1、 河 北 工 业 大 学 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者： 马松 学 号： 100268 学 院： 机械工程学院 系 (专业 )： 车辆工程 题 目： 清障车液压系统 设计与建模研究 指导者： 王金刚 教授 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 2014 年 5 月 23 日 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 毕业设计（论文）中文摘要 随着科学技术的发展以及计算机在科学领域的应用，机械领域中的虚拟样机技术也得到了很大的发展和突破。虚拟样机技术的开发与利用不但节省了产品的设计费用，而且支持团队并行设计从而缩短设计周期。因此虚拟样机技术能
2、大大提高产品的质量和性能 。所以本次设计采取的主要是虚拟样机技术对产品进行设计。 本次设计介绍了运用虚拟样机技术对产品的设计过程，主要是使用 CAD、 UG 软件，对清障车的液压系统进行设计与建模研究。 液压系统是清障车的主要工作系统，借助于液压系统，将事故车拖拽到清障车的货箱上并拖离公路，以便尽快恢复交通秩序。因此，液压系统设计的好坏直接影响到清障车的性能和工作的可靠性。设计过程中对已有的清障车进行广泛的调研，并根据已有资料完成清障车液压系统的设计，利用 CAD 对清障车的液压系统各个部件的结构形式及尺寸建立二维图 ,在此基础上利用 UG 建立清障 车液压系统各个部件的三维图，并进行装配，为
3、进行仿真研究提供条件。 关键字 :清障车液压系统，虚拟样机技术， CAD,UG 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 毕业设计（论文）外文摘要 Title Research on design and modeling of hydraulic system wrecker Abstract With the development of science and technology and the application of computer in the field of science, virtual prototype technology in the field o
4、f machinery also obtained the development and the breakthrough of great. Development and use of virtual prototype technology not only saves the cost of design products, and support concurrent design so as to shorten the design cycle. Therefore, the virtual prototyping technology can greatly improve
5、the quality and performance of products. So take the design of the main is the virtual prototyping technology to design products. This design introduces the application of virtual prototyping technology to the product design process, mainly the use of CAD, UG software, research design and modeling o
6、f hydraulic system to the wrecker. The hydraulic system is the main work system wrecker, with the help of the hydraulic system, the accident car drag to the wrecker of containers and dragged off the highway, so as soon as possible to restore the traffic. Therefore, the design of hydraulic system dir
7、ectly affects the reliability of the performance and the work of the wrecker. Wrecker of existing design process is carried out extensive research, and complete the design of hydraulic system for wrecker according to the existing data, the two-dimensional structure and size using CAD hydraulic syste
8、m of each component on the wrecker is established, based on the wrecker hydraulic system components 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） using UG three-dimensional map, and assembly, provide conditions for simulation research. Keywords hydraulic system wrecker, virtual prototype technology, CAD, UG 河北工业大学 2014
9、届毕业设计说明书（论文） 目次 1 引言 1 1.1 清障车国内外发展状况 1 1.2 本文研究的主要内容和工作要求 2 2 清障车的概述 4 2.1 清障车的结构形式及其应用 4 2.2 清障车及其液压系统的原始数据与设计要求 7 3 液压系统的设计与尺寸计算 8 3.1 液压系统的原理图的拟定 8 3.2 吊臂的受力分析 8 3.3 变幅液压缸参数的确定 9 3.4 吊臂伸缩液压缸参数的确定 10 3.5 折臂液压缸参数的确定 11 3.6 拖臂液压缸参数的确定 12 3.7 支腿液压缸受力分析及参数确定 13 3.8 绞盘型号确定 15 4 利用 UG 软件对清障车液压系统进行实体建模
10、21 4.1 UG 软件的简介 21 4.2 清障车液压系统的建模 22 结论 32 致谢 33 参考文献 34 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 1 1 引言 清障车是指完成道路事故车辆托运转移任务的专用汽车。随着我国汽车保有量的迅速增加，这种专用汽车的应用前景越来越广。液压系统是清障车的主要工作系统，借助于液压系统，将事故车拖拽到清障车的货箱上并拖离公路，以便尽快恢复交通秩序。因此， 液压系统设计的好坏直接影响到清障车的性能和工作的可靠性。 清障车的发展史比较短，它起源于美国，早在 20 世纪 50 年代就生产了世界上第一辆清障车，这也是道路清障车发展的开端。清障车主要用于
11、排除道路障碍、清理事故车辆、整理城市环境、给驾驶员提供帮助和救援服务。其应用范围较广，大部分应用于公路、高速公路、城市建设和机场 【 1】 。 我国目前还是一个发展中国家，除了东部以外，西部、中部不少地区还比较贫穷落后，卫生设施、城镇、公路、铁路等多方面仍有待建设，这无形中也给清障车的发展提供了很大的空间，随着近年来城市交通的发展和 车辆拥有的增多，交通事故的频繁发生，因此，提高清障车的生产能力和研究技术，跟上世界的发展趋势将是我们所追求的 【 2】 。然而， 液压系统是清障车的主要工作系统，借助于液压系统，将事故车拖拽到清障车的货箱上并拖离公路，以便尽快恢复交通秩序。因此，液压系统设计的好坏
12、直接影响到清障车的性能和工作的可靠性。所以，提高清障车的工作性能主要是要提高清障车的液压系统。 1.1 清障车国内外发展情况 国内外清障车技术现状：我国 80 年代末期开始引进和仿制清障车，从国外清障车发展的第三阶段开始起步，起点较高，走了一条引进技术与自主 开发相结合的道路。无论是研发技术还是生产能力，我国企业都能满足国内市场需求。但是与世界先进水平相比还是有一定的差距。主要表现在：（ 1）国内目前基本使用载货汽车的二类底盘改装清障车，据了解，只是因为各类汽车底盘不能大批量被采购应用，所以不愿意投入资金和精力去开发。因此，清障车上装与底盘的匹配不尽合理，底盘的作业能力未有得到充分发挥。（ 2
13、）产品开发主要还处于模仿阶段，自主开发的品种不多。多数企业由于生产量少，为减少成本，仍然采用原始的手工作坊式技术，导致产品外形比较粗糙，只有少数生产量大的企业，采用等河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 2 离子或激光 等技术，保证产品的下料尺寸准确，减少毛坯因受热变形。（ 3）智能化监控。目前国内清障车的技术，仅仅满足基本的施救和清障，智能化的监控仪器应用较少 【 2】 。 国内外清障车发展趋势：人性化设计和个性化服务是国外目前的发展趋势。国外的清障车，技术方面非常成熟，尤其是美国清障车技术经过了几十年的发展，其主要结构技术的创新与改进已经很小，现今清障车产品的技术研发，主要集中
14、在人性化的设计和个性化的服务发面。另外上装轻量化也是目前清障车的发展趋势，随着全球环境恶化和能源危机的日益加剧，汽车轻量化设计作为实现节能减排的最有效措 施之一，国外平板大量采用铝合金型材加普通铝板制造，会越来越受到企业和用户的重视。我国清障车技术今后还将在一下几个方面进行改进和优化。（ 1）底盘专用化。为了达到清障车对底盘的专门要求，需要研发一系列专用的二类底盘，使整车与上装的匹配更加合理，使轴距及前后桥的设计承载能力更强，最大限度地发挥底盘性能。（ 2）设计、生产、实验手段采用新技术。国内清障车设计还在研究和仿制国外主流产品，主要是在运用 Auto CAD 或国产电子图版进行二维设计，美国
15、米勒公司的清障车设计已迈向 3D CAD 设计。用 3D 原型图，进行工装、家具和 检具的设计、校准和验证，提高了产品开发质量和成功率，缩短了产品的开发周期，实际上也相应降低了产品开发成本。（ 3）生产自动化。目前国外基本上采用了机器人自动焊接，焊缝外表质量美观、焊接质量高、焊接效率高。而国内基本都使用二氧化碳保护焊焊接，焊接后质量检查不合格率高，浪费很大，而且焊缝外表质量差。（ 4）操作技能专业化。曾经发生过许多因为操作者操作不当、技术不够熟练等原因对被施救方造成财产或生命损失的情况。因此专业化的培训显得尤其必要。熟悉清障车的专业知识，提高操作者的安全技能和安全意识、避免和减少伤亡事故，掌握
16、 清障车正确操作使用和日常维护保养技术，确保操作者在学习结束后能马上投入实际的工作 【 2】 。 1.2 本文研究的主要内容和工作要求 学习了解清障车的工作原理和工作内容，收集大量有关的资料对清障车的液压系统有初步的认识，并根据给出的数据和掌握的专业知识设计清障车的液压系统并对其建模。 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 3 （ 1）完成清障车液压系统的设计工作； （ 2）完成清障车液压系统的建模工作； （ 3）完成设计计算说明书的撰写工作； （ 4）提供清障车液压系统总图和有关零件图等二维图纸； （ 5）提供清障车液压系统的三维模型； （ 6）提供包含清障车液压系 统三维模型和
17、有关设计计算内容的设计计算说明。 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 4 2.清障车的概述 2.1 清障车的结构形式及其应用 清障车是装备有其中、托举、拖曳等设备，用于清除道路障碍的专用汽车（ GB/T17350-1998）。这里说的“道路障碍物”绝大部分是指停留在道路上影响交通畅通的各种车辆 【 3】 。 要清除道路上停留的不同类型的车辆是不是用同一种作业装置就能将其拖走呢？答案是不能的。比如轿车根据其体积小、质量轻、底盘离地间隙小的特点，可以采取抱起其轮胎的方式将其拖走；或者干脆直接将其牵引到清 障车的平板上将其背走。但用同样的方法对几十吨重的载货汽车就不好用或者根本就不能用
18、了。这就根据不同类型的车辆产生了不同的作业装置。下面介绍清障车作业装置常见的结构形式和应用 【 3】 。 1 托吊分离型 托吊分离型即吊臂和拖臂可以单独工作，互不影响。托吊分离型又包含吊臂旋转和不旋转两种形式。 1.1 臂旋转的托吊分离型清障车 该车一般为 4 轴或 5 轴的重型清障车（图1）。吊臂通过主轴安装在回转台上，回转台带动起重臂实现 3600回转。吊臂一般分为两节臂或三节臂，可以自由伸缩。在举升油缸的作用下，吊臂还可以绕主轴在 一定范围内起吊。回转台后座上安装了两个液压绞盘，协助吊臂实现拖拽和起吊的功能。吊臂负责将被拖车辆从不便拖牵的位置转移到便于拖牵的位置，或将已倾翻的车辆摆正以便
19、于拖牵。 托举装置作为清障车作业装置中最重要的执行元件，负责将被拖车辆拖走。它由三部分组成：托举机构、摆动臂和托具。托举机构是实现摆动臂上下移动和摆动的装置，当摆动臂通过托具将被拖车辆固定好后，由托举机构将被拖车辆托离地面一定距离并使摆动臂上摆一个小角度（约 70），这个小角度可以很大程度上避免被拖车辆的滑脱和保险杠等部件的损坏（图 2）。托具即是拖车用 的工具，它的一端与摆动臂用销轴连接，为了清障车拖车行驶时转弯的需要，托具可以水平小角度摆动。托具的另一端是托叉座，根据拖被拖车的不同位置选择相应的托叉装入托叉座即可（图 3）。根据拖被拖车的不同位置托叉分为板簧托叉、前桥托叉、纵梁托叉、轮胎托
20、叉、板簧前耳座托叉等 【 3】 。 河北工业大学 2014 届毕业设计说明书（论文） 5 吊臂旋转的托吊分离型清障车应用比较广泛，作业对象绝大多数是中重型载货汽车、大中型客车、重型载货汽车及超重型半挂汽车列车等。它也可以拖牵中小型车，但考虑拖牵成本，一般不使用。 1.2 吊臂不旋转的托吊分离型清障车 该型清障车一般为 2轴或 3轴的中型清障车（图 4）。与吊臂旋转的托吊分离型清障车相比较，它没有回转台，吊臂不能回转，吊臂座固定在车架上， 2个液压绞盘安装在吊臂上，除此之外其它功能基本相同。吊臂不旋转的托吊分离型清障车应用不是很广泛，它有被托吊联体型清障车取代的趋势，作业对象一般是轻型载货汽车、微型客货车、中重型载货汽车、大中型客车等 【 3】 。 2 托吊联体型 该型清障车系吊臂与拖臂联结一体，一般为 2轴或 3 轴的中重型清障车（图5）。该车的吊臂与吊臂不旋转的托吊分离型清障车的吊臂结构相仿，都没有回转台，吊臂不能回转，吊臂座固定在车架上 ， 2 个液压绞盘安装在吊臂上。但车的最大特点就是吊臂下连接一个副臂，该副臂起到了托举机构的功能，大大降低了该车的制造成本。当摆动臂通过托叉将被托车辆固定好以后，只需轻轻举升吊臂
