾丸不但涉及特定元素和整个系统 ;在不同的操作条件下的结果显示信任的机器人手臂呈现的。 nts 14 参考文献 1 操作型工业机器人 - 词汇，国际标准化组织标准 8373 ， 1994 . 2 工业和服务机器人，机器人的 IFR 国际联合会， 2010. 3 案例研究和投资的机器人，机器人协会统计部， 2008 年盈利能力。 4 RJ 王， JW Zhang 等人， “多重功能的智能机械臂， ” FUZZ - IEEE 杂志，韩国， 2009 年 8 月 20-24 日 ,1995-2000 页。 5 LB 德，米 Syaifuddin 等人， “设计 8 自由度人型机器人手臂， ”国际智能与先进系统，吉隆坡， 2007 年 11 月 25-28 页 1069-1074 。 6 CR 佳丽酿， GG Gefke 和 BJ 罗伯茨， “介绍到航天飞行设计：太空机器人 ”太空机器人，马里兰大学巴尔的摩， 2002 年 3 月 26 日的研讨会。 7 职业安全与健康管理局技术手册， OSHA 3167 ，劳动， 1970 年美国国防部。 8 B.利亚诺， L. Sciavicco ， L.Villani 和 G Oriolo ， “机器人，建模，规划与控制 ”，施普林格，伦敦， 2009 。 9 M. P. Groover and M.Weiss， “工业机器人 ,可编程 的技术 应用 “MC-格劳山，墨西哥 D.F.， 1989 nts 1 湖南工学院 2014届毕业设计（论文）课题任务书 学院： 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师 匡建新 学生姓名 曾 畅 课题名称 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 内容及任务 内容： 转向系统是机动车辆非常关键不可缺少的一个部分。转向系统性能的好坏，直接影响到机动车辆的其它系统性能的发挥和车辆安全行驶性能，对于装甲车来说更是如此。当装甲车需要具有渡江渡海能力时，就称为 两栖装甲 车辆 ，同样其水上转向系统又是决定它在水中性能否快速反应的关键。 任务： 1. 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统的结构特征、装配性能要求； 2. 液压摆动油缸方案设计； 3. 液压系统的总体方案设计； 4. 液压摆动油缸的装配图、零件工作图、液压系统工作原理图； 5. 撰写设计说明书（论文） 拟达到的要求或技术指标 1.完成不少于 3 张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的 1 号图纸，同时至少有折合 1 号图幅以上的图纸用手工绘制； 2.按要求格式独立撰写不 少于 12000 字的设计说明书，且“中文摘要 ” 不少于 400 字； 3.至少翻译一篇本专业外文文献（ 10000 个以上印刷符号），并附译文； 4.查阅到 10 篇以上与题目相关的文献； 5.要求设计的总体方案先进、合理，符合国家标准；设计计算、校核正确无误； 6.安装、调整和检验要方便 ； 7.制定出合理的工艺规程，确保产品质量、提高生产效率、降低生产成本 nts 2 进度安排 起止日期 工作内容 备注 2.28 3.11 日 3.14 3.25 日 3.28 4.08 日 4.11 5.06 日 5.09 5.13 日 5.16 6.03 日 6.06 6.10 日 完成毕业设计的选题和开题报告 ； 进行毕业实习及调研 ； 进行工艺及结构设计 ； 绘制零件图和装配图 ； 对整个设计进行合理性检查 ； 撰写设计说明书 (论文 )及毕业答辩的准备 ； 毕业设计答辩。 主要参考资料 1 邱宣怀主编 .机械设计 .第四版 .北京：高等教育出版社， 1997 2 吴宗泽，罗圣国主编 .机械设计课程设计手册 .第二版 .北京：高等教育出 版社， 1999 3 陈家瑞主编汽车构造北京：人民交 通出版社， 2002 4 王望予 .汽车设计 .第四版 .北京：机械工业出版社， 2005 5 韩德恩，郭玉久等编 .奥迪轿车构造 .北京：机械工业出版社， 1992 6 徐寅生，汪立亮，赵晓忠等编著 .现代汽车自动变速器原理与检修 .北京：电子工业出版社， 2000 7 蒋兴阁著 .中外汽车构造图册发动机分册 .长春：吉林科学技术出版社， 1995 教研室 意见 年 月 日 学院主管领导意见 年 月 日 nts 3 湖南工学院 2014 届毕业设计（论文）指导教师评阅表 学院： 机械工 程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名 曾畅 学 号 10201420722 班 级 机本 1007 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 匡建新 课题名称 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平 或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；） 是否同意参加答辩： 是 否 指导教师评定成绩 分值： 指导教师签字： 年 月 日 nts 4 湖南工学院 2014 届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 学院： 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 说明：最终评定成绩 a+b+c，三 个成绩的百分比由各学院自己确定，但应控制在给定标准的 10左右。 学生姓名 曾畅 学号 10201420722 班级 机本 1007 答辩 日期 课题名称 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 指导 教师 匡建新 成 绩 评 定 分值 评 定 小计 刘吉兆 匡建新 毕红霞 邓新贵 伍利群 课题介绍 思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。 30 答辩 表现 思维敏捷 ,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入 , 知 识 面宽。 必 答 题 40 自 由 提 问 30 合 计 100 答 辩 评 分 分值： 答辩小组长签名： 答辩成绩 a： 20 指导教师评分 分值： 指导教师评定成绩 b： 60 评阅教师评分 分值： 评阅教师评定成绩 c： 20 最终评定成绩： 分数： 等级： 答辩委员会主任签名： 年 月 日 nts 5 湖南工学院毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 学生姓名 曾畅 班级学号 10201420722 专业 机械设计制造及其自动化 1. 课题任务的学习与理解 转向系统是机动车辆非常关键不可缺少的一个部分。转向系统性能的好坏，直接影响到机动车辆的其它系统性能的发挥和车辆安全行驶性能，对于装甲车来说更是如此。当装甲车需要具有渡江渡海能力时，就称为 两栖装甲车辆 ，同样其水上转向系统又是决定它在水中性 能否快速反应的关键。 现在的两栖装甲车的水上转向系统是把柱塞式液压油缸的往复运动转换为水门或侧舵的旋转运动，使水门或侧舵打开或关闭。其电器系统最早是基于继电器控制；目前为基于单片机和传感器的闭环控制系统或 PLC 控制；最新的发展趋势是基于 CAN 总线协议的单片机控制。 由于当前的 两栖装甲车辆 的驱动装置是柱塞式液压油缸，因此采用摆动液压油缸在占用空间小、减少传动链、使用安全方面具有特殊的创新意义，具有实际使用价值。这样使得 两栖装甲车辆 能够装载更多的作战装备，从而使整车的综合性能得到提高。 2. 阅读文献资料进行调研的 综述 1路甬祥等编著 . 液压气动技术手册 M. 机械出版社 ， 2002.3 2机械工程手册电机工程手册编辑委员会编著 .机械工程手册传动设计卷 M.机械出版社， 1997.7 3蔡春源等编著 .机械设计手册 M.机械出版社， 1992.7 4黄谊等编著 . 液压传动 M.机械出版社， 2005.5 5周凤云等编著 . 工程材料及应用 M.华中科技大学出版社， 2002.3 6杨永才等编著 .机械设计新标准应用手册 M.北京科学技术出版社， 1993.1 7许学林等编著 . 互换性与测量技术基础 M.湖南大学出版社， 2005.6 8成大先等编著 . 机械设计图册 M.化学工业出版社， 1997.5 9 曹国华等编著 . 高速嵌入式单片机原理与接口技术 M. 国防工业出版社， 2004（ 2005.7） 10 李朝青编著 .单片机原理及接口技术 M. 航空航天大学出版社， 1998.11 11 黄任编著 . AVR 单片机与 CPLD/FPGA 综合应用入门 M. 北京航空航天大学出版社， 2004.8 12 吴双力等编著 .AVR GCC 与 AVR 单片机 C 语言开发 M. 北京航空航天大学出版社， 2004.10 13 成继勋编著 .微型计算机控制技术 M. 中国矿业大学出版社， 2001.8 14 雪茗斋电脑教育研究室编著 .Protel DXP 电路设计制版 100 例 M. 人民邮电出版社， 2005.4 15 程昱，刘建伟编著 Protel DXP 电路设计白金教学 M 科学出版社 2004 16 甘登岱主编 . Protel DXP 电路设计与制版实用教程 M. 人民邮电出版社， 2004.7 17 张建民等编著 . 机电 一体化系统设计 M（第二版） . 高等教育出版社 ， 2001 18 / 19 / 本设计主要是对水陆两用的装甲车在水中浮动时的驱动装置进行设计，采用液压摆动油缸能够节省nts 6 空间，减轻重量，借助于控制系统，能够实现其良好的运转。在整个系统中，水门的工作性质决定了对控制的当前优先性，在操作的时候主要是实现摆动油缸的正反转的问题，通过对摆动油缸的机构设计，实现摆动液压油缸需要的转动角度。在油缸的结构中，设计了两块叶片和两个定 位挡块，通过定位挡块的限位作用，保证叶片在 090 度的范围内转动，同时设计两个叶片也有利于摆动液压油缸的内部平衡。对于方案的可行性，通过一系列的计算验证是可行的，在现实中有一定的实际意义 ,能够用于实际生产 3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案（含具体进度计划） 对于本设计提出的两个方案优缺点，在设计方案的比较结论中已经详细叙述，此处不再赘述。通过对方案二的具体设计，证明了采用在轴上加工叶片的优势。 系统中，水门的工作性质决定 了对控制的当前优先性 ，在实现时不仅仅是 控制摆动油缸 的正反转的问题，而是要对 液压油路 进行 自动 的控制，在控制中 引入 电位器，以实现 摆动液压油缸所要求 转 的 角度， 从而 达到控制的目的。 经过 本次 毕业设计，我学到了许多书本外的知识。毕业设计题目选定后，面对着对装甲车技术的空白，我只有尽可能的看相关的书籍，查相关的资料。而对于军工产品，资料是相当难寻的，所以在开题后难以入手。在一次次地翻阅书籍、查资料、进行设计和初步构思这期间，对系统的界面和思路更是做了无数次的修改。 毕业设计不同于以往的课程设计，涉及知识面广，技术前沿，相关资料少，工作量庞大，同时要求也更高。驱动装置及 控制的结合，对我来说就是真正地实现了机电一体化，课题对我的专业来讲是一次知识的巩固，同时也是一次提高，经过这次设计之后，对以前所学的机械基础、电学控制等方面的知识有了很大的提高、加深和升华，同时也更进一步提高了我的自学能力、解决问题的能力和对综合知识运用的能力。 研究步骤如下： 1、收 集关于 水上转向系统液压摆动油缸及液压 的设计资料，了解 惯 水上转向系统液压摆动油缸及液压 在自动化生产企业中的运用情况。 2、分 析 水上转向系统液压摆动油缸及液压 运行 过程的条件，提出总体设计方案，选择适当传动方式。 3、完成 成移栽 水上转向系统液压摆动油缸及液压 的结构设计，选定相关标准 。 4、 绘制 水上转向系统液压摆动油缸及液压 的主要零部件的工程图，绘制整体装配图 。 nts 7 序号 设计（论文）各阶段内容 起止日期 1 收集资料，英文资料翻译 2.10-3.10 2 油缸的整体设计 3.10-3.20 3 叶片轴的加工工艺规程 3.20-3.30 4 液压油路设计 4.1-4.10 5 撰写设计说明书 4.10-5.24 6 毕业答辩及论文修改、资料整理 5.25-6.5 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 注：可另附 A4 纸 nts 8 湖南工学院毕业设计 (论文 )工作进度检查表 题目 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 学生姓名 曾 畅 班级学号 10201420722 专业 机械设计制造及其自动化 指 导 教 师 填 写 学生开题情况 学生调研及查阅文献情况 毕业设计（论文）原计划有无调整 学生是否按计划 执行工作进度 学生是否能独立完成工作任务 学生的英文翻译情况 学生每周接受指导的次数及时间 毕业设计（论文）过程检查记录情况 学生的工作态度在相应选项划“ ” 认真 一般 较差 尚存在的问题及采取的措施（从教务系统中打印 6 次指导记录）： 指导教师签字： 年 月 日 学院意见： 负责人签字： 年 月 日 nts 9 湖南工学院 毕业设计（论文）答辩资格审查表 题 目 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 学生姓名 曾 畅 学 号 10201420722 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 匡建新 内容综述 （对毕业设计或论文的研究步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述，提出答辩申请） ： 转向系统是机动车辆非常关键不可缺少的一个部分。转向系统性能的好坏，直接影响到机动车辆的其它系统性能的发挥和车辆安全行驶性能，对于装甲车来说更是如此。当装甲车需 要具有渡江渡海能力时，就称为 两栖装甲车辆 ，同样其水上转向系统又是决定它在水中性能否快速反应的关键。 研究步骤如下： 1、收 集关于 水上转向系统液压摆动油缸及液压 的设计资料，了解 惯 水上转向系统液压摆动油缸及液压 在自动化生产企业中的运用情况。 2、分 析 水上转向系统液压摆动油缸及液压 运行 过程的条件，提出总体设计方案，选择适当传动方式。 3、完成 成移栽 水上转向系统液压摆动油缸及液压 的结构设计，选定相关标准 。 4、 绘制 水上转向系统液压摆动油缸及液压 的主要零部件的工程图，绘制整体装配图 。 申请人签名： 日期： nts 10 资 格 审 查 项 目 是 否 01 工作量是否达到所规定要求 02 文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等） 03 是否完成任务书规定的任务 04 完成的成果是否达到验收要求 05 是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文） 指导教师签名： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见： 符合答辩资格，同意答辩 不符合答辩资格，不同意答辩 审查小组成员签名： 年 月 日 注：此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。 nts 11 湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表 题 目 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 学生姓名 曾 畅 班级学号 10201420722 专业 机械设计制造及其自动化 评阅 教 师姓名 职称 工作单位 评分内容 具 体 要 求 总分 评分 开题情况 调研论证 能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。 10 外文翻译 摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。 10 设计质量 论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。 35 创新 工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。 10 撰写质量 结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格 式规范，符合规定字数要求。 15 综合能力 能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。 20 总评分 评阅教师 评阅意见 评阅成绩 总评分 20% 评阅教师签名 日期 nts 12 湖南工学院毕业论文答辩记录表 论文题目 装甲车水上转向系统液压摆动油缸及液压系统设计 学生姓名 学 号 学 院 专 业 曾畅 10201420722 机械工程学院 机械设计制造及其自动化 答辩时间 2014.05.29 答辩地点 4213 指导教师 匡建新 答辩组成员 刘吉兆 匡建新 毕洪霞 邓新贵 伍利群 答辩记录： 记录人： nts 装甲车水上转向系统液压摆动 油缸及液压系统设计 院 、 部： 机械工程学院 学生姓名： 指导教师： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 完成时间： nts 目 录 1.绪 论 . 1 1.1 课题的研究背景及发展状况 . 2 1.2 两栖装甲车辆概述 . 2 1.2.1 两栖装甲车辆的问世及发展概况 . 2 1.2.2 两栖装甲车的结构 及战技性能 . 4 1.2.3 两栖装甲车的未来发展趋势 . 5 1.3 水上转向系统概述 . 6 1.4 液压摆动油缸概况 . 7 1.5 液 压系统概叙 . 8 1.6 液压系统设计的基本要求 . 9 2.系统设计方案 . 11 2.1 摆动液压缸的设计概况 . 11 2.2 原设计方案相应 工作元件的性能特点 . 11 2.3 设计参数 . 14 2.4 所设计的摆动液压油缸技术数据 . 14 3.油缸的整体设计 . 12 3.1 缸体设计 . 15 3.1.1 缸体端部联接结构 . 15 3.1.2 缸体的材料 . 15 3.1.3 缸体的技术要求 . 17 3.1.4 铸造方法 . 18 3.1.5 缸体的外观视图 . 18 3.2 缸盖 . 18 3.2.1 缸盖的材料 . 18 3.2.2 缸盖的内外侧外观视图 . 18 3.2.3 缸盖的技术要求 . 19 3.3 轴与回转叶片 . 19 3.3.1 设计方案的提出 . 19 3.3.2 设计方案一 . 19 nts 3.3.3 设计方案二 . 21 3.3.4 对两个方案的比较 . 22 3.3.5 方案二叶片轴外观图 . 22 3.3.6 关于液压缸的轴与叶片等 计算 . 23 3.4 止挡 . 24 3.4.1 材料 . 24 3.4.2 技术要求 . 24 3.5 支撑板 . 25 3.5.1 材料 . 25 3.6 螺纹联接 . 25 3.7 键联接 . 27 3.8 密封的设计与选用原则 . 27 3.8.1.基本要求 . 28 3.8.2.影响密封性能的因素 . 28 3.8.3.密封件的设计选用原则 . 28 3.8.4 密封件的设计选用 . 28 4.叶片轴的加工工艺规程 . 30 4.1 机械加工工艺规程的作用 . 30 4.2. 毛坯分析 . 30 4.3 定位基准的选择和加工顺序的安排 . 30 4.4 工艺过程分析 . 31 4.5 加工阶段的划分 . 31 4.6 工序顺序的安排及制造工艺过程 . 32 5液压油路设计 . 33 参考文献 . 36 结 论 . 37 致 谢 . 38 nts 摘 要 本设计主要是对水陆两用的装甲车在水中浮动时的驱动装置进行设计，采用液压摆动油缸能够节省空间，减轻重量，借助于控制系统，能够实现其良好 的运转。在整个 系统中，水门的工作性质决定了对控制的当前优先性，在操作的时候主要是实现摆动油缸的正反转的问题，通过对摆动油缸的机构设计，实现摆动液压油缸需要的转动角度。在油缸的结构中，设计了两块叶片和两个定位挡块，通过定位挡块的限位作用，保证叶片在 090度的范围内转动，同时设计两个叶片也有利于摆动液压油缸的内部平衡。对于方案的可行性，通过一系列的计算验证是可行的，在现实中有一定的实际意义 ,能够用于实际生产。 关键词 摆动液压油缸；驱动装置；叶片；定位挡块 nts ABSTRACT The thesis discusses the design of amphibious armored vehicles drive device,when is floating in the water.It can save space ,reduce weight when we use Hydraulic oscillating cylinder ,and achieve its good functioning by the use of control systerm.throughout the systerm,the work nature of the Watergate decides the current priorities,it mainly focuses on the rotating direction of the tank ,when is swinging in the operation.through the structure design of swinging tank,it can achieve rotation angle of Hydraulic oscillating cylinder,which is needed.In the structure of tank,I design two leaves and two located blocks， it can assure the leavesrotation in the scope of 0-90 ,and meanwhile the two design leaves are alconducive to swing cylinders inte For the feasibility of the program,we can use a series of calculation,which is proved to be feasible,and there are certain pratical significance too,which can be used for actual productio. Keywords ： Hydraulic oscillating cylinder,drive device,leaves,located block nts 1.绪 论 1.1 课题的研究背景及发展状况 转向系统是机动车辆非常关键不可缺少的一个部分。转向系统性能的好坏，直接影响到机动车辆的其它系统性能的发挥和车辆安全行驶性能，对于装甲车来说更是如此。当装甲车需要具有渡江渡海能力时，就称为 两栖装甲车辆 ，同样其水上转向系统又是决定它在水中性能否快速反应的关键。 现在的两栖装甲车的水上转向系统是把柱塞式液压油缸的往复运动转换为水门或侧舵的旋转运动，使水门或侧舵打开或关闭。其电器系统最早是基于继电器控制；目前为基于单片机和传感器的闭环控制系统或 PLC控制；最新的发展趋 势是基于 CAN总线协议的单片机控制。 由于当前的 两栖装甲车辆 的驱动装置是柱塞式液压油缸，因此采用摆动液压油缸在占用空间小、减少传动链、使用安全方面具有特殊的创新意义，具有实际使用价值。这样使得 两栖装甲车辆 能够装载更多的作战装备，从而使整车的综合性能得到提高。 1.2 装甲车辆两栖的概述 具有浮渡能力的在水 里 一类装甲车辆 是指 两栖装甲车辆，具有两栖性能 是本车的最大特色 。 轮带和履带是两种不同类型的装甲车 ；两栖装甲战斗车辆 、 两栖装甲保障车辆两类 是根据作战能力的区别而划分 ， 比如说战斗车辆等。 两栖装甲救护车属于两栖装甲 保证车辆 。两栖装甲车辆依靠螺旋桨喷水推进器等装置在水中推进。全球 规模较大的各海军陆战队 最重要的 装备之一 是 两栖装甲车辆 。 1.2.1 两栖装甲车辆的问世及发展概况 英国是两栖装甲的原产地。时间大概是 1918年 10月左右。在 1920 年间有改装了坦克，作为第一辆水路两栖的装甲车辆。在当时那个年代，可谓是创造了一个很大的奇迹。并且推动了两栖装甲车的发展。不久之后，苏联也发明了水陆坦克。也是推动了装甲车辆划时代的进步。这不仅是苏联人民的骄傲，也是世界的骄傲。 从一战到二战期间是装甲车辆发展较慢的时期，这是大家公认的 结果。这是为什么？最重要的一个原因是登陆作战没有进入到指挥员的眼睛里。后来在二战期间，由于战争的节节失利，形势非常不乐观。 nts 二战开始后，在欧洲、北非及太平洋各战场，由于盟军初期的失利，致使随后的反攻作战非从海上发起不可，因此登陆作战的次数相当频繁，规模越来越大，组织指挥更加复杂登陆作战才再次受到各国军事专家的重视。登陆作战的广泛应用，不仅在各个战区，而且在战争的各个阶段都起了重要作用，给两栖装甲车辆的发展创造了历史机遇。 1942年，日本研制成功 “ 卡米沙 ” 水陆坦克，车尾装有螺旋桨，水上最大航速达到了 9.6千 米 /小时。同年，美国开始对一种被叫做 “ 鳄鱼 ” 的 LVT1两栖车辆进行改进，并命名为 “ 水牛 ”LVT2 ，其中加上装甲的称为 LVT（ A） 2，成为美国第一辆两栖装甲车，专门用于在两栖作战中运送军用物资。 1943年，美国又定型生产出发动机前置的 LVT3。在此之后，又将 LVT3 的尾门改装成跳板式，制造出 LVT4。LVT4战斗全重 16.5 吨，乘员 3人，载重 4086 千克可以装载 30名士兵或一辆吉普车，或 1门反坦克炮，采用风冷汽油机，最大功率 184千瓦，水上靠履带划水，最大航速达到 10千米 /小时，是二战期间 LVT 系列中生产数 量最多的装甲车。美国在不断发展 LVT系列装甲车的同时，为了适应登陆作战和岛屿争夺的需要，又在 M4中型坦克尾部加装 2 个直径为 66厘米的螺旋桨，并首次采用浮渡围帐提供附加浮力的方式，将重达 30 吨的坦克浮于水上，使水中最大航速达到了 8 10千米 /小时，这型坦克就是 M4DD 在诺曼底登陆作战中共 1 个 M4DD坦克营参战。 50 60年代，两栖装甲车辆的技术逐步走向成熟。 1952年，前苏联装备了集水陆、侦察等用途于一身的、设计独特的 76水陆坦克，随后又利用该坦克底盘研制成功了 -50 两栖装甲输送车。 -76水陆坦克采用船形装甲钢焊接车体，并最早使用了喷水推进器，水上航速达到 10千米 /小时，装有 1门 76毫米加农炮，能在水上射击。总产量高达 10000 辆，曾经有 30多个国家的军队装备该车，至今仍有一些 -76在编。 1960 年前苏联又开始装备一些 -60轮式两栖装甲输送车，该车累计生产了 2.5万辆，是其生产数量最多的一种轮式装甲车辆。与此同时，美国开发出了 LVTP5两栖装甲突击车系列。 LVTP5 有 3名乘员和34名载员，装有 1挺 7.62毫米机枪，车体前部有铰接其上的跳板，由液压机构控制。车体两侧各有 1 扇紧急舱门 ，发动机后置，水中靠履带划水，最大航速达 10.9千米 /小时。美国海军陆战队已于 1974年淘汰该系列，目前台湾海军陆战队中还装备有该系列中的 LVTH6 自行榴弹炮和 LVTR1 抢救车。 1964年，中国军队装备了自行研制的 63式水陆坦克。该坦克战斗全重 18 吨，乘员 4人，装有 1门 85毫米坦克炮，采用喷水推进器，水上最大航速达到 12 千米 /小时，当时称得上是世界最先进的水陆坦克。 nts 70年代至今，水陆坦克的发展基本处于停滞状态，但是其他两栖装甲车辆的研制与改进从未停止。美国海军陆战队于 1971 年 8月装备了新一代 两栖装甲突击车LVTP7系列。该系列突击车车体为铝合金装甲焊接结构，车首呈尖形，并略向下倾斜，两侧甲板向内倾斜，车尾设有液压控制的跳板，主要武器为 1挺 12.7毫米机枪，装有喷水推进器，水上最高航速达到 13.5 千米 /小时。从 1977 年开始，美国又开始对 LVTP7的动力装置、瞄准仪器和悬挂装置等进行改进完成了向 AAV7A1的过渡。 70年代，中国采用 63式两栖坦克底盘，发展了 77 1、 77 2 两栖装甲输送车和 76式两栖坦克抢救车 。 此间，两栖装甲车辆的范围开始扩大，两栖性能得到普遍重视，这一时期问世的步兵战车，装甲 输送车和空降战车，无论是履带式还是轮式，几乎都具备两栖性能。如美国的 LAV和 “ 突击队员 ” 系列，苏联的 步兵战车系列、 伞兵战车系列、 70和 80装甲输送车、 2C9式自行迫榴炮，法国的 AMX10P步兵战车，中国的 86式和 WZ551步兵战车，德国的“ 狐 ” 式装甲输送车和 “ 山猫 ” 装甲侦察车等。这些两栖装甲车辆大都装有专用的水上推进装置，而采用制式浮箱、浮囊或浮渡围帐并借用陆上行进装置推进的形式已有日见减少的趋势。 1.2.2 两栖装甲车的结构及战技性能 两栖装甲车辆因为不仅要满足陆地行驶作战的 需求，而且要满足水上行驶作战的要求，所以它的总体设计要求严格，结构比较复杂。首先必须保证两栖装甲车辆的车体具有水密性，通过该密闭车体的排水体积，提供相应的浮力。同时，为保证水上使用的安全性并使战斗车辆具备在水上发扬火力的能力，设计之初就保证具有一定的浮力储备。一些仅依靠水密车体还不足以产生所需浮力的装甲车辆，还带有一些辅助机构，以便于平时携带、战时迅速展开和固定制式浮箱、浮囊或浮渡围帐。为了减轻车体重量，有些两栖装甲车辆还选用铝合金材料 作为防护装甲。其次，除了在水中使用履带或轮胎作为推进工具的以外，其他两 栖装甲车辆 还设计有一套水上动力传动和推进机构。陆上行驶时，该套机构不工作；水上航行时，该机构用于把发动机的动力传到车体后部安装的螺旋桨或喷水推进器，通过与水的相互作用转变为推力，确保车辆航行的动力需要。第三，驾驶舱内装有一套水上操纵机构，控制两栖车辆在水上的前进、倒车和转向等行动；有些两栖装甲车辆的发动机有陆上和水上两种不同的工作状态，因此，车内还有用于实现陆上和水上工作状态转换的装置。第四，为了保持水上航行的良好姿态，在车首均设有各种防浪板及操纵机构。平时防浪板折放在车首，航行时使用手动或液压机构向前展 开，避免浮渡时车nts 首大量涌水和车辆扎头等现象。此外，车内均装有手动或电动排水泵，用于排除车内积水；一般还配备撑杆、驾驶员水上使用的高潜望镜等个别的两栖装甲车辆还装备有空投用具。 两栖装甲车辆的机动能力总体上明显优于其他装甲车辆。两栖装甲车辆相对较轻，所用发动机的功率一般大于其同一系列其他车或前一代车，不仅陆上行进速度较高，而且还可以保证水上高速航行对动力的要求；水上航速一般为 6 10千米小时，有些两栖装甲车辆不仅在水上航速较高，而且具有抗海浪和行进间射击能力。为了保证水上航行的浮性和稳性，确保安全，两栖装甲 车辆均具有一定的浮力储备，一般为 20 30；有些两栖装甲车辆还具有空运性能，具备战略机动能力。 因两栖装甲车辆的车载武器不尽相同，形成用途各异的战斗车辆。如水陆坦克、两栖装甲 突击车、两栖装甲输送车、两栖火炮发射车、两栖导弹发射车等等。在两栖作战中，防御方的坦克、固定火力发射点、永备工事等是进攻方两栖装甲车辆的主要攻击目标。因此现代两栖装甲车辆多配备了反坦克武器。 3步兵战车安装了 100毫米两用炮， AMX 0PAC90水陆坦克安装了 90毫米炮， AMX10RC装甲侦察车安装了 105毫米坦 克炮，俄罗斯 的步兵战车、空降战车及美国 AAV7A1两栖装甲突击车均配备有反坦克导弹。其中， AMX10RC装甲侦察车的 105 毫米炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹可在 2009米距离内击穿北约三层重型靶板。俄罗斯 3步兵战车上使用的 AT 10反坦克导弹在有效射程内能击穿 650毫米厚钢装甲板。 两栖装甲车辆由于受其水上机动性能的制约，主装甲普遍较薄，只能抵御轻武器的射击但是，为了提高装甲防护能力，有的车辆也采取了一些有力的措施。 AAV7A1两栖装甲突击车安装了一种双层的增强型附加装甲，使车体两侧、倾斜 部、顶部和舱门等增强了防护力，从整体上讲可抵抗 12 7毫米和 14 5毫米机枪及 155毫米榴弹片的攻击。 3步兵战车采用了铝合金装甲，在重要部位用高强度钢作了加强，在炮塔周围还安装了间隙式附加装甲。 1.2.3 两栖装甲车的未来发展趋势 随着科学技术的不断发展，电子化、信息化将在装甲车辆中得到全面反映。如敌我识别 器、超近反导、激光报警、热成像、激光测距、影像融合、 GPS定位 /导航等技术以及全自动火控系统都将根据不同的需要，应用到装甲车辆上。两栖装甲车辆作为一种特殊的装甲车辆，在这方面也不会例外，并且由 于两栖作战的迫切需要，还有可能在某些方面领先于其他装甲车辆。 nts 此外，两栖装甲车辆的水上性能将呈现两极分化趋势。一方面，那些以陆地性能为主兼具克服水障能力的两栖装甲车辆，其水上推进方式及航行速度将基本保持目前的水平随着一些新技术的采用，两栖装甲车辆的水上推进效率和水上航行速度虽然也会有所提高，但是幅度不会很大，难以产生质的飞跃；另一方面，由于未来登陆作战是高技术条件下 的大规模、高强度和陆海空三军联合的立体作战，必将促使那些以由海向陆实施平面登 陆作战为主的两栖装甲车辆，在其总体结构、水上推进方 式及航行速度等诸多方面有重 大突破性发展。最典型的代表就是美国正在开发的 AAAV先进两栖突击车，预计将在 2008 年装备美国海军陆战队。美国AAAV先进两栖突击车最突出的特点就是引进滑行车体的 概念，并采用伸缩式悬挂装置，大大减少了水上航行的阻力，消除了以往两栖装甲车辆 水上航速达到一定数值就会产生阻力墙这一现象。同时还选用功率高达 1911.8千瓦的两级 增压发动机和直径为 584 毫米的喷水推进器，使水上航速达到 37 46.25 千米小时，能够 满足美国 “ 超视距 ” 登陆作战概念的要求。这些新技术的实际应用，预 示着两栖装甲车 辆的发展必将取得实质性突破。 1.3 水上转向系统概述 水上推进装置是用来将发动机传来的动力转变为喷水推力，使 两栖装甲车辆 在水上航行的装置。 两栖装甲车辆 的水上推进装置有两个，分别装在 两栖装甲车辆 后部的左、右两侧。 装甲车辆 入水前，打开水门，挂上水档，发动机动力由分动箱传来，带动左、右推进装置中的推进器旋转。入水后，水由车体底部进水道吸入，经叶轮进入推进器体，在导流片的作用下，水的螺旋运动变为直线运动，以很高的速度从尾喷管喷出，产生推力，推动 两栖装甲车辆 前进。倒车时，水门关闭，水由倒车水道向侧前 方喷出，使 两栖装甲车辆 倒退。关闭一侧水门时，从倒车水道喷出的水流与另一侧水道往后方喷出的水流形成力偶，使 两栖装甲车辆 以最小的转向半径向关闭水门的一侧转向。 目前，国内水陆装甲车水上推进装置是采用 柱塞式 液压油缸对水门进行驱动，体积较大，占用空间（如图 1示），其自身也是用钢铁材料制造，给车增加了重力负担，这对于在水中浮 渡 来说是很不利的；另外，从推进装置原理可知，对于装甲车在水上转向是通过左右门的开关来实现的，所以就必须有检测水门开闭度的装置 传感器。传感器是一种精密的仪器，对其自身及安装的精度都有很高的要求，目前国内的传感器生产技术上与国外还有一定的差距 。传感器还存在零点漂移，这就存在校准问题，而且这与温度有关，使得校准平衡变得很困难。 另外从其安装上nts 来看，不能直接与驱动轴连接，而要通过弹簧（因不能直接刚性联接，同轴度考虑）。 图 1 控制实验台 1.4 液压摆动油缸概况 摆动液压油缸，在很多专业书籍里亦称为摆动液压马达，是一种输出轴作摆动往复运动的液压执行软件。 摆动液压油缸突出的优点就是能使负载直接获得往复摆动运动，无需任何变速运动。因此，也被广泛应用于各个领域，如舰用雷达天线稳定平台的驱动，声纳基体的摆动，鱼 雷发射架的开启，液压机械手，装载机上铲斗的回转，机床上回转台的转动等等。在矿山和石油机械上用得也比较普遍，以往由于运动部位密封不良，造成内泄漏较大，影响其使用。随着结构和工艺的改进，密封材料的改善，内泄漏已能够控制在允许范围内。应用的压力范围也已扩大到中高压，少数可用于高压（约20MPa）。输出扭矩可以从零点几 N.m到几千 N.m，个别可达数万 N.m.输出轴的低速稳定性，有的产品已能做到 0.002-0.003rad/s。 我在选择设计方案时，对于液压油缸的选用，主要考虑到实际的负载转矩、系统的工作压力、最大和 最小角速度、最大摆动角度、中间位置保持停止的必要性等。通常摆角在 310以上时，选用活塞式摆动油缸，对于小摆角的负载，可选用运转平稳的叶片式摆动油缸；若安装空间小而转矩大的负载，且液压系统允许，可选用工作压力较高的油缸，因摆动时油缸的效率不是很高，选用时应使油缸的转矩比负载转矩略大些，对于动态品质要求较高，客选用运转平稳的叶片式摆动油缸；对于回转速度高和负载惯性大的场合，在液压系统中应考虑设置过载保护和缓冲或止动装置。 考虑到对于转轴平稳性的要求及转角的范围只需 090，所以选用双叶片式结构的摆动液压油缸。 双叶片式油缸的叶片和止挡成对配置，压力油腔都对输出轴对称，因此径向液压力克互相抵消，使输出轴不受径向负荷，在相同结构尺寸下双叶nts 片式摆动液压缸的输出扭矩可比单叶片式的要增加一倍。其机械效率更高，但转角则相应减小了，内泄漏也较大，容积效率较低。由查资料可知 ,其最大转角 100工作压力 21MPa,输出扭矩 83000N.m,角速度 100 /S以下。 其工作原理图如下： 图 2 油缸工作原理简图 1.5 液压系统概叙 液压系统有液压传动系统和液压控制系统之分，一般所说液压系统的设计则是泛指液压传动系统的设计 。其实从结构组成或工作原理上看，这两类系统并无本质上的差别，仅仅一类以传递动力为主，追求传动特性的完善，其执行元件用来驱动主机的某个部件；另一类以实施控制为主，追求控制特性的完善，其执行元件用来驱动某个液压件的操纵装置（例如液压泵、液压纳达的变量机构，液压阀的阀心等）而已。因此，传动系统的设计内容和方法只需略作调整，即可直接用于控制系统的设计。 液压传动系统有液压开关传动系统、液压伺服传动系统、液压比例传动系统等多种类型。从表面上看，它们在设计上存在不少差异，有些区别还是很大的。但是，如果从传递动力 这个设计的主导方面来看，它们又相互沟通，掌握了一种就会设计另一种。在这里，液压开关系统的设计不但出现得最早，油路结构亦最复杂，考虑的方方面面也最多，因此也就最具有典型性。 任何液压系统的设计，除了应满足主机在动作和性能方面规定的种种要求外，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维护方面等一些公认的普遍设计原则。 设计液压系统的出发点，可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着nts 重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两种观点不同程度 的组合。为此，液压传动系统的设计迄今仍没有一个公认的统一步骤，往往随着系统的繁简，借鉴的多寡，涉及人员的经验的不同而在做法上呈现出差异来。 液压驱动的优点是： （ 1） 、结构简单、体积小、重量轻、输出功率大； （ 2） 、液压装置工作比较平稳； （ 3） 、液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2000），它还可以在运行过程中进行调速； （ 4） 、液压传动易于自动化，接受远程控制； （ 5） 、液压装置易于实现过载保护，液压件能自行 润滑，使用寿命较长； （ 6） 、由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便，元件布置具有较大机动性； （ 7） 、用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单 2。 其缺点是： （ 1） 、不能保证严格的传动比； （ 2） 、在工作过程中常有较多的能量损失； （ 3） 、液压传动对油温变化敏感，稳定性受环境温度影响，不宜在高温或是低温条件下工作； （ 4） 、元件的制造精度要求要，造价较贵，对油液的污染敏感； （ 5） 、要求有独立的能源； （ 6） 、出现故障时不易找出原因。 1.6 液 压系统设计的基本要求 主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。 （ 1）、主机的工作循环，液压执行元件的运动方式（移动、转动或摆动）及其工作范围。 （ 2）、液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。 （ 3）、主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。 （ 4）、对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率、自动化程度等方面的要求。 nts （ 5）、液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。 （ 6）、其他方面的要求，如也 要装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。 在液压系统设计的第一个步骤中，往往还包含着“主机采用液压传动是否合理或在多大程度上合理（即液压传动应否合其他传动结合起来，共同发挥各自的优点以形成合理的传动组合）”主要一个潜在的检验内容在内，勉强采用一种不太合理的传动方案是不会给主机带来任何好处的。 nts 2.系统设计方案 2.1 摆动液压缸的设计概况 （ 1）、要求：性能稳定，控制转向角度 0 90，能够在海水环境下作业，要求油缸耐水、耐盐腐蚀，总体布局要求合理，体积和重量尽可能的小。 （ 2）、所需完成动作 :摆动液压缸输出轴控制水陆装甲车在水上推进时的水门开合。 （ 3）、运动形式及运动速度：运动形式为转动，由目前状态转换到另一状态结束所需时间为 4 秒。 （ 4）、对调速范围、运动平稳性、转换精度及性能方面的要求：调速范围小，运动平稳性好，转换精度高。 （ 5）、自动化程度和操作控制方式的要求。 （ 6）、对效率、成本等方面的要求：要求效率比较高，服役时间 10 年以上，成本无特殊要求。 2.2 原设计方案相应工作元件的性能特点 原来设计采用的是 德国 HKS 摆动液压缸对水门进行驱动 （见图 3）， 根据 原来的 设计的 要求和计算 ，我在网上 查阅了许多关于这方面的资料， 同时 我们与上海金撼神贸易有限公司（提供德国 HKS 摆动液压缸等机械产品）取得联系， 根据 该公司 所 提供的 一些 资料及我们工作台的工作及尺寸的要求等实际情况 进行一些分析 。 首先从力学方面考虑，传动扭距的确定，如果将一个质量从静止状态中在时间tges 內摆动角度 ges，除去克服阻力（摩擦力），还要考虑对质量的加速， 对质量的迟滞，这些扭距之和就是摆动缸所需要的工作扭距。 这里值得注意的是，在任何一个位置，如下的不等式都要计算到满足 : MtMr+Mb 其中 : Mt=扭距之和 Mr=负载扭距 Mb=加速扭距 nts 图 3 驱动装置联接 负载扭距 Mr和加速扭距 Mb必须按照摆动过程中力的传递方向（水平， 垂直）分别计算。装甲车水门驱动力已从设计要求得知，即最大扭矩是： 611.520Nm，力是： 24460.8N。鉴此，我 摘 取了 HKS集团产品中的 DA-H 50（技术数据见表），产品结构见图 5。 表 1 DA-H 50 型摆动液压油缸技术数据 项目 单位 数据 最大额定转矩 Nm 700 最大额定转矩（带控制轴） Nm 658 单位压力的额定扭矩 N/m 3.3 最大额定压力 N/m 440 最 大径向负载 N 2976 最大轴向负载 N 1000 排量（立方米） 90/180/270/360/ 0.066/0.123/0.198/0.264 nts 重量 (Kg) 90/180/270/360/ 10 / 11.5 /13.8/15 该等系列产品能提供的摆动角度最多能达到 270 至 300 。用角度传感器来监测其工作水门的开关度，要求是 87010（对于此大小精度要求并不很高，可以在 85 90 ），而该产品能提供的摆动角度最多能达到 270 至 300 ， 所以能满足要求。其工作原理是：从 P1和 P2 输入的压力介质作用在传动轴 G上产生一个旋转运动。在其间，活塞 K的直线运动经过机箱，活塞及传动轴之间的多重螺旋齿啮合，被转化成为旋转运动。 图 4 摆动液压油缸结构简图 图 5 产品结构外观图 在此特别提出来的是在与水门相联接的法兰上的尺寸要求生产公司产品以我们的需要为准， HKS 摆动油缸具有结构紧凑、安全可靠、占位空间小，易于设计、nts 输出扭矩和扭角大等明显优点。在选用摆动缸时，不仅考虑了效率，摆动角度和尺寸等参数。更要考虑到技术进步和功能性的最佳匹配 。 HKS 摆动缸的典型特性 :1、 8 种系列尺寸， 20个不同的级别，扭矩从 36 Nm至 250,000 Nm，活塞直径从 40mm到 450mm（注，伸出部分小于活塞，即尺寸 A）； 2、每个系列尺寸都有 4 种转角 : 90, 180, 270 和 360 ； 3、双键驱动轴或花键轴（ DIN 548
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