畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題 目: 機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 學(xué)院: 2017 年 3 月 10 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1.文獻(xiàn)綜述:結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,每人撰寫 2500 字以上的文獻(xiàn)綜述,文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。文 獻(xiàn) 綜 述1.1 引言電機(jī)車是我國主要的礦山運(yùn)輸機(jī)械,其制動(dòng)裝置有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)2種。電氣制動(dòng)是利用控制器改變電氣線路進(jìn)行制動(dòng),屬于能耗制動(dòng);機(jī)械制動(dòng)是利用制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。目前礦用電機(jī)車一般采用手動(dòng)閘輪操作的閘瓦制動(dòng)和電氣動(dòng)力制動(dòng)裝置,有的也采用壓氣制動(dòng)裝置。但由于電氣制動(dòng)在停車制動(dòng)時(shí)不能使機(jī)車完全停止,因此除小型電機(jī)車外.每臺機(jī)車上都應(yīng)裝有機(jī)械制動(dòng)裝置?!栋踩?guī)程》規(guī)定,列車制動(dòng)距離最大不得超過30m,這里的制動(dòng)距離指的是從司機(jī)開始制動(dòng)到列車完全停止運(yùn)行的距離。目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的ZK一7型和ZK一10型架線式電機(jī)車,其運(yùn)行速度約為16.5 km/h,手動(dòng)機(jī)械制動(dòng)空行程時(shí)間按3 s計(jì),則其制動(dòng)空行程約為14 m。實(shí)際允許制動(dòng)距離,按規(guī)定的制動(dòng)距離減去制動(dòng)空行程距離計(jì)算,僅為26 m。如果再考慮牽引溫升,對列車實(shí)際運(yùn)行速度限制更高。實(shí)際情況表明.制動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為限制電機(jī)車運(yùn)輸能力的急待解決的問題 [1]。1.2 設(shè)計(jì)背景與意義機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)伴隨著機(jī)車工業(yè)迅速的發(fā)展,車輛制動(dòng)的安全性能越來越高。目前大部分機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)是采用主動(dòng)的控制方式,這種制動(dòng)的方式在機(jī)車行駛是處于正常狀態(tài)下是完全可靠的。但是,突然出現(xiàn)危險(xiǎn)或判斷失誤時(shí),機(jī)車就可能會發(fā)生意想不到的交通事故。隨著科學(xué)的發(fā)展,人們從正反方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中認(rèn)識到人機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)關(guān)系的重要性,并使研究工作得以強(qiáng)化限隨著近幾年來國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們不但關(guān)注車的外型和整體性能,同時(shí),也十分關(guān)注車輛行駛的安全性和方便性問題。從我國高速公路上發(fā)生的大量事故的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):由于車輛本身的技術(shù)問題導(dǎo)致交通事故發(fā)生的已約達(dá)到 30%左右。而其中主要誘因是車輛制動(dòng)性能不足或制動(dòng)操作不當(dāng)?shù)榷鴮?dǎo)致的車輛追尾、制動(dòng)跑偏、甩尾等惡性交通事故。由此可見,改進(jìn)車輛制動(dòng)性能、提高車輛制動(dòng)系統(tǒng)的恒定性以及改進(jìn)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的人機(jī)操作環(huán)境有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義,可以切實(shí)提高車輛行駛的安全性和方便性,減少由于車輛原因而導(dǎo)致的交通事故的發(fā)生概率。隨著人們對車輛制動(dòng)性能影響車輛安全性的意識的提高,以及電子技術(shù)的發(fā)展,車輛制動(dòng)系統(tǒng)也歷經(jīng)了數(shù)次變遷和改進(jìn)。近年來,機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)作為制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向,已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。1.3 機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的歷史最原始的制動(dòng)控制只是駕駛員操縱一組簡單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力,這時(shí)的車輛的質(zhì)量比較小,速度比較低,機(jī)械制動(dòng)雖已滿足車輛制動(dòng)的需要,但隨著機(jī)車自質(zhì)量的增加,助力裝置對機(jī)械制動(dòng)器來說已顯得十分必要。這時(shí),開始出現(xiàn)真空助力裝置。1932 年生產(chǎn)的質(zhì)量為 2860kg 的凱迪拉克 V16 車四輪采用直徑 419.1mm 的鼓式制動(dòng)器,并有制動(dòng)踏板控制的真空助力裝置。林肯公司也于 1932 年推出 V12 轎車,該車采用通過四根軟索控制真空加力器的鼓式制動(dòng)器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及汽車工業(yè)的發(fā)展,尤其是軍用車輛及軍用技術(shù)的發(fā)展,車輛制動(dòng)有了新的突破,液壓制動(dòng)是繼機(jī)械制動(dòng)后的又一重大革新。Duesenberg Eight車率先使用了轎車液壓制動(dòng)器??巳R斯勒的四輪液壓制動(dòng)器于 1924 年問世。通用和福特分別于 1934 年和 1939 年采用了液壓制動(dòng)技術(shù)。到 20 世紀(jì) 50 年代,液壓助力制動(dòng)器才成為現(xiàn)實(shí) [2.3]。1.4 機(jī)車氣動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.4.1 機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀當(dāng)考慮基本的制動(dòng)功能量,液壓操縱仍然是最可靠、最經(jīng)濟(jì)的方法。即使增加了防抱制動(dòng)(ABS)功能后,傳統(tǒng)的“油液制動(dòng)系統(tǒng)”仍然占有優(yōu)勢地位。但是就復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)性而言,增加的牽引力控制、車輛穩(wěn)定性控制和一些正在考慮用于“智能汽車”的新技術(shù)使基本的制動(dòng)器顯得微不足道。傳統(tǒng)的制動(dòng)控制系統(tǒng)只做一樣事情,即均勻分配油液壓力。當(dāng)制動(dòng)踏板踏下時(shí),主缸就將等量的油液送到通往每個(gè)制動(dòng)器的管路,并通過一個(gè)比例閥使前后平衡。而ABS或其他一種制動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)則按照每個(gè)制動(dòng)器的需要時(shí)對油液壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前,車輛防抱制動(dòng)控制系統(tǒng)(ABS)已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品,并在各種車輛上得到了廣泛的應(yīng)用,但是這些產(chǎn)品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設(shè)計(jì)的。方法雖然簡單實(shí)用,但是其調(diào)試比較困難,不同的車輛需要不同的匹配技術(shù),在許多不同的道路上加以驗(yàn)證;從理論上來說,整個(gè)控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上,并未達(dá)到最佳的制動(dòng)效果。另外,由于編制邏輯門限ABS有許多局限性,所以近年來在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展了車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)(VDC)。結(jié)合動(dòng)力學(xué)控制的最佳ABS是以滑移率為控制目標(biāo)的ABS,它是以連續(xù)量控制形式,使制動(dòng)過程中保持最佳的、穩(wěn)定的滑移率,理論上是一種理想的ABS控制系統(tǒng) [4.5.6]。1.4.2 現(xiàn)代機(jī)車氣動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢摘要:從機(jī)車誕生時(shí)起,車輛制動(dòng)系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來,隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)車行駛速度的提高,這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。眾多的機(jī)車工程師在改進(jìn)機(jī)車制動(dòng)性能的研究中傾注了大量的心血。目前關(guān)于機(jī)車制動(dòng)的研究主要集中在制動(dòng)控制方面。經(jīng)過了一百多年的發(fā)展,機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的形式已經(jīng)基本固定下來。隨著電子,特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的形式也將發(fā)生變化。如凱西-海斯(K-H)公司在一輛實(shí)驗(yàn)車上安裝了一種電-液(EH) 制動(dòng)系統(tǒng),該系統(tǒng)徹底改變了制動(dòng)器的操作機(jī)理。通過采用 4 個(gè)比例閥和電力電子控制裝置, K-H 公司的 EBM 就能考慮到基本制動(dòng)、ABS、牽引力控制、巡航控制制動(dòng)干預(yù)等情況,而不需另外增加任何一種附加裝置。EBM 系統(tǒng)潛在的優(yōu)點(diǎn)是比標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器能更加有效地分配基本制動(dòng)力,從而使制動(dòng)距離縮短 5%。一種完全無油液、完全的電路制動(dòng) BBW (Brake-By-Wire)的開發(fā)使傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)裝置成為歷史 [7] [8][9]。1.5 機(jī)車機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)未來研究方向作為全新的制動(dòng)系統(tǒng),機(jī)車防抱制動(dòng)系統(tǒng)給機(jī)車帶來了巨大變革,推動(dòng)了機(jī)車智能化控制的發(fā)展。為了加快機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展和普及,未來機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究將主要集中在以下幾個(gè)方面:(1)制動(dòng)系統(tǒng)的失效處理。需要一個(gè)備用制動(dòng)控制系統(tǒng)保證制動(dòng)安全;(2)系統(tǒng)容錯(cuò)的控制。車輛運(yùn)行過程中會有各種各樣的干擾信號,如何消除這些干擾信號造成的影響,保證機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性,是需要解決的重要問題:(3)電機(jī)的設(shè)計(jì)。對電機(jī)可靠性要求較高,而且機(jī)構(gòu)必須小巧緊湊、易于安裝布置,能在各種惡劣的條件下可靠地工作;(4)機(jī)電一體化的集成。對于機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)有幾家公司提出了設(shè)計(jì)方案,目前的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中機(jī)械零件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如何有效的增大轉(zhuǎn)矩、保證機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙、使結(jié)構(gòu)小巧而且可靠,是設(shè)計(jì)中要考慮的問題;(5)驅(qū)動(dòng)能源。采用全電制動(dòng)控制系統(tǒng),需要較多的電能,機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用有賴于未來的大電壓車載電源;(6)降低系統(tǒng)的使用成本也是要解決的問題 [10][11]。參考文獻(xiàn)[1] 余志生.汽車?yán)碚摚本簷C(jī)械工業(yè)出版社,2000[2] 劉豫香,胡躍文.我國機(jī)車制動(dòng)機(jī)的發(fā)展.機(jī)車電傳動(dòng),2002[3] Leiter R.Design and 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建模技術(shù)及有限元分析方法對機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。首先對機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,然后根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果,在 UG 中建立其 CAD 模型,最后對主要零部件進(jìn)行有限元分析。同時(shí),也對零件失效的形式和原因進(jìn)行了分析。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望作為全新的制動(dòng)系統(tǒng),機(jī)車防抱制動(dòng)系統(tǒng)給機(jī)車帶來了巨大變革,推動(dòng)了機(jī)車智能化控制的發(fā)展。為了加快機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展和普及,未來機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究將主要集中在以下幾個(gè)方面:(1)制動(dòng)系統(tǒng)的失效處理。需要一個(gè)備用制動(dòng)控制系統(tǒng)保證制動(dòng)安全;(2)系統(tǒng)容錯(cuò)的控制。車輛運(yùn)行過程中會有各種各樣的干擾信號,如何消除這些干擾信號造成的影響,保證機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性,是需要解決的重要問題:(3)電機(jī)的設(shè)計(jì)。對電機(jī)可靠性要求較高,而且機(jī)構(gòu)必須小巧緊湊、易于安裝布置,能在各種惡劣的條件下可靠地工作;(4)機(jī)電一體化的集成。對于機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)有幾家公司提出了設(shè)計(jì)方案,目前的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中機(jī)械零件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如何有效的增大轉(zhuǎn)矩、保證機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙、使結(jié)構(gòu)小巧而且可靠,是設(shè)計(jì)中要考慮的問題;(5)驅(qū)動(dòng)能源。采用全電制動(dòng)控制系統(tǒng),需要較多的電能,機(jī)車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用有賴于未來的大電壓車載電源;三、課題主要內(nèi)容和要求1、課題主要內(nèi)容(1)建立機(jī)車氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的三維仿真模型。①機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)三維實(shí)體模型的建立,并進(jìn)行分析;②機(jī)車制動(dòng)主要零件有限元分析。(3)根據(jù)分析結(jié)果,對機(jī)車關(guān)鍵零件提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議。2、課題主要要求(1)建立機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵零件的三維模型。(2)對機(jī)車關(guān)鍵零件進(jìn)行有限元分析。(3)對關(guān)鍵零件有限元分析結(jié)果進(jìn)行可視化處理。 (4)撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書,完成畢業(yè)論文。四、研究方法、步驟和措施1、查閱資料,翻譯英文資料查找設(shè)計(jì)所需的資料,資料的內(nèi)容要有深度,要具有參考意義。2、熟練掌握設(shè)計(jì)所需的內(nèi)容復(fù)習(xí)以前所學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)的專業(yè)知識,并熟練的運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去。還要學(xué)習(xí)一些設(shè)計(jì)中所用到的其它方面的知識,如:有限元法。設(shè)計(jì)運(yùn)用 UG 軟件繪制機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)所有零件的三維模型圖,并通過 UG 生成二維圖形,經(jīng)過 AUTOCAD 處理后形成正式二維工程圖,并關(guān)鍵零件的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、有限元分析。3、設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)建立機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)三維模型,并進(jìn)行干涉分析;(2)機(jī)車氣動(dòng)制動(dòng)關(guān)鍵零件模態(tài)有限元分析;(3)改進(jìn)機(jī)車制動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu),并再次進(jìn)行分析。4、具體設(shè)計(jì)步驟(1)利用 UG 完成機(jī)車所有零件的三維建模,進(jìn)行裝配,并進(jìn)行干涉分析;(2)利用 UG 分析關(guān)鍵零件;(3)利用 UG 自動(dòng)劃分網(wǎng)格,并生成有限元模型;(4)對有限元模型按照實(shí)際情況施加所需約束;(5)讀取結(jié)果,并對仿真結(jié)果進(jìn)行可視化處理,根據(jù)仿真結(jié)果提出合理改進(jìn)意見;(6)整理仿真分析所得數(shù)據(jù),得出結(jié)論,為優(yōu)化提供參考。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見:1.對“文獻(xiàn)綜述”的評語:2.對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)(論文)結(jié)果的預(yù)測:指導(dǎo)老師: 年 月 日所在專業(yè)審查意見:負(fù)責(zé)人: 年 月 日