280吨矿用车转向机构优化设计及构件动态稳定性研究

摘要

结合280吨矿用车课题研发的背景，考察了此类重型自卸车目前在国内外应用和技术发展现状，阐述了其主要技术特点、发展趋势与市场前景，着重讨论了其转向机构的特点与技术，认识到开发一款主流级别的矿用车辆具有充分的必要性和紧迫性。然后，在全面分析了矿山运输业务特点以及国内制造水平等因素的基础上，明确了课题研究的现实意义，提出本次的研究内容和目标。
　　接下来，提出了280吨矿用车的总体方案，采用了模块化设计理念，选择了多轴线数、电动轮全轮驱动、全轮转向以及油气悬架等主要技术特点，然后充分考虑了先进性、经济性和可行性原则，确定了汽车的质量参数、轮胎型号以及转向模式等与转向机构设计密切相关的参数。
　　然后，主要对各类转向机构形式进行了分析，选择了适合本车的转向模式与转向机构形式。在这里，本文利用了模块化的特点，设计该车具备转向模式切换的功能，以提高不同的工况下车辆经济性和灵活性。基于阿克曼转角原理，推导了多轴转向的各轮理论转角的求解通式。同时，还考察了车辆庞大的外尺寸对国内露天矿山道路的适应情况。
　　在确定转向机构形式、转向理论以及转向模式的基础上，利用多体动力学软件Adams根据设计目标要求，遵循简化原则，建立了五轴线矿用车转向机构参数化模型，进行了运动仿真，验证了模型的正确性。然后，进行了两种转向模式切换面向转角误差的可行性分析，改善了原始初值，提高了后续优化设计的效率和效果。最后，基于所搭建的多体动力学模型，实施了优化设计，目标函数值降幅达到30％，两种转向模式下的转角性能都达到了期望的要求。
　　最后，基于优化后的转向机构模型，对转向杆系进行受力仿真分析，得出了特定极限工况下协调杆的受载情况，求解了满足静强度和静力稳定性的设计条件。面向动力稳定性问题，建立了其物理模型和数学模型，分析相关微分方程的特点和临界频率的求解方法。提出了杆件避免动力失稳的设计方案和临界宽度概念，并针对本车的具体问题，得出了协调杆的主要设计参数。然后，对实际结构的横向协调杆进行了模态分析，验证表明其固有频率与简化的理想杆件解析值相差甚小，说明了提出的设计方法的可行性。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究概况

1.3研究目的和意义

1.4研究目标、研究内容

第2章 280吨矿用车设计要求和总体方案

2.1 280吨矿用车总体设计要求

2.2汽车质量参数的确定

2.3主要技术特点

2.4轮胎选型、轴距与轮距的确定

2.5汽车的总体参数

2.6本章小结

第3章 280吨矿用车转向系统分析研究

3.1 280吨矿用车转向机构的设计要求与分析

3.2单轮独立转向式的结构形式与特点

3.3拉杆转盘式的结构形式及特点

3.4 转向形式的确定

3.5露天矿山道路的分析以及车辆适应情况

3.6多轴转向理论转角分析

3.7本章小结

第4章 矿用车转向机构的参数化建模与仿真分析

4.1转向机构参数化建模的研究与分析

4.2仿真模型的建立与验证

4.3仿真结果分析

4.4本章小结

第5章 280吨矿用车转向机构的优化设计

5.1两种转向模式切换情况下优化设计的可行性分析

5.2确定优质的变量初始值

5.3转向机构的优化设计

5.4优化结果分析

5.5本章小结

第6章 转向协调杆动力稳定性问题的分析

6.1特定工况下的转向协调杆稳定性问题描述

6.2转向协调杆物理模型和数学模型的建立

6.3动力不稳定区的求解过程

6.4近似临界频率??的求解与分析

6.5实际问题的回归

6.6本章小结

第7章 面向稳定性的转向协调杆设计方法研究

7.1转向协调杆设计特点与方案

7.2转向机构部件的工况及受力分析

7.3基于静强度、静稳定性的协调杆设计

7.4基于动力稳定性的协调杆研究与设计

7.5设计结果的验证

7.6本章小结

第8章 总结与展望

8.1全文总结

8.2研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与论文相关的科研成果