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[18] 張世亮 .液壓與氣壓傳動(dòng) (M).北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020。更要感謝每天和我一起去圖書館做畢業(yè)設(shè)計(jì)的舍友們，讓我們?cè)趫D書館內(nèi)共同討論，相互學(xué)習(xí)，把畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)成了一件非常有趣的事。三人行，必有我?guī)?，同學(xué)便是我們身邊的老師。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中遇見(jiàn)的不少的困難，多虧了老師每周安排一次開(kāi)會(huì)，在開(kāi)會(huì)中，我們要將一周來(lái)的進(jìn)度、遇到的問(wèn)題以及接下來(lái)一周預(yù)計(jì)要完成的任務(wù)通過(guò)五分鐘的 PPT 展示出來(lái)，會(huì)議結(jié)束后便是老師給我們答疑，對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，這讓我們?cè)诿恳恢艿漠厴I(yè)設(shè)計(jì)中都能有不少的收獲。 致 謝 時(shí)間真快，一晃眼一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，這意味著我們的大學(xué)生涯即 29 將畫上句號(hào)。而在當(dāng)今技術(shù)發(fā)展迅速的背景下完全有可能實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化控制。 通過(guò)本次課題“客車側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用”的研究，將大學(xué)所學(xué)能用得上的知識(shí)重新又溫習(xí)了一便，比如 CAD 二維制圖， PROE 三維建模， ANSYS有限元分析，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新，機(jī)械設(shè)計(jì)原理，液壓與氣壓回路，材料力學(xué)等等，深刻的體會(huì)從到剛開(kāi)始選課題時(shí)的無(wú)從下手，到后面不斷的自己摸索和向老師探討，以及在已有的研究領(lǐng)域下，畫出側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)，以及對(duì)試驗(yàn)方法等的深入研究。這些都是本試驗(yàn)平臺(tái) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所必須要涉及的，其中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和關(guān)鍵零部件的受力分析是完成本設(shè)計(jì)必不可少的內(nèi)容。設(shè)備和儀器的選用，如液壓缸型號(hào)的選擇，稱重儀型號(hào)的選擇，角度傳感器的選型等等，其中液壓缸的選型尤為重要，只有滿足平臺(tái)翻轉(zhuǎn)的行程要求和推力要求才能成功的完成試驗(yàn)。各種材料的選取，應(yīng)該考慮到材料本身的特性，整個(gè)平臺(tái)在能夠滿足承受試驗(yàn)所要求負(fù)載外還要考慮到平臺(tái)的自重，這就要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。從而使自己的理論知識(shí)得以進(jìn)一步的提高，更能為以后在社會(huì)上打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。像這種大型液壓缸，一般都要自己設(shè)計(jì)，除了缸徑，桿徑，桿長(zhǎng)確定外，還需要自己通過(guò)計(jì)算來(lái)得到缸的壁厚，和綜合考慮選缸蓋材料，密封裝置等等。時(shí)（即液壓缸縮回狀態(tài)不工作時(shí)），兩鉸座間距離，回過(guò)頭來(lái)發(fā)現(xiàn)初選液壓缸不符合要求，這樣反復(fù)的作用才確定了即滿足推 力要求又滿足最大行程要求的液壓缸鋼。當(dāng)液壓缸型號(hào)中的最大推力滿足要求后，再讓平臺(tái)工作翻轉(zhuǎn)到最大角度 55176。 若 , , 0 ,1 2 1 2q q q p p p? ? ? ? 則 1 12 2qvAqvA?? 1122F pAF pA?? 小結(jié) 由于整個(gè)側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)的動(dòng)力源來(lái)自于液壓缸，所以本章液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)所占比例相對(duì)較大，自己也在本章的撰寫以及設(shè)計(jì)中花了不少時(shí)間。 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定如下： mmDLH 2 2 022 2 0202 2 0 0220 ????? 活塞寬度 B取 mmDB 1 3 22 2 ???? 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度 mmDl 1 3 22 2 ???? 隔套的長(zhǎng)度 mmBlHC 88)1 3 21 3 2(212 2 0)1(21 ??????? 雙作用液壓缸的基本參數(shù)計(jì)算 雙作用單桿活塞缸的基本參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 54 所示 圖 54 基本參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖 （ 58） （ 59） （ 510） （ 511） （ 512） （ 513） （ 514） （ 515） 27 無(wú)桿腔工作 當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油有桿腔回油時(shí)，活塞上產(chǎn)生的推力 F1和速度 V1 分別為222 1 1 2 2 1 2 2( ) [ ( ) ]4mmF p A p A p p D p d???? ? ? ? ? 11114 2vqq vv AD????? 式中 1q為進(jìn)油流量。無(wú)縫鋼管 ??? =100MPa。 表 52 液壓桿主要零件材料表 缸體 無(wú)縫鋼管 45 號(hào)鋼 活塞 鑄鐵 HT200 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。本機(jī)構(gòu)平臺(tái)中的液壓缸，采用的是半環(huán)式連接。工作壓力小于 10MPa 時(shí)使用鑄鐵材料；工作壓力 10~20MPa 時(shí)使用無(wú)縫鋼管，工作壓力大于 20MPa 時(shí)使用鑄鋼材料。 圖 53 單活塞雙作用液壓缸 液壓缸一般由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等組成 [18]。所以最終確定型號(hào) HSGK220/dE 為所需液壓缸?？紤]到側(cè)翻試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，側(cè)傾穩(wěn)定角一般都是小于 55176。 或選擇 HSGK180/dE， 此時(shí)的最大推力 )(401609 25 噸???? ?F （壓力為 16MPa 時(shí)）， 最小推力 )(20809 26 噸???? ?F （壓力為 8MPa 時(shí)）。而如果選擇 HSGK200/dE。從液壓缸性能參數(shù)表中初選型號(hào) HSGK220/dE。 圖 52 液壓缸長(zhǎng)度計(jì)算 液壓缸的選型與校核 本文所選液壓缸型號(hào)主要參考表 51。 23 圖 51 液壓回路 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的工作長(zhǎng)度計(jì)算 液壓缸工作到最大角度（假設(shè)承載板能翻轉(zhuǎn)至 55176。由于平板機(jī)構(gòu)的質(zhì)量慣性相當(dāng)大，故而要求液壓控制系統(tǒng)必須確保整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行平穩(wěn)性，所以此處選用平衡閥是合適的 [16]。當(dāng)平板向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，因平板重心不過(guò)支點(diǎn)，故活塞桿腔無(wú)需平衡。蓄能器 1 1 14 用于為系統(tǒng)補(bǔ)油。換向閥處于左位時(shí)，來(lái)自泵的油液到達(dá)缸的無(wú)桿腔，壓力達(dá)到調(diào)定值時(shí)，平衡閥開(kāi)啟，缸有桿腔的油經(jīng)平衡閥、換向閥回油，活塞下降。液壓缸無(wú)桿腔的油液經(jīng)換向閥回油箱。系統(tǒng)的壓力和流量由電機(jī)泵組 1提供，油液經(jīng)單向閥、過(guò)濾器到達(dá)電磁換向閥 5，通過(guò)平衡閥6中的單向節(jié)流閥的開(kāi)口，油液通過(guò)后到達(dá)三個(gè)液壓缸 1 1 17 油路。平衡閥相當(dāng)于一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件 [15]。 5 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓控制回路的設(shè)計(jì)規(guī)劃 在側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)中，此液壓回路需要達(dá)到三個(gè)液壓缸頂起和卸下重物時(shí)能夠達(dá)到同步，速度平穩(wěn)，且當(dāng)客車側(cè)翻的同時(shí)，液壓缸狀態(tài)不因負(fù)載的變化而發(fā)生變化。 小結(jié) 本章對(duì)主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核以及對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，其中主要部件圓柱銷在整個(gè)平臺(tái)機(jī)構(gòu)中中尤為重要，它的強(qiáng)度決定了液壓缸是否能夠支撐得了整個(gè)平臺(tái)，計(jì)算結(jié)果證明，設(shè)計(jì)所選用的選注銷強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求。 由上面的公式可計(jì)算得 ??? =~94MPa，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，需 用撓度 [f]=2mm,從表 32 可知最大應(yīng)力和最大撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力和許用撓度（即應(yīng)變）。 采用 ANSYS 進(jìn)行分析計(jì)算得到承載板在自重和 加車重兩種工況下的應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果（表 42）和應(yīng)力云圖與變形。 21 圖 48 車重加自重應(yīng)變?cè)茍D 從圖中可以看出，較大的應(yīng)變集中區(qū)還是在遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)中心的外側(cè)輪胎接觸面處。 圖 47 自重加車重應(yīng)力云圖 在車重加自重的負(fù)載下，從應(yīng)力云圖可以看出，最大應(yīng)力為 ，不過(guò)承載板所受的大部分應(yīng)力還是集中在輪胎的接觸面上，且最大應(yīng)力在 4MPa 左右，少部分在 6~8MPa 之間。 分析完自身重力下的影響后，在承載板上加上客車重力作用下的變形，此時(shí) 在汽車車輪接觸面施加一個(gè)垂直向下的均布力 , 接觸面面積大小按最小面積 計(jì)算 , 受力為 25000KN，對(duì)施 加完載荷的承載板進(jìn)行計(jì)算。 圖 45 自身重力下的應(yīng)力圖 對(duì)自 身的應(yīng)力圖進(jìn)行了分析后，導(dǎo)出在自身重力下的應(yīng)變圖，如圖 46 所示。最后在承載板的中心添加承載板自身重力 G，進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果。承載板在水平時(shí)位置 Z向受力最大。因此，在工作過(guò)程中回轉(zhuǎn)速度較為緩慢 , 便可完全認(rèn)為承載板架所承受的載荷為靜載荷。 /min, 下降速度不大于 27176。如圖 44 為有限元網(wǎng)格劃分圖。 由于在先前的網(wǎng)格劃分中， 未將倒角圓角去掉，導(dǎo)致一直出現(xiàn)錯(cuò)誤，可見(jiàn)必要的簡(jiǎn)化對(duì)成功的分析是必不可少的。簡(jiǎn)化工作主要包括： 將壓花鋼板換成平板 。 再對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要分析后，開(kāi)始對(duì)試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)處于傾斜狀態(tài)（即翻轉(zhuǎn)一定角度）時(shí)，車輪作用在垂直于托架的載荷分量 減小，而平行于托架平面方向的載荷分量顯然對(duì)托架的結(jié)構(gòu)影響并不大，所以可以不考慮。支撐框架受到的主動(dòng)載荷為兩部分：一部分是汽車通過(guò)四個(gè)稱重儀傳遞給花紋鋼板再傳遞下來(lái)的載荷；另一部分就是支撐框架本身的自重。為了使計(jì)算更加的方便，我們計(jì)算時(shí)，省去了輔助部分，如此一來(lái)，托架就可以簡(jiǎn)化為一個(gè)都是由矩形管正交的平面鋼架結(jié)構(gòu)。 進(jìn)行有限元分析前先進(jìn)行結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單分析，首先，對(duì)支撐框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理 [14]。對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核是必要的。當(dāng)圓柱銷的直徑 d=時(shí)，檢查圓柱銷的拉伸強(qiáng)度： (43) (44) (45) (46) (47) (48) 18 ][))(2/()2/( 490002 ?? ??????????? M P amMNmNedPcAP 而本設(shè)計(jì)選用的圓柱銷 d=60mm，所以滿足強(qiáng)度要求。 （ 2） 壓力強(qiáng)度條件： ? ? ）（單位 a2mm/ MPNpc ?? （ 3） 對(duì)于圓柱銷，它的許用壓力為： p 為 40~60 單位 N/mm2（ MPa） 本設(shè)計(jì)中， e=45mm， d=60mm， F=98KN，圓柱銷的許用拉應(yīng)力為 [? ]=100MN/m2（ MPa） ,它的許用剪切應(yīng)力為 [? ]=100MN/m2（ MPa）。 圖 43 圓柱銷的剪切變形 1） 圓柱銷的抗剪切強(qiáng)度條件 (圖 43) (1)圓柱銷受到的剪切力： 2FT? (2)圓柱銷受到的正應(yīng)力： AF?? (41) (42) 17 （ 3） 圓柱銷受到的切應(yīng)力： AF2?? 式中 A是圓柱銷面積。如圖 42所示。考慮到平臺(tái)上的負(fù)載較集中的作用在液壓缸一端的每個(gè)鉸座支撐處，所以在回轉(zhuǎn)鉸支撐處焊接上同樣壁厚為 8mm 的加強(qiáng)筋。如圖41 所示。本人覺(jué)得次平臺(tái)還有需要改進(jìn)的地方，比如平臺(tái)尺寸 12m，對(duì)于長(zhǎng)超過(guò) 12 米的大客車存在局限性，且保護(hù)裝置還可以得到 更好的完善。具體裝配如圖 312 所示。最上面部分為一開(kāi)有螺紋孔的類似截面類似 U型的三角形塊，這部分與中間部分通過(guò)螺栓連接，可以通過(guò)鎖緊和松開(kāi)螺栓來(lái)微量的調(diào)整墊塊的高度，如圖 310 所示。此時(shí)整個(gè)平臺(tái)的質(zhì)量都?jí)涸谝簤焊咨?。如圖 37和圖 38 所示。 13 圖 36 輪重測(cè)量?jī)x 7） 角度測(cè)量?jī)x：由角度傳感器和一 根豎直向下的小鋼板