高空消防车的臂架力学性能与控制系统通信方法

摘要

高空消防车是扑救高层建筑物火灾，营救被困人员，抢救贵重物资以及完成其他救援任务的专用特种车辆。臂架是高空消防车的主要功能部件，也是整个高空消防车功用价值的体现，臂架设计技术水平的高低直接影响着高空消防车的发展和创新。因此对高空消防车臂架的研究具有重要的现实意义。
　　 本文以某企业新产品开发项目为支撑，以弹性力学理论和柔体动力学理论为基础，运用联合仿真方法对25m高空消防车臂架结构进行了设计以及动力学和静力学分析。此外，本文还对整车控制系统的通信方法进行了简单研究。本文的主要研究工作包括：
　　 (1)通过市场调研，并结合国家标准确定了高空消防车臂架结构形式、截面形式、最大工作高度以及各节臂的长度；依据联合仿真方法搭建了分析平台，并在此平台上建立了臂架结构的三维模型。
　　 (2)研究建立各节臂架的模态分析模型的方法和模态提取方法；根据模态分析结果，研究臂架结构固有频率随臂架振动幅度变化的关系，提出了避免臂架共振的方法和措施。
　　 (3)研究臂架动载荷的产生原因，建立动载荷的数学公式；在模态分析的基础上进行瞬态分析，研究臂架结构随外部载荷变化的响应关系，分析了外部冲击载荷对臂架和整车产生的影响，在此基础上提出了减小臂架振动的措施。
　　 (4)研究臂架结构的刚柔混合模型的建立方法；通过仿真模拟臂架在工作范围内的运动情况，分析臂架连接副所受力和力矩随时间的变化关系，确定整车的最危险工况，并为后续臂架结构的静力学分析提供了依据。
　　 (5)以刚柔混合动力学分析结果作为边界条件，分别建立各节臂架的有限元模型。通过仿真计算，得出了各节臂架的应力和应变云图，验证了臂架强度和刚度；研究和分析臂架结构与应力分布的关系，提出了结构改进意见。
　　 (6)研究高空消防车控制系统的组成，划分了主从节点，为各节点分配通信对象ID和节点ID，确定了臂架节点的通信参数和映射参数并编写了对象字典和主控制模块通讯部分的软件流程。
　　 本文的研究工作展示了高空消防车产品设计开发的一般流程，论文的研究方法对高空消防车企业其他同类产品的设计具有理论指导意义和工程应用价值。