拖拉机电控液压动力转向系统的转向机构及液压系统设计

摘要

近年来，我国农业机械化事业迅速发展，农机装备总量、农机作业水平、先进技术应用水平不断提高，对促进粮食增产、农民增收、农业增效发挥了重要作用。
　　 轮式拖拉机是实现农业机械化和现代化不可缺少的重要动力机械，随着新兴科学技术的不断发展，采用机电液一体化技术是拓宽拖拉机功能、提高其技术性能以及解决其所面临诸多技术难题的最佳选择方案，并且已经成为现代拖拉机的主要技术发展趋势。
　　 本文选择了某一中等马力的轮式拖拉机为研究对象，设计一套电控液压动力转向系统的机械和液压部分。该套转向系统对于改善轮式拖拉机的操纵性、降低驾驶员的劳动强度具有重要意义。论文的主要工作包括：
　　 分析了轮式拖拉机转向系统的发展过程，以及各种转向系统的特点及其工作原理，介绍了所设计的电控液压动力转向系统的结构及其工作原理。根据车辆的理想转向特性，设计了一套新的轮式拖拉机的转向机构，在所选轮式拖拉机的结构参数的基础上，确定了该套转向机构主要组成部分的结构尺寸，利用Solidworks软件支持鼠标动态拖动的功能，对所设计的转向机构进行了运动模拟，从而得到了优化后的转向机构的其余构件的结构尺寸。利用Matlab软件得到了所设计的转向机构的转向特性曲线。
　　 分析了轮式拖拉机转向系统的力学特性，计算得到转向系统的工作时要能承受的最大阻力矩。采用虚拟样机技术，应用Adams软件对所设计的转向机构进行了动力学分析，得到转向机构工作时液压缸要能产生的最大工作推力。通过最大工作推力完成了转向动力缸的设计。至此，转向机构各组成部分的结构参数设计完毕，应用Pro/E软件建立了转向机构的三维模型，并进行了运动模拟仿真，证明了机械部分设计的正确性。
　　 应用Ansys软件，把通过Adams仿真得到的力作为边界载荷条件施加在油缸活塞杆上，对活塞杆进行有限元分析，得出活塞杆在受力最大时刻的应力应变分布情况，为活塞杆材料的选择等提供了可靠依据。
　　 设计了电控液压动力转向系统的液压系统，绘制了液压系统原理图，对液压系统的各个组成元件的结构和工作原理进行了介绍，对液压系统静态特性进行了分析。基于Amesim软件建立了液压系统的仿真模型，验证了模型建立的正确性，并对液压系统动态特性进行了仿真分析。
　　 以学校的液压实验室为基础，搭建了液压系统的实验平台，介绍了所选用传感器的工作原理和基于Labview虚拟仪器技术的数据采集设备。得到了实验数据和图形，验证了液压系统设计的正确性。
　　 最后，对本论文的研究工作和成果进行了总结，展望了下一步的研究工作。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 电控液压动力转向系统国内外研究发展状况

1.3 本课题的提出

1.4 本文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 电控液压动力转向系统的总体设计

2.1 电控液压动力转向系统的设计要求

2.2 电控液压动力转向系统的总体结构设计

2.2.1 整车参数及原有转向系统简介

2.2.2 电控液压动力转向系统总体设计

2.3 转向机构的设计

2.3.1 轮式车辆的理想转向特性

2.3.2 转向机构主要参数的设计

2.3.3 基于SolidWorks的转向机构分析

2.4 本章小结

第三章 建立ECHPS转向机构的三维模型

3.1 转向系统的力学特性分析

3.1.1 转向阻力距的计算

3.1.2 基于Adams的转向液压缸最大推力的计算

3.2 转向动力缸的设计

3.2.1 液压缸工作压力的确定

3.2.2 液压缸内径D与活塞杆直径d的确定

3.2.3 液压缸壁厚δ和外径D1以及工作行程的确定

3.2.4 液压缸结构设计

3.3 建立转向系统模型

3.3.1 转向机构中其余构件的设计

3.3.2 转向系统结构装配图

3.4 本章小结

第四章 油缸活塞杆的有限元分析

4.1 建立油缸活塞杆的ANSYS实体模型

4.2 建立油缸活塞杆的有限元模型

4.3 施加边界条件和载荷

4.4 求解

4.5 有限元分析结果

4.5.1 求解结果

4.5.2 结果分析

4.6 本章小结

第五章 ECHPS的液压系统设计

5.1 液压系统设计背景及工况分析

5.2 液压系统主要参数的确定

5.3 液压回路选择及系统设计

5.3.1 液压回路的选择

5.3.2 液压系统原理图及其工作原理

5.4 液压元件参数计算选型

5.5 本章小结

第六章 液压系统静动态特性分析

6.1 液压系统的静态特性分析

6.2 液压系统动态特性仿真分析平台AMESim软件简介

6.2.1 建模仿真软件AMESim软件的功能

6.2.2 建模仿真软件AMESim的基本特性

6.2.3 主体软件AMESim的使用方法

6.3 液压系统建模及模型验证

6.3.1 基于Amesim的液压系统建模

6.3.2 模型验证及仿真分析

6.4 基于Amesim的液压系统动态特性仿真分析

6.5 本章小结

第七章 液压系统实验设计及验证

7.1 位移传感器和压力传感器的选择

7.1.1 传感器的选用原则

7.1.2 液压试验系统中传感器的选择

7.2 实验平台与数据采集设备

7.2.1 实验平台

7.2.2 数据采集设备

7.3 实验与仿真结果对比分析

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

致 谢

研究生期间撰写发表的论文