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毕业论文网 > 毕业论文 > 机械机电类 > 车辆工程 > 正文

2PE平板清障车设计及有限元分析毕业论文

 2020-02-17 10:02  

摘 要

如今我国的汽车保有量不断提高,交通建设遍布全国,汽车在社会中发挥着举足轻重的作用,与之伴随而来的则是频发的汽车行驶故障和交通事故。这正急需道路救援事业发挥更大的作用,而清障车作为其中关键的一环,可将故障车辆带离事故现场以保障路面畅通,对其需求也与日俱增。我国目前的清障车技术虽可以满足当下市场需求,但与国外相比仍存在着一定的不足,如作业时间长、工作条件受限较多、易发生二次事故等。因此有必要设计一款新型清障车来解决上述问题。

本文通过查阅相关专用车、清障车资料,参考国内外发展现状以及市场对道路救援方式的需求,选取合适的底盘及总成参数,对清障车上的零件进行尺寸设计,通过CATIA建立三维模型并进行校核,然后对其尺寸进行修改使其符合标准,并尽量实现轻量化。

关键词:清障车;上装系统;CATIA

Abstract

Nowadays, China's car ownership continues to increase, transportation construction is spread all over the country, and cars play a pivotal role in society. Accompanied by frequent car driving failures and traffic accidents. This is urgently needed to play a greater role in the road rescue business, and as a key part of the wrecker, the faulty vehicle can be taken away from the scene of the accident to ensure the smooth flow of the road, and its demand is also increasing. Although China's wrecker technology can meet the current market demand, there are still some shortcomings compared with foreign countries, such as longer working hours, limited working conditions, and prone to secondary accidents. Therefore, it is necessary to design a new type of wrecker to solve the above problems.

In this paper, by consulting the relevant special vehicles and wrecker data, referring to the development status at home and abroad and the market demand for road rescue methods, select the appropriate chassis and assembly parameters, dimension the parts on the wrecker, and establish 3D through CATIA. The model is checked and then sized to meet standards and minimized.

Key Words:wrecker;top systems;CATIA

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2国内外清障车技术研究现状 2

1.2.1国外清障车技术研究现状 2

1.2.2国内清障车技术研究现状 2

1.3课题研究的主要内容 3

第2章 上装系统的结构参数选定 4

2.1设计思路 4

2.2清障车上装系统概述 4

2.2.1清障车上装系统的组成 4

2.2.2清障车上装系统的工作形式 4

2.3清障车上装系统的参数选择 6

2.3.1清障车底盘的选择 6

2.3.2清障车竖轨机构的选择 7

2.3.3清障车水平轨道机构的选择 8

第3章 上装系统的结构设计与校核 10

3.1钢丝绳的设计与校核 10

3.2 副车架的设计与校核 11

3.3 插板的设计与校核 15

3.4 液压系统的设计与校核 18

第4章 结论 22

参考文献 23

第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着近年来,我国经济进入高速发展的时期,各方各面都取得了不小的进展。我国公路的基础建设随之迅速发展,里程数大幅上涨,汽车保有量逐年增加。于此同时,在车辆行驶途中,伴随着不可避免的突发故障、大大小小的交通事故频繁发生,而且由于受到其他外界不可抗力因素的影响,例如雨雪大风、雾霾、泥石流、地震等,都需要靠清障车发挥更大的作用。因此我国对于清障车的市场需求日益增大,道路清障车也相应地得到了更大的发展。

清障车的主要功能有三点:一是对突发的故障、事故车辆进行道路救援,将其带离事故现场,这也是最广为人知的一点;第二点多用于城市维护管理,如将城市内违章违停车辆带到管制地点,扣押相关车辆;第三点是在面对自然灾害发生时,作为应急抢险、清理路面的关键救援设备。依据《机动车运行安全技术条件》(GB 7258-2012)的规定,道路清障车属于专用汽车的范畴。作为道路救援中不可或缺的关键设备,清障车在道路运输安全上发挥着巨大的作用,同时也得到了越来越多的关注。

道路清障车种类丰富,结构形式也多种多样,现在市场上主要有托吊分离型、托吊联体型、平板型、普通型4种类型。其中,平板型清障车正是其中最受欢迎的。在清障车众多车型中产销最多、运用最广、清障作业最安全。平板型清障车拥有超越许多其他类型清障车的优势,如它可以同时兼具多种功能,在一辆清障车上实现多种作业方式,例如背载、拖牵等。而且相对于其他作业方式来说,通过倾斜车厢,伸出平板,拖牵装载故障车辆的作业方式,更为安全效率,操作简单;此外,有的平板型清障车还能做到同时装载多个车辆,而且进行作业时受路面条件及作业环境的限制相对较少。

侧装式道路清障车与平板型清障车一样,也是一种背拖式清障车,它是通过插板提升,将故障车提起,在收缩油缸的作用下,将故障车放在导轨内,然后运走。和传统的清障车相比,侧装式清障车的设计减少了人为操作,占用空间更少,节约了成本,同时作业效率更高,能够快速的将故障车清除且不容易对故障车造成二次损坏。是一种较为理想的清障车。综上分析,设计方案选择侧装式道路清障车会具有更好的实用价值与市场前景。

清障车作为专用汽车的一种,上装系统无疑是其最关键的作业部分。因此确定上装系统结构设计的合理性,使其在工作过程中安全平稳运行,并且对其结构形式进行优化创新设计,使得各零部件相关参数在满足安全性标准的基础上,实现轻量化设计、提高清障车的工作效率是非常有必要的。

1.2国内外清障车技术研究现状

1.2.1国外清障车技术研究现状

美国是世界上第一个对道路清障等领域进行研究的国家,得益于其优秀的工业基础和经济发展,又有地域辽阔的地理条件,形成了汽车普及时间早、普及率高,发达的交通道路四通八达的情况,伴随而来的就是交通事故频发,因此清障车的出现成为了必然之势,使美国早在二十世纪中期便研制出了世界上第一台清障车。早期的清障车功能简单,结构单一,没有专门设计加工的专用底盘,多是以载货卡车为基础在其车厢上进行改装。通过加装滑轮、钢丝绳和卷扬机,在卡车后方形成一个简易的起吊机构,单纯依靠机械传动的力量,将事故车辆吊起,拖离事故地点。

在接下来的50~70年代,清障车在国外进入了第二个发展阶段。随着液压传动和控制技术被引入汽车行业,全液压传动技术在清障车上开始应用并迅速推广。一批优秀的清障车制造企业、厂家应运而生,他们中的大多数在现在也走在清障车领域的前沿。清障车在技术的进步同时伴随着研发的创新,得益于生产制造工艺技术的发展,不同于第一阶段的清障车,简单、粗糙的结构,受限严重的功能;清障车开始逐渐变得专门、专业化,清障车的种类、规格不断丰富,针对于各种不同的事故状况和使用情况分门别类,扩展了清障车的应用范围;同时清障车采用的底盘也得到了很大发展,广泛通用的二类底盘形式不断增加,针对一些特殊情况设计的清障车还配备了专用底盘以发挥其性能。

从20世纪80年代至今,清障车的发展正处于第三个发展阶段。随着生产制造技术不断成熟,清障车的研发开始朝着以人为本、注重细节的方向前进,人机工程、智能化开始在清障车领域进行应用。针对各种不同的工况,使清障车能够实现一车多用,同时胜任多项工作;继续完善清障车的专门、专业化,扩大应用范围,丰富工作装置,创新工作方式;同时兼顾利用新型材料加工清障车零部件以实现轻量化等目的。如Century在旋转吊清障车上配装了可进行视频、数据分析的安全控制操作系统;Jerr-Dan公司和NRC公司,先后开发出复合材料的车身。除了在已有产品的基础上进行不断的改进,清障车专用底盘方面也进行了重大的创新,各种专门化的底盘层出不穷,还产生了专门为清障车而设的底盘改装厂。

1.2.2国内清障车技术研究现状

国内的清障车发展与我国的工业基础和经济发展水平息息相关。与北美和欧洲的发达国家相比,我国的汽车和专用汽车行业相对而言起步较晚,起点较低。我国的清障车研发、生产起步于上世纪80年代后期,当时仅有为数不多的几个生产厂家从事清障车行业,由于刚刚起步的缘故,国内并没有先例,经验、技术上都存在着不足,只能以引进、仿制一些国外的热销托吊型清障车为主。到了90年代后期,通过之前对国外技术的学习并化为己用,我国在专用汽车设计研发和生产制造技术方面取得了迅速的提高。我国的专用汽车行业进入了一个迅猛发展时期,清障车产业涌现出了近20家生产企业,可以生产出几十种清障车,对市场占有率展开了激烈竞争。

进入21世纪以来,我国公路建设迅猛发展,高速公路的身影遍布大江南北,从大漠到大海之滨,从北方雪国到鱼米之乡,高速公路里程数已超越美国,跃居世界第一。同时汽车保有量与21世纪初相比,短短的十余年,增加了十余倍。此外,伴随着城市规模的扩大以及交通的拥堵,交通事故发生越发频繁,我国对于清障和抢险等专用汽车的需求也更加迫切。清障车的发展也在这十余年中进入了一段黄金期,在制造技术与研发理念上取得了突飞猛进的进步,并且在一定程度上实现了单一清障车实现多种作业的多功能化和对新型材料在清障车的应用,以及对部分专用设备专业制造。

就目前国内清障车市场的需求而言,在一定程度上均可以满足。然而不得不承认的事实是,国内目前水平和国际顶尖水平也是有一定距离的。主要体现在底盘专业化程度不足限制了上装系统的能力发挥不充分,以及智能化技术在清障车方面应用较少。

1.3课题研究的主要内容

上装系统是由在清障车底盘上安装的各种总成组成,包括工作装置、液压系统和与底盘相连接的副车架等部分,是清障车作为专用汽车最关键、最有特色的部分,也是区别于其他汽车的最明显的部分。因此对于清障车上装系统的设计是至关重要的,本文主要研究上装系统的设计,主要内容包括:确定清障车的工作形式与结构,对底盘进行选取,对上装系统零部件的尺寸参数进行设计及校核。

论文从下述几个方面进行了研究:

  1. 介绍清障车的分类、功能,研究背景和研究意义,以及国内外清障车技术发展过程,技术特点,研究现状。
  2. 对清障车上装系统进行概述,介绍组成部分,说明工作形式,并针对底盘、水平及垂直轨道选取合适的型号,材料,确定尺寸参数。
  3. 根据已选取的尺寸参数,依据需求对清障车上的重要零件、组件进行结构设计,并按照公式校核其安全性能,同时最好能确保其经济性。

第2章 上装系统的结构参数选定

2.1设计思路

为了对设计清障车的过程更多的了解,并使设计的清障车更符合市场需求,结合对国内清障车市场的了解,对接下来的设计提出了如下的设计要求:

  1. 应用范围广,同时适用于不同路况,如高速公路与城市道路,并且可以对多种常见车型进行救援;
  2. 设计过程中应充分贯彻“产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化”,来简化设计过程、便于进行加工生产、实现高效的车辆售后维护与零部件,最终提高清障车产品质量;
  3. 在为清障车选取底盘与其他总成如上装系统、液压系统时,应保证设计选取的整车性能可以达到各系统的工作需求,对其进行充分利用;
  4. 在保证产品工作性能的前提下,尽可能降低生产需要耗费的成本;
  5. 道路清障车在进行道路救援任务作业与行驶时,更应确保其安全性,避免二次事故的发生;
  6. 设计制造的零件、产品应符合国家或和行业现行的标准、法规。

2.2清障车上装系统概述

2.2.1清障车上装系统的组成

上装系统是侧装式清障车的主要组成部分之一,它焊接在副车架上,并通过副车架与底盘相连固定,作为清障车的主要工作装置,从故障车装载到清障车厢平台上的工作过程分类,可主要分为水平部分和垂直部分两大部分(如图2.1)。上装系统既包括水平导轨、水平小车和垂直轨道、垂直小车等总成,也有油缸、驱动马达、牛腿支架等零件、组件,相对而言结构较为复杂。两组轨道上均焊接有定滑轮组件,轨道由钢板与槽钢焊接而成。小车通过安装在其上的滚轮在轨道上滑动,并且有动滑轮组件,通过钢丝绳在系统中动、定滑轮上绕过,实现了小车的行程以油缸行程的四倍率移动。其中水平小车与垂直小车均由各自油缸驱动。

2.2.2清障车上装系统的工作形式

侧装式清障车上装系统的工作过程包括插板伸出、收回,水平小车在水平导轨上的前后移动以及垂直小车在垂直轨道的上下移动。通过插板驱动马达控制插板伸缩,可将插板伸至事故车辆下方,通过夹紧油缸控制垂直小车高度,将车辆从事故地点抬起,并将车辆转移至水平轨道上,通过水平油缸控制水平小车移动将车辆装载至车厢平台上。由于在清障车两侧均安装有插板,可以从侧面将故障车辆转移至本车上,尤为适合道路清障、故障车牵引等需要移位的场合,并且可以更高效的完成清障作业,但不适用于其他大型车辆或滑出路面的车辆。

图2.1侧装式清障车整车视图

1.二类底盘 2.副梁 3.水平轨道 4.水平支架 5.竖轨总成 6.竖直小车

7.牛腿 8.水平油缸 9.夹紧油缸 10.地脚油缸 11.插板驱动马达

图2.2水平油缸推动水平小车在不同位置

2.3清障车上装系统的参数选择

2.3.1清障车底盘的选择

选用底盘时,考虑到技术因素和经济因素,若是专门设计制造一款专用底盘,会更加有利于上装系统的灵活布置并且得到更加稳定的结构,但是与采用已有的二类底盘相比,会花费大量的研发资金与时间。综合考虑成本与市场需求,选择一款性能足以满足需求的市面上已有的载货汽车二类底盘,依据性能、尺寸需要对其进行改装,可以在缩短研发周期、降低研发成本的同时,满足市场的需求。

而且在改装时应注意不要使原底盘主要参数发生变化,来控制设计过程中因改装造成的底盘性能参数变化造成的误差影响。

在选择底盘时,需要考虑清障车的类型、使用条件、性能要求、上装系统的外形、尺寸、动力需求等因素。此外,故障车辆施加在清障车车厢平台上的载荷也是底盘选择时需要着重考虑的一点,承受载荷需小于选用底盘的额定载荷。

选取底盘应该在结构上同时符合两个条件:

1.考虑到汽车的总长,二类底盘能够完全承担起整个车身。

2.清障车的插板在上升过程中不与二类底盘发生干涉。

在通过网络对一些二类底盘进行了解,并对其主要参数如轴距、外型、可用尺寸等数据进行搜集、整理,并且了解了我国当前定型车辆的类别与所要开发的侧装式清障车的特点的基础上,同时结合本次设计侧装式清障车的工作方式、最大吊牵质量、动力匹配、使用条件以及成本等各方面的综合要求,选用五十铃600P 国Ⅴ系列的载货汽车底盘更为合适,最终决定采用轴距为3815mm的QL1072A5KAY底盘型号的二类底盘。

图2.3 QL1072A5KAY型二类底盘

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