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拖拉机电控液压动力转向系统的转向机构及液压系统设计

作　者: 王庆
导　师: 鲁植雄
学　校: 南京农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 拖拉机转向系统电液比例换向阀建模和仿真有限元
分类号: S219.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,我国农业机械化事业迅速发展,农机装备总量、农机作业水平、先进技术应用水平不断提高,对促进粮食增产、农民增收、农业增效发挥了重要作用。轮式拖拉机是实现农业机械化和现代化不可缺少的重要动力机械,随着新兴科学技术的不断发展,采用机电液一体化技术是拓宽拖拉机功能、提高其技术性能以及解决其所面临诸多技术难题的最佳选择方案,并且已经成为现代拖拉机的主要技术发展趋势。本文选择了某一中等马力的轮式拖拉机为研究对象,设计一套电控液压动力转向系统的机械和液压部分。该套转向系统对于改善轮式拖拉机的操纵性、降低驾驶员的劳动强度具有重要意义。论文的主要工作包括：分析了轮式拖拉机转向系统的发展过程,以及各种转向系统的特点及其工作原理,介绍了所设计的电控液压动力转向系统的结构及其工作原理。根据车辆的理想转向特性,设计了一套新的轮式拖拉机的转向机构,在所选轮式拖拉机的结构参数的基础上,确定了该套转向机构主要组成部分的结构尺寸,利用Solidworks软件支持鼠标动态拖动的功能,对所设计的转向机构进行了运动模拟,从而得到了优化后的转向机构的其余构件的结构尺寸。利用Matlab软件得到了所设计的转向机构的转向特性曲线。分析了轮式拖拉机转向系统的力学特性,计算得到转向系统的工作时要能承受的最大阻力矩。采用虚拟样机技术,应用Adams软件对所设计的转向机构进行了动力学分析,得到转向机构工作时液压缸要能产生的最大工作推力。通过最大工作推力完成了转向动力缸的设计。至此,转向机构各组成部分的结构参数设计完毕,应用Pro/E软件建立了转向机构的三维模型,并进行了运动模拟仿真,证明了机械部分设计的正确性。应用Ansys软件,把通过Adams仿真得到的力作为边界载荷条件施加在油缸活塞杆上,对活塞杆进行有限元分析,得出活塞杆在受力最大时刻的应力应变分布情况,为活塞杆材料的选择等提供了可靠依据。设计了电控液压动力转向系统的液压系统,绘制了液压系统原理图,对液压系统的各个组成元件的结构和工作原理进行了介绍,对液压系统静态特性进行了分析。基于Amesim软件建立了液压系统的仿真模型,验证了模型建立的正确性,并对液压系统动态特性进行了仿真分析。以学校的液压实验室为基础,搭建了液压系统的实验平台,介绍了所选用传感器的工作原理和基于Labview虚拟仪器技术的数据采集设备。得到了实验数据和图形,验证了液压系统设计的正确性。最后,对本论文的研究工作和成果进行了总结,展望了下一步的研究工作。

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摘要 6-8ABSTRACT 8-10第一章绪论 10-16 1.1 课题研究背景和意义 10-11 1.2 电控液压动力转向系统国内外研究发展状况 11-14 1.3 本课题的提出 14-15 1.4 本文研究的主要内容 15 1.5 本章小结 15-16第二章电控液压动力转向系统的总体设计 16-30 2.1 电控液压动力转向系统的设计要求 16 2.2 电控液压动力转向系统的总体结构设计 16-20 2.2.1 整车参数及原有转向系统简介 16-18 2.2.2 电控液压动力转向系统总体设计 18-20 2.3 转向机构的设计 20-29 2.3.1 轮式车辆的理想转向特性 20-22 2.3.2 转向机构主要参数的设计 22-26 2.3.3 基于SolidWorks的转向机构分析 26-29 2.4 本章小结 29-30第三章建立ECHPS转向机构的三维模型 30-42 3.1 转向系统的力学特性分析 30-34 3.1.1 转向阻力距的计算 30-31 3.1.2 基于Adams的转向液压缸最大推力的计算 31-34 3.2 转向动力缸的设计 34-38 3.2.1 液压缸工作压力的确定 34-35 3.2.2 液压缸内径D与活塞杆直径d的确定 35 3.2.3 液压缸壁厚δ和外径D1以及工作行程的确定 35-36 3.2.4 液压缸结构设计 36-38 3.3 建立转向系统模型 38-41 3.3.1 转向机构中其余构件的设计 38-40 3.3.2 转向系统结构装配图 40-41 3.4 本章小结 41-42第四章油缸活塞杆的有限元分析 42-51 4.1 建立油缸活塞杆的ANSYS实体模型 42-44 4.2 建立油缸活塞杆的有限元模型 44-45 4.3 施加边界条件和载荷 45-46 4.4 求解 46-47 4.5 有限元分析结果 47-50 4.5.1 求解结果 47-50 4.5.2 结果分析 50 4.6 本章小结 50-51第五章 ECHPS的液压系统设计 51-63 5.1 液压系统设计背景及工况分析 51-52 5.2 液压系统主要参数的确定 52-53 5.3 液压回路选择及系统设计 53-59 5.3.1 液压回路的选择 53-57 5.3.2 液压系统原理图及其工作原理 57-59 5.4 液压元件参数计算选型 59-62 5.5 本章小结 62-63第六章液压系统静动态特性分析 63-75 6.1 液压系统的静态特性分析 63-64 6.2 液压系统动态特性仿真分析平台AMESim软件简介 64-68 6.2.1 建模仿真软件AMESim软件的功能 64-65 6.2.2 建模仿真软件AMESim的基本特性 65-67 6.2.3 主体软件AMESim的使用方法 67-68 6.3 液压系统建模及模型验证 68-71 6.3.1 基于Amesim的液压系统建模 68-69 6.3.2 模型验证及仿真分析 69-71 6.4 基于Amesim的液压系统动态特性仿真分析 71-74 6.5 本章小结 74-75第七章液压系统实验设计及验证 75-88 7.1 位移传感器和压力传感器的选择 75-78 7.1.1 传感器的选用原则 75-76 7.1.2 液压试验系统中传感器的选择 76-78 7.2 实验平台与数据采集设备 78-82 7.2.1 实验平台 78-80 7.2.2 数据采集设备 80-82 7.3 实验与仿真结果对比分析 82-87 7.4 本章小结 87-88第八章总结与展望 88-90 8.1 总结 88-89 8.2 展望 89-90参考文献 90-93致谢 93-94研究生期间撰写发表的论文 94

拖拉机电控液压动力转向系统的转向机构及液压系统设计

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