机车机械制动系统结构设计及有限元分析Word文档格式.docx
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熟悉课题、查阅文献资料
3.11-3.24:
撰写文献综述、开题报告
4.1-4.15:
分析制动系统工作特点和方式
4.16-4.20:
设计机械制动系统结构并对主要零件进行计算分析
4.21-5.11:
建立制动系统三维模型,装配模型(4月份完成毕业实习)
5.12-5.19:
建立制动系统虚拟样机模型
5.20-5.27:
进行制动系统主要零件有限元分析,并进行结构优化,分析失效形式和原因
5.28-6.5:
撰写毕业论文
6.6-6.9:
上交毕业论文,并根据评阅意见进行修改
6.7-6.14:
毕业答辩
第4章系统主要零件有限元分析20
摘要:
课题以某机车为参考车型,运用CAD建模技术及有限元分析方法对机车机械制动系统的执行机构进行了设计研究。
首先对机车机械制动系统执行机构各零部件进行设计计算,然后根据设计计算结果,在UG中建立其CAD模型,最后对主要零部件进行有限元分析。
同时,也对零件失效的形式和原因进行了分析。
关键词:
机械制动系统;
执行机构;
有限元分析
LocomotiveMechanicalBrakeSystemDesignandFiniteElementAnalysis
Abstract:
ThispaperreferstoonelocomotivemodelandstudiedMechanicalBrakingsystemonthebasisofCADmodeltechnologyandFiniteelementanlysis.First,thelocomotivebrakesystemactuatormechanicaldesignofthecomponentscalculated,thenaccordingtothedesigncalculations,intheUGCADmodeltobuilditslast,thefiniteelementanalysisofmaincomponents.Alsointheformofcomponentfailureandthereasonswereanalyzed.
Keywords:
MechanicalBrakingsystem;
Implementingagency;
Finiteelementanlysis
第1章绪论
1.1引言
电机车是我国主要的矿山运输机械,其制动装置有机械制动和电气制动2种。
电气制动是利用控制器改变电气线路进行制动,属于能耗制动;
机械制动是利用制动器进行制动。
目前矿用电机车一般采用手动闸轮操作的闸瓦制动和电气动力制动装置,有的也采用压气制动装置。
但由于电气制动在停车制动时不能使机车完全停止,因此除小型电机车外.每台机车上都应装有机械制动装置。
《安全规程》规定,列车制动距离最大不得超过30m,这里的制动距离指的是从司机开始制动到列车完全停止运行的距离。
目前国内广泛应用的ZK一7型和ZK一10型架线式电机车,其运行速度约为16.5km/h,手动机械制动空行程时间按3s计,则其制动空行程约为14m。
实际允许制动距离,按规定的制动距离减去制动空行程距离计算,仅为26m。
如果再考虑牵引温升,对列车实际运行速度限制更高。
实际情况表明.制动技术已经成为限制电机车运输能力的急待解决的问题[1]。
1.2设计背景与意义
机车制动系统伴随着机车工业迅速的发展,车辆制动的安全性能越来越高。
目前大部分机车的制动系统是采用主动的控制方式,这种制动的方式在机车行驶是处于正常状态下是完全可靠的。
但是,突然出现危险或判断失误时,机车就可能会发生意想不到的交通事故。
随着科学的发展,人们从正反方面的经验教训中认识到人机系统协调关系的重要性,并使研究工作得以强化限随着近几年来国民经济的发展,人们不但关注车的外型和整体性能,同时,也十分关注车辆行驶的安全性和方便性问题。
从我国高速公路上发生的大量事故的统计分析结果发现:
由于车辆本身的技术问题导致交通事故发生的已约达到30%左右。
而其中主要诱因是车辆制动性能不足或制动操作不当等而导致的车辆追尾、制动跑偏、甩尾等恶性交通事故。
由此可见,改进车辆制动性能、提高车辆制动系统的恒定性以及改进车辆制动系统的人机操作环境有很强的现实意义,可以切实提高车辆行驶的安全性和方便性,减少由于车辆原因而导致的交通事故的发生概率。
随着人们对车辆制动性能影响车辆安全性的意识的提高,以及电子技术的发展,车辆制动系统也历经了数次变迁和改进。
近年来,机车机械制动系统作为制动系统的发展方向,已经成为国内外研究的热点之一。
1.3机械制动系统的历史
最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,这时的车辆的质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动的需要,但随着机车自质量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。
这时,开始出现真空助力装置。
1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器,并有制动踏板控制的真空助力装置。
林肯公司也于1932年推出V12轿车,该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。
随着科学技术的发展及汽车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展,车辆制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大革新。
DuesenbergEight车率先使用了轿车液压制动器。
克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世。
通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。
到20世纪50年代,液压助力制动器才成为现实[2.3]。
1.4机械制动系统的现状及发展趋势
1.4.1机械制动系统的现状
当考虑基本的制动功能量,液压操纵仍然是最可靠、最经济的方法。
即使增加了防抱制动(ABS)功能后,传统的“油液制动系统”仍然占有优势地位。
但是就复杂性和经济性而言,增加的牵引力控制、车辆稳定性控制和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术使基本的制动器显得微不足道。
传统的制动控制系统只做一样事情,即均匀分配油液压力。
当制动踏板踏下时,主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路,并通过一个比例阀使前后平衡。
而ABS或其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。
目前,车辆防抱制动控制系统(ABS)已发展成为成熟的产品,并在各种车辆上得到了广泛的应用,但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。
方法虽然简单实用,但是其调试比较困难,不同的车辆需要不同的匹配技术,在许多不同的道路上加以验证;
从理论上来说,整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上,并未达到最佳的制动效果。
另外,由于编制逻辑门限ABS有许多局限性,所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统(VDC)。
结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS,它是以连续量控制形式,使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率,理论上是一种理想的ABS控制系统[4.5.6]。
1.4.2现代机车制动系统的发展趋势
现代机车制动系统的发展趋势摘要:
从机车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。
近年来,随着车辆技术的进步和机车行驶速度的提高,这种重要性表现得越来越明显。
众多的机车工程师在改进机车制动性能的研究中倾注了大量的心血。
目前关于机车制动的研究主要集中在制动控制方面。
经过了一百多年的发展,机车制动系统的形式已经基本固定下来。
随着电子,特别是大规模、超大规模集成电路的发展,机车制动系统的形式也将发生变化。
如凯西-海斯(K-H)公司在一辆实验车上安装了一种电-液(EH)制动系统,该系统彻底改变了制动器的操作机理。
通过采用4个比例阀和电力电子控制装置,K-H公司的EBM就能考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况,而不需另外增加任何一种附加装置。
EBM系统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力,从而使制动距离缩短5%。
一种完全无油液、完全的电路制动BBW(Brake-By-Wire)的开发使传统的液压制动装置成为历史[7]。
1.5机车机械制动系统未来研究方向
作为全新的制动系统,机车防抱制动系统给机车带来了巨大变革,推动了机车智能化控制的发展。
为了加快机车机械制动系统发展和普及,未来机车机械制动系统的研究将主要集中在以下几个方面:
(1)制动系统的失效处理。
需要一个备用制动控制系统保证制动安全;
(2)系统容错的控制。
车辆运行过程中会有各种各样的干扰信号,如何消除这些干扰信号造成的影响,保证机车机械制动系统的安全性和可靠性,是需要解决的重要问题:
(3)电机的设计。
对电机可靠性要求较高,而且机构必须小巧紧凑、易于安装布置,能在各种恶劣的条件下可靠地工作;
(4)机电一体化的集成。
对于机车机械制动系统执行机构的研究已经有几家公司提出了设计方案,目前的执行机构中机械零件较多、结构复杂。
如何有效的增大转矩、保证机构自动调节制动间隙、使结构小巧而且可靠,是设计中要考虑的问题;
(5)驱动能源。
采用全电制动控制系统,需要较多的电能,机车机械制动系统的应用有赖于未来的大电压车载电源;
(6)降低系统的使用成本也是要解决的问题[8]。
第2章机车机械制动系统结构和主要零件设计计算
2.1单动型机车制动系统结构设计
2.1.1设计前提条件
(1)机车参数
车箱尺寸(长×
宽×
高):
2830×
1100×
770,轴距为1100mm,轮胎尺寸为680mm。
(2)法规适应性
决定制动系统、构造和参数的最低要求是适合指定的法规。
根据上述两项最基本的前提条件,再加上市场的需求、使用条件等确定设计方案。
2.1.2制动系统原理及要求
制动系统主要由手轮、丝杆、连杆、杠杆,闸瓦等组成。
机械制动是指通过司机操作制动手轮实施电机车的制动和缓解(顺时针旋动手轮为制动,逆时针旋动手轮为缓解。
)。
当转动手轮时,手轮带动制动丝杆螺母副的丝杆旋转,丝杆旋转使螺母产生直线运动,带动制动拉杆及制动杠杆动作,使制动闸瓦对车轮产生压力,从而使车轮与闸瓦之间产生摩擦制动力,从而使电机车减速或停车。
基础制动的四块闸瓦通过制动杠杆之间的联接器来平衡闸瓦之间的压力,使电机车的四块闸瓦压力基本一致,同时,联接器用于调节制动闸瓦与车轮的间隙,从而保证基础制动的可靠工作。
当制动缓解时,应根据闸瓦磨损程度经常调整联接器,使其保持闸瓦与车轮的间隙为2mm~3mm,以获得最大制动效果。
当手轮处于制动位置时,四块闸瓦均应与车轮紧密贴合,并具有足够的正压力。
当闸瓦厚度小于10mm时,应更换新闸瓦。
更换新闸瓦后,相应调整同心和间隙。
闸瓦和车轮踏面尽量处于同心位置,若偏移太大,可调整弹簧。
制动装置应经常检查:
除去泥污、丝杆、销子、轴承等处常添加润滑油,发现磨损严重的部件需及时更换,严禁凑合工作[9]。
2.1.3制动性能评价指标
(1)制动效能,即制动距离与制动减速度。
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- 机车 机械 制动 系统 结构设计 有限元分析