客车侧倾试验平台机构设计及应用毕业论文(编辑修改稿)

客车侧倾试验平台机构设计及应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，非固体材料的影响难以精确计算等。 所以，这种方法一般不采用，而应该通过使用更加科学的试验方法来验证质心的位置 [10]。 但如何通过精确的测量和计算来得到质心的位置呢。 这包括应该如何选择正确的试验设备以及采用何种正确的计算方法。 而这将是本章要分析的重点。 当质心位置的左右方向偏移较小且对汽车安全稳定性无较大影响时，通常用汽车质心距前轴中心线的水平距离以及汽车质心高度共同来表示。 而通过精确测量轴荷便可 简单的计算出质心的水平位置，因此测定汽车质心的高度也是本章的重中之重。 目前，国内外测定车体质心高度主要由以下几种方法：（ 1）几何作图法（ 2）悬挂法（ 3）零位法 (4)摇摆法 (5)质量反应法 (6)平台支撑反力法 方法 1是一种理论方法，一般不采用。 方法 2测量精度无法保证 ，因此这种方法很少被采用。 方法 3需要专用设备，对于客车这种大型汽车而言，很难保证强度。 6 方法 4测出来的精度较高，不过设备相当复杂，不容易加工出来，所局限的东西太多。 方法 5所需要用到的测试设备 少，比较容易实现，因此被广泛采用。 方法 6的原理是将汽车置于平台上，平台举升至某一角度时，测量质量的重新分配值，然后计算出质心位置。 此种方法所需测试设备少，而且比较容易实现，被广泛采用。 但却由于各方面因素的影响，导致所测出来的精度不高。 本课题主要研究的是使用平台支撑反力法，其所需的专用设备可用侧倾试验平台代替使用，侧倾试验平台克服了以往的不利因素，提高了试验精度。 为了让计算变得更加的方便，我们选取了回转支撑铰的回转中心作为坐标系原点 O，建立平台坐标系 OXYZ，如下图 21 中的 a）所示，其中 OX 轴 为平台长边方向， OY 轴为宽边方向， OZ 轴为竖直方向，称重仪的测力方向沿 OZ轴。 首先我们以车体上的后轴中点为 O’点，分为跟 OX， OY， OZ 同向，依次为 O’X， O’ Y， O’ Z 建立车体坐标系 O’ X’ Y’ Z’。 假设车体质心在 c1 点 , 在平台坐标系中的坐标为 ( xc, yc, zc) , 在车体坐标系中的坐标为 ( x’ c,y’ c, z’c) , 平台质心在 C2 点 , 在平台坐标系中的坐标为 ( x2c, y2c, z2c)。 平台的质量 m2, 平台的质心坐标 ( x2c, y2c,z2c), 车体坐标系原点在 平台坐标系中的坐标 ( x1,y1, z1)。 平台处于水平位置时 , 3 个驱动缸铰支点的坐标( xdc1, ydc1, 0) , ( xdc1, ydc2, 0), ( xdc1, ydc3, 0), 液压缸下铰中心点到上铰中心点的距离 Ld。 平台的侧倾角 θ。 6 个支撑铰的受力 F1， F2， F3，F4， F5，。 而车体的质量 m1, 车体质心在平台坐标系中的坐标 (xc, yc, z c)是所要求解的参数 [11]。 已知长度的测量和质心高度的具体计算步骤如下： 1. 台体保持水平 , 被测车体固定在平台上。 求解车体坐标系原点在平台坐标系中的坐标 (x1, y1, z 1). 其中 : x1, y1 可用初始位置测量系统精确测出 , 而 z1 可通过公式 (21)计算 : L1 Z+L +H =1Z 式中 : H 为平台的厚度 , mm。 L 为平台下表面到平台坐标系 XOY 面的距离 , mm。 ZL1 为车体坐标系原点距离平台上表面的高度 , mm. 2. 平台水平 , 求解车体的质量 m1 （ 21） 7 g g)2m 6F +5F +4F 3F +2F +1F ( =1m  式中 : F1=F2=F3， F4=F5=F6 分别为 6个支撑铰的受力，由 2个称重传感器给出，单位 N； m2 为平台的质量，单位 kg； g 为重力加速度；取 9. 8 2s/ m。 3. 求解车体的 X 向质心坐标 xc g1m 2cxg2m 1dc x)3F2F +1F (cx 式中 : F1， F2， F3 分别为 3 个驱动缸铰的受力 , 由 2 个称重传感器给出平分至三个驱 动缸铰上，单位， N； xdc1 分别为 3个驱动缸铰的 X 向坐标 ,单位 mm。 x2c为平台质心的 X 向坐标 ,单位 mm。 m1 为车体的质量 ,单位 kg. 4. 求解车体的 Y 向质心坐标 yc g1m )2cyg2m d c 3y3F +d c 2y2 F +d c 1y1 (F =cy  式中 : ydc1, ydc2, ydc3 分别为 3 个驱动缸铰支点的 Y 向坐标 ,单位 mm。 y2c为平台质心的 Y 向坐标 ,单位 mm。 5. 台体侧倾 , 求解车体的 Z 向质心坐标   g s i n 1m Sd c 1 x)3F2F +1F ( s i n2c zg2m c o s ]g2cx2m +1) c x(1m [ =CZ  2]2c o s2dL+2s i nd c 14 [ x +2 2s i nd2Ls i n d c 1 x+ c o sdL=S 式中 : xc 为车体的 X 向质心坐标 ,mm。 1 为平台侧倾时 , 车体质心沿 X 向移动距离 , mm。 θ为平台的侧倾角。 z2c 为平台质心的 Z 向坐标 , mm。 yc 为车体的 Y 向质心坐标 , mm。 dl 为驱 动液压缸的初始长度 , mm. 最后得 2)2c o s2dL+2s i nd c 14 ( x + 22s i nd2Ld c 1 x+c o t dLg1md c 1)x3F2F +1F (2cZ1m2mc o t ]1m2cx2m+ 1) c x( [=Zc  6. 通过坐标变换求解车体质心在车体坐标系中的位置 ( x’ c, y’ c, z’（ 22） （ 23） （ 24） （ 25） （ 26） （ 27） 8 c), 11139。 39。 39。 ccccccx x xy y yz z z                a)质心 X坐标的测量（平台水平） c）质心 Z坐标的测量（平台倾斜 20176。 ） b)质心 X坐标的测量（平台水平） 图 21 质心测量平台原理及其力学模型 小结 本章主要分 析了利用平台支撑反力法来计算求得质心位置，而此种方法所需的专用试验设备可用侧倾试验平台。 同样一个试验平台能够达到既测量了客车侧翻时的稳定角又能通过测量和计算得到质心位置，这正是本设计所要达到的目的，接下来将要具体讲述此平台的总体设计，以及平台上所需设备的选择。 3 侧倾平台的总体设计 （ 28） 9 总体性能参数 客车侧倾试验平台的总体设计参数包括：试验平台台面的尺寸，承载板的厚度，所选钢材矩形方管的尺寸，承载板的板重，台面最大承载重量，最大负载下举升油缸所能达到的最大举升力，平台所能达到的倾斜角的最大角 度，国标中对于角度精度的要求，平台翻转速度（即平台翻转到最大角度所用的时间）。 总体性能参数值如表 31所示 表 31 总体性能参数值 项目 参数 试验平台台面尺寸（长 x宽） (mm) 12200x3400 承载板厚度 (mm) 5 矩形方管尺寸（长、宽、壁厚） (mm) 300x200x8 承载板重 (t) 14 台面最大承载重量 (t) 40 举升油缸的最大举升力， KN 120x3 平台所能达到的倾斜角范围（176。 ） 0~55 角度精度（176。 ） 177。 达到台面最大倾斜角（ 55176。 ）所需时间（ min） 6~10 侧倾平台国家标准的分析 本文所研究的侧倾试验方法主要是参照《中华人民共和国国家标准汽车静侧翻稳定性台架试验方法 GB/T 1417239》 [12]。 在此国标中明确规定了进行侧倾试验时平台所需的测量仪器设备、试验所具备条件以及试验时所使用的正确方法。 同时也对静侧倾稳定角以及最大侧翻稳定角给出了较为详细的定义：汽车在静态条件下所受到的侧向力是其本身所固有的抗侧翻能力。 而在侧翻试验台上，当倾斜的汽车一侧车轮支承平面法向反力为零时的平台侧翻角度为汽车的最大侧翻稳定角。 车轮负荷计精度不低于 1%； 尺寸测量仪精度不低于 1mm；角度测量仪器精度不低于 176。 这些都是国标中对于试验设备和仪器的精度要求。 以上是对试验仪器和尺寸等精度所需达到标准的简要概括。 现将简述汽车侧倾试验平台所需要满足的要求。 首先，试验平台的台面的倾斜角范围必须要在零度与汽车侧翻稳定角之间连续调节（能达到的最大角度最好为 55176。 ），并且要 10 能够在其之间的任意角度固定，以至于记录下当前状态的数据，以供分析。 其次，标准中规定试验台运转应该平稳，并且试验平台翻转速度不能太快，防止造成不必要的振动，从而导致汽车还未达到侧翻稳定角时就侧翻，给数据 带来了不必要的误差，而且还可能对结果造成较大的影响，对此，试验台面的上升速度小于等于 10176。 /min，下降速度小于等于 27176。 /min。 另外，试验平台的台面与车轮间的侧向附着系数要大于等于。 最后试验台面的平面度不低于 GB1184 中规定的D级，试验台面与转动中心的平行度不能低于 12 级。 为了防止试验过程中由于汽车倾斜，而导致重力在平行于承载板向下的分力大于摩擦力，而导致汽车侧滑，可采用的方法就是在试验台的回转中心靠近轮胎外侧（侧翻中心一侧轮边）安装防侧滑挡块的方法，并且有相关规定，挡块的高度不能大于 30mm。 而当汽车开上平台，车轮压在测重仪上面时，也要防止由于手刹不紧或其他原因所造成的车轮纵向转动，此时可安装碶形块解决这个问题。 对于应该满足的试验条件有：汽车技术状况要求；保证汽车处于整备质量状态；试验时的周边的环境要保证风速不大于。 而对于汽车技术状况包括：汽车各总成、部件及附属装备（包括随车工具与备用轮胎）都必须按出厂技术条件装备齐全，并且安装在汽车规定的位置上；轮胎气压应符合汽车技术条件的规定，误差不得超过 10KPa；为防止燃料、润滑油、冷却液的泄漏，可采用堵塞或等质量代换的办法；对于采用空气悬架及油气悬架的汽车，应安装防止悬架脱开的安全装置。 有高度调整机构者应锁止该机构。 现将对标准规定中的试验方法进行简单概括。 分别测定左、右最大侧翻稳定角，而两边的测定方法都是一样的，只是将汽车调个车头，最简单的方法就是正向将车开上试验平台以及将 车倒着开上试验平台。 本试验平台的设计是正向先测定右最大侧翻稳定角。 首先，将汽车沿着坡道开到试验平台上，汽车的纵向对称平面与试验台面转动中心线平行度不低于 GB 1184 中规定的 12 级。 其次，实施驻车制动，安装防侧滑挡块及防侧翻安全设备。 再次，启动试验台，液压缸开始工作，汽车伴随试验台向左慢慢倾斜（汽车向右倾斜），试验台面倾斜角每增加5176。 就测量一次车轮负荷。 在达到最大侧翻稳定角前 5176。 起，则每隔 1176。 测量一次车轮负荷；直到汽车左侧（平台右侧）两个轮胎下的车重测量仪读数显示为“ 0”时止。 当汽车侧翻一瞬间，按下开关，试 验平台停止工作接着，记录此时计算质心高度所需要的数据。 再次启动试验平台，使液压缸缩回到平台倾斜角度为 0176。 汽车倒着开上试验平台，重复以上步骤，测量左最大侧翻稳定角。 最后对数据进 11 行处理：最大侧翻稳定角值取三次测量值的算术平均值。 取值到十分位。 对于试验报告内容，国标中也给出了要求，其中的内容必须包括：概述、汽车主要参数、试验结果、主要测量仪器和装备、试验时间、试验人员、报告编写人。 总体方案确定 所设计的侧倾试验平台系统组成主要包括平台、回转铰座、液压控制系统、液压源、液压缸，轮重测量仪、角度测量 仪、防侧滑挡块及侧翻安全保护装置、垫块装置。 侧倾试验平台总装配图如图 31 所示。 图 31 客车侧倾试验平台总装配 1） 平台：采用长 12m，宽 ，厚度为 5mm 的钢板焊接在截面长为 300mm， 宽为 200mm，壁厚为 8mm 的矩形方管上。 如图 32 所示。 图 32 平台 2） 液压控制系统：液压缸采用虎克铰与平台和基础相连。 如图 33所示。 12 图 33 虎克铰 3） 挡块：为防止车辆在试验中侧向滑动，在左侧车轮旁安装档块。 4） 车辆保护装置：用于平台转角达到车辆倾覆角时，防止车辆发生侧翻。 本设计采用铁链绕过挡块孔 再回到另一侧的圆形铁链钩。 如图 34所示。 图 34 防侧翻圆形钩及挡块 5） 倾斜台采用三缸驱动，每个缸可以双向作用，可都以对平台产生推力和 拉力，采用伺服阀控制，保证三缸位置同步。 如图 35所示。 图 35 液压缸 6） 轮重测量仪：可以将轮胎施加到测量仪的数据实时的传送到计算机。 如 图 36 所示。 本平台主要选择由山东交院运达设备公司济南应用技术研究所 生产的 CAS 牌便携式汽车轴载质量测定。