畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目： 機(jī)車氣動制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及有限元分析 學(xué)院： 2017 年 3 月 10 日畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告1．文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題情況，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，其制動裝置有機(jī)械制動和電氣制動2種。電氣制動是利用控制器改變電氣線路進(jìn)行制動，屬于能耗制動；機(jī)械制動是利用制動器進(jìn)行制動。目前礦用電機(jī)車一般采用手動閘輪操作的閘瓦制動和電氣動力制動裝置，有的也采用壓氣制動裝置。但由于電氣制動在停車制動時不能使機(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)械制動裝置?！栋踩?guī)程》規(guī)定，列車制動距離最大不得超過30m，這里的制動距離指的是從司機(jī)開始制動到列車完全停止運(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，手動機(jī)械制動空行程時間按3 s計，則其制動空行程約為14 m。實(shí)際允許制動距離，按規(guī)定的制動距離減去制動空行程距離計算，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)計背景與意義機(jī)車制動系統(tǒng)伴隨著機(jī)車工業(yè)迅速的發(fā)展，車輛制動的安全性能越來越高。目前大部分機(jī)車的制動系統(tǒng)是采用主動的控制方式，這種制動的方式在機(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)危險或判斷失誤時，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，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性能不足或制動操作不當(dāng)?shù)榷鴮?dǎo)致的車輛追尾、制動跑偏、甩尾等惡性交通事故。由此可見，改進(jìn)車輛制動性能、提高車輛制動系統(tǒng)的恒定性以及改進(jìn)車輛制動系統(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)械制動系統(tǒng)作為制動系統(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)車制動系統(tǒng)的歷史最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機(jī)械裝置向制動器施加作用力，這時的車輛的質(zhì)量比較小，速度比較低，機(jī)械制動雖已滿足車輛制動的需要，但隨著機(jī)車自質(zhì)量的增加，助力裝置對機(jī)械制動器來說已顯得十分必要。這時，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 的鼓式制動器，并有制動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，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機(jī)械制動后的又一重大革新。Duesenberg Eight車率先使用了轎車液壓制動器?？巳R斯勒的四輪液壓制動器于 1924 年問世。通用和福特分別于 1934 年和 1939 年采用了液壓制動技術(shù)。到 20 世紀(jì) 50 年代，液壓助力制動器才成為現(xiàn)實(shí) [2.3]。1.4 機(jī)車氣動系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.4.1 機(jī)車制動系統(tǒng)的現(xiàn)狀當(dāng)考慮基本的制動功能量，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(ABS)功能后，傳統(tǒng)的“油液制動系統(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)使基本的制動器顯得微不足道。傳統(tǒng)的制動控制系統(tǒng)只做一樣事情，即均勻分配油液壓力。當(dāng)制動踏板踏下時，主缸就將等量的油液送到通往每個制動器的管路，并通過一個比例閥使前后平衡。而ABS或其他一種制動干預(yù)系統(tǒng)則按照每個制動器的需要時對油液壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前，車輛防抱制動控制系統(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)展了車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)(VDC)。結(jié)合動力學(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)車氣動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代機(jī)車制動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢摘要：從機(jī)車誕生時起，車輛制動系統(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)車制動性能的研究中傾注了大量的心血。目前關(guān)于機(jī)車制動的研究主要集中在制動控制方面。經(jīng)過了一百多年的發(fā)展，機(jī)車制動系統(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) 制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)徹底改變了制動器的操作機(jī)理。通過采用 4 個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、ABS、牽引力控制、巡航控制制動干預(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)制動器能更加有效地分配基本制動力，從而使制動距離縮短 5%。一種完全無油液、完全的電路制動 BBW （Brake-By-Wire)的開發(fā)使傳統(tǒng)的液壓制動裝置成為歷史 [7] [8][9]。1.5 機(jī)車機(jī)車制動系統(tǒng)未來研究方向作為全新的制動系統(tǒng)，機(jī)車防抱制動系統(tǒng)給機(jī)車帶來了巨大變革，推動了機(jī)車智能化控制的發(fā)展。為了加快機(jī)車機(jī)械制動系統(tǒng)發(fā)展和普及，未來機(jī)車機(jī)械制動系統(tǒng)的研究將主要集中在以下幾個方面：(1)制動系統(tǒng)的失效處理。需要一個備用制動控制系統(tǒng)保證制動安全；(2)系統(tǒng)容錯的控制。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。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)自動調(diào)節(jié)制動間隙、使結(jié)構(gòu)小巧而且可靠，是設(shè)計中要考慮的問題；(5)驅(qū)動能源。采用全電制動控制系統(tǒng)，需要較多的電能，機(jī)車機(jī)械制動系統(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)車制動機(jī)的發(fā)展.機(jī)車電傳動，2002[3] Leiter R．Design and Control ofan Electric Park Brake．20th Annual Brake Colloquium and Exhibition，October 2002：379-383[4] Greg Gagarin.機(jī)車制動系統(tǒng).國外內(nèi)燃機(jī)車.2000， （5）[5] Aidemark J，Vinter J，F(xiàn)olkesson P ．Experimental Evaluation of Time—redundantExecution for a Brake-by-wire Application．ProceedingsoftheInternationalConferenceon Dependable Systems and Networks，2002[6] 余志生．機(jī)車?yán)碚摚本簷C(jī)械工業(yè)出版社，2000[7] 劉豫湘.我國機(jī)車制動機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展.電力機(jī)車與城軌車輛，2005[8] 美]L．?？朔鸲鳎畽C(jī)車制動系統(tǒng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997[9] 柯愈治.汽車防抱制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修．北京：人民交通出版社，1998[10] 林沽亭.《中華之星》動車組制動系統(tǒng)的分析和評估.鐵道機(jī)車車輛，2003[11] 應(yīng)之丁，姜靖國，吳萌嶺，等.日德高速電動車組制動系統(tǒng)分析.鐵道車輛.1999,37(1)畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告開 題 報 告一、課題的目的與意義課題以某機(jī)車為參考車型，運(yùn)用 CAD 建模技術(shù)及有限元分析方法對機(jī)車氣動制動系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計研究。首先對機(jī)車機(jī)械制動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各零部件進(jìn)行設(shè)計計算，然后根據(jù)設(shè)計計算結(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，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系統(tǒng)，機(jī)車防抱制動系統(tǒng)給機(jī)車帶來了巨大變革，推動了機(jī)車智能化控制的發(fā)展。為了加快機(jī)車機(jī)械制動系統(tǒng)發(fā)展和普及，未來機(jī)車機(jī)械制動系統(tǒng)的研究將主要集中在以下幾個方面：(1)制動系統(tǒng)的失效處理。需要一個備用制動控制系統(tǒng)保證制動安全；(2)系統(tǒng)容錯的控制。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。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)自動調(diào)節(jié)制動間隙、使結(jié)構(gòu)小巧而且可靠，是設(shè)計中要考慮的問題；(5)驅(qū)動能源。采用全電制動控制系統(tǒng)，需要較多的電能，機(jī)車機(jī)械制動系統(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)車氣動結(jié)構(gòu)的三維仿真模型。①機(jī)車氣動制動系統(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)車氣動制動結(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)計所需的內(nèi)容復(fù)習(xí)以前所學(xué)設(shè)計有關(guān)的專業(yè)知識，并熟練的運(yùn)用到設(shè)計中去。還要學(xué)習(xí)一些設(shè)計中所用到的其它方面的知識，如：有限元法。設(shè)計運(yùn)用 UG 軟件繪制機(jī)車氣動制動系統(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)動學(xué)、動力學(xué)、有限元分析。3、設(shè)計內(nèi)容（1）建立機(jī)車氣動制動系統(tǒng)三維模型，并進(jìn)行干涉分析；（2）機(jī)車氣動制動關(guān)鍵零件模態(tài)有限元分析；（3）改進(jìn)機(jī)車制動機(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（論 文）開 題 報 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（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