900吨运梁车结构设计.docx
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1、摘要本次设计为900t胎式混凝土运梁车。其中主要对运梁车的悬挂系统、转向系统、动力系统以及运梁车主梁的进行了设计以及校核。该运梁车能满足运输大吨位的混凝土预制箱梁,可将200m、24m、32m双线整孔箱梁从箱梁预制场地运输至架梁工位,并与多种架桥机配合完成作业。同时,运梁车也可以驮运架桥机,实现施工工地间的短途运输,满足架桥机转场的作业要求。 关键词:运梁车,悬挂,主梁,转向系统AbstractThis project is a 900t concrete transporting girder vehicle. The main design and verification are abo
2、ut the suspension system, steering system, dynamical system and the girder. It can meet the requirements of transporting large-tonnage concrete precast box beam and 200m、24m、32m diplonema full-span box girder from prefabricated area to the erection position as well as coordinate with many other brid
3、ge girder erection machines. At the same time, it can make short-distance transportations in the construction plant through packing bridge girder erection machines, thus accomplishing the machine transitions. Keywords: transporting girder vehicle,suspension,girde,steering system目录1研究综述11.1轮胎式运梁平车性能介
4、绍11.2混凝土运量车的发展情况21.3工况描述21.4 运梁车主要结构21.5运梁车的主要特点31.6设计意义与目的32总体方案设计42.1 车架42.2悬挂结构42.3枕梁62.4运梁车发动机72.5 动力舱82.6转向控制102.7电器系统132.8 电气系统13210定位和防撞系统14211故障报警与诊断系统142.12主要承载装置142.13功能优点:162.14运梁车操作规程173 主要部件参数的校核183.1额定运载能力183.2轴线布置183.3 轮胎的计算选择183.4 运梁车主要尺寸参数的确定193.5 运行阻力计算(F)193.6转向阻力计算213.7驱动力计算223.8
5、功率计算233.9行车速度计算243.10主梁计算253.11回转支承连接螺栓选型设计及计算283.12轮毂轮辋联结螺栓选型设计及计算304结论335参考文献346致谢351研究综述 运梁车是大型自行式液压载重车(重型平板运输车)的一种特殊形式,是铁路客运专线施工建设以及物流运输行业中的重要运输工具。如900t运梁车自重280吨,额定载重900t,主要用来完成繁重、复杂和危险的混凝土预制箱梁运输任务,需要在高温、高寒、多尘、潮湿等野外现场环境下工作,它是连接铁路客运专线施工设备架桥机和提梁机之间的纽带,在铁路客运专线建设中起到不可替代的作用。如图1.1所示。 图1.1 运梁车1.1轮胎式运梁平
6、车性能介绍性能介绍:运梁车主要适用于预制梁场与架桥工地较远,不适合铺轨或铺轨费用较高的场合。运梁车的刹车系统对纵坡有较大的适应性。轮胎与地面摩擦阻力比轨道式运梁车有显著的优势。轮胎式运梁性能操作简单方便,操作司机只需简单的培训即可胜任。维修方便,配件都属于国标件。是目前桥梁架设过程中最理想的预制构件输运工具,为我国桥梁建设及交通事业的发展起着重要的推动作用。主要适用于架桥工地,预制梁场,尤其是架桥工地较远、不适合铺轨或铺轨费用较高的场合;同时也适用于工矿企业、铁路、港口、建筑工地等场地作业。 而且现在正在研发生产的大吨位轮胎式运梁车可解决预制构件长距离、大吨位的安全运输问题,并可一步完成运梁喂
7、梁过程。1.2混凝土运量车的发展情况1.3工况描述 随着铁路客运专线的陆续开工,这就需要大批量现代化的架桥机、运梁车以及提梁机等施工设备。900吨运梁车是专为铁路客运专线建设研制开发的,主要用来运输大吨位的混凝土预制箱梁,可将200m、24m、32m双线整孔箱梁从箱梁预制场地运输至架梁工位,并与多种架桥机配合完成作业。同时,运梁车也可以驮运架桥机,实现施工工地间的短途运输,满足架桥机转场的作业要求,而且根据施工需要,该运梁车还可以驮运架桥机穿越单洞双线的隧道。图1.2 架梁示意图1.4 运梁车主要结构1.5运梁车的主要特点(1) 轮组采用变量液压马达驱动,具有驱动力大、无级调速的优点。(2)
8、轮组安装有液压油缸减震与均衡系统,确保在不平整路面上行驶的稳定性,并自动调节各轮组对地的接地压力,避免某一单元件超载,通过油缸串接组成三点支承系统使车体三点受力,确保梁体始终水平。通过调整均衡油缸来保证车体保持水平状态。此外,运梁车还设有车体倾斜报警装置。(3) 采用大截面低压轮胎,确保对地接触压力较小。(4) 整机采用司机室集中控制(监控)。1.6设计意义与目的运输大吨位的混凝土预制箱梁,可将200m、24m、32m双线整孔箱梁从箱梁预制场地运输至架梁工位,并与多种架桥机配合完成作业。同时,运梁车也可以驮运架桥机,实现施工工地间的短途运输,满足架桥机转场的作业要求。2总体方案设计2.1 车架
9、 图2.1运梁车结构图2.2悬挂结构2341悬挂系统特点: (1)全车液压悬挂相对车架可按3点支承(运输状态)或6点支承(喂梁状态)进行编组和相互切换。3点编组时,可大大减小车架变形。 (2)当路面出现凹凸不平情况,液压悬挂(悬挂油缸)会提供补偿调节,自动调整悬挂液压缸的伸缩量以适应路面工况,使所有轮轴均匀受载,如图2.3所示。 (3)全液压悬挂可使整车平台“平升平降”,亦可单点升降,调整范围为300 mm。1车架2悬挂架3悬挂液压缸4轮胎5地面图2.3 悬挂系统自动调平补偿图 当某一悬挂轮胎需要更换时,可关闭这个悬挂油缸进油管路上的球阀而使其他悬挂升起,将需要更换的轮胎拆下。2.3枕梁2.4
10、运梁车发动机发动机是将自然界某种能量直接转化为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。将热能转化为机械能的发动机称为热力发动机。其中的热能由燃料燃烧所产生,它可分为外燃机与内燃机,内燃机与外燃机相比热效率高,体积小,质量小,便于移动,启动性能好等优点。因而广泛应用于飞机,船舶及汽车,拖拉机,坦克等各种车辆上。根据车用内燃机将能量转化为机械能的主要结构形式不同,可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类,而往复活塞式内燃机在车辆的应用最广泛。车用发动机可以根据不同的特征分类:a、按着火方式可分为压燃式发动机与点燃式发动机。b、按使用燃料种类可分为汽油机,柴油机,气体燃料发动机,煤油机,液化石油气发动机及多种
11、燃料发动机等。c、按冷却方式可分为风冷发动机和水冷发动机。d、按进气状态可分为非增压和增压发动机。e、按冲程数分类可分为二冲程和四冲程发动机。f、按汽缸数及布置分类,仅有一个气缸的称为单缸发动机,有两个以上气缸的称为多缸发动机;根据气缸中心线与水平面垂直,呈一定角度和平行的发动机分为立式,斜置式和卧式发动机;多缸发动机根据气缸间的排列方式可分为直列式,对置式和V形等发动机。 车用发动机主要以汽油发动机和柴油发动机为主。 汽油机的优点在于其体积小、重量轻、价格便宜;起动性好,最大功率时的转速高;工作中振动及噪声小,提速和速度优于柴油机,在载客汽车特别是轿车中,汽油机得到了广泛应用。但与柴油机相比
12、,汽油机最大劣势是耗油较高,同等排量每百公里大约相差23升左右。柴油发动机的工作原理与汽油发动机不同。柴油机依靠活塞压缩缸内混合气(柴油和空气),使其燃烧完成做功。汽油机则是把混合气(汽油和空气)送入汽缸,依靠火花塞点燃使其完成做功。柴油机相比汽油机没有点火系统,构造相对简单,机器可靠性较高。与汽油车相比,柴油车的能源效率高,就是我们通常说的力量大,爬坡能力也更强;柴油发动机的转速较低,汽缸燃烧的温度也就相对较低,机件磨损相对也小;柴油车没有复杂的高压点火系统,所以发动机的故障率也相对较小。 柴油机和汽油机比较,具有下列优点: (1)柴油机的压缩比较高,气体膨胀较充分,热量利用程度较好,燃油消
13、耗率比汽油机少30一40左右。同时,柴油的价格比汽油便宜。因此,柴油机的使用经济性较好。 (2)柴油的密度比汽油大,相同容积的油箱可贮存较多重量的柴油。 (3)柴油比汽油容易储存和保管,不易发生火灾。特别是在舰艇上采用柴油机以减少作战中的火灾危险性。 (4)柴油机排气污染少。 (5)有利于改成多种燃料工作的多燃料内燃机,而使用柴油、汽油、煤油等工作。在作战条件下,可以就便用油。 (6)有利于采用增压方法提高功率、降低燃油消耗率。柴油机的缺点是: (1)柴油机燃烧时气体压力较高,为了保证受力零件的强度与刚度,机件比较笨重,同时,由于可燃混合气形成方法与汽油机不同,限制了转速的提高。因而,在功率相
14、同的情况下,柴油机的尺寸和重量比汽油机大。 (2)由于柴油不易蒸发,柴油机低温起动性不如汽油机好。 (3)柴油机工作过程粗暴,噪音较大。 (4)柴油机每千瓦的金属用量较多,重要零件还要采用较好的材料,制造成本较高。目前,船舶、内燃机车、重型汽车、拖拉机等从经济性方面考虑,绝大多数采用柴油机。 2.5 动力舱标准。该发动机配置供油系统、增压中冷、四气门、中央喷油器等最新技术,品质卓越,具有排放低、耗油低、噪声低等优点。每台发动机各自通过飞轮盘直接带动连接到发动机飞轮端的驱动液压泵和工作液压泵,驱动液压泵和工作液压泵通过驱动轴驱动串联在一起。两台发动机带动液压泵双泵合流为执行元件提供液压油,也可以
15、单独一台发动机单独工作。 图2.5 运梁车动力舱运梁车的驱动控制系统采用电液比例控制变量泵变量马达容积调速原理,原理如图3.6所示。运梁车有11个驱动悬挂,22个驱动变量马达。所有驱动变量马达采用并联形式组成回路,由并联在一起的闭式液压泵驱动,解决了差速、防滑及发动机功率匹配等问题。当运梁车转弯时,外圈的车轮转速一定大于内圈车轮的转速。驱动液压控制系统利用闭式回路自动分流的特性,自动调节分配给驱动马达相应的流量,很好地解决了运梁车的车轮差速问题。当路面质量差或是出现特殊情况时,轮胎附着系数小的车轮就会打滑,整个运梁车就不能前进。所以,在每个变量马达上均装有转速传感器。当任一马达转速超出所有马达
16、转速平均值若干倍时,认为这个马达打滑,减小这个马达的排量甚至使其排量为零,当马达转速正常时,再恢复其排量与其他马达排量相同,从而有效地解决了轮胎打滑问题。当外界负载增大时,驱动液压控制系统的压力就会升高,使运梁车消耗的功率接近发动机的最大功率,发动机的转速就会下降。实时检测动机的转速,当其转速降低时,减小液压泵的排量,使运梁车的速度降低,减小运梁车消耗的功率,防止发动机憋熄火。1液压油箱2吸油滤清器3齿轮泵4回油滤清器5节流阀6散热马达7变量泵8排量控制阀9压力切断阀10补油泵11高压滤清器12冲洗阀13变量马达图2.6 液压系统图 运梁车载前后端安装有配置完全相同的驾驶室,在正常行车工况下驾
17、驶员在驾驶室内工作,此时只有一个驾驶室具有控制权,可以防止另一端驾驶室的误操作,以保证行车的安全可靠。前端和后端的驾驶室均可以旋转90,这样可以满足喂梁时架桥机天车掉梁位置的要求以及配合不同提梁机装梁时对运梁车整车长度的限制要求。运梁车驾驶室为专业厂商定做,前方各视角都装有安全玻璃,有专门的雨刮器,内有阳光挡板。驾驶室内装有气压缓冲驾驶室系统,以确保驾驶室内的舒适性你,装有隔音设施,使得噪声标准小于等于65db。运梁车的全部电器操作均安装在驾驶室内,并安装多种监测运梁车工作状态的仪表,还配有一个多功能显示系统,为操作者提供信息及报警故障文字信息。2.6转向控制转向系由转向器和转向驱动机构两部分
18、组成。转向系是操纵车辆行驶方向的机构,其主要功用是保持车辆直线行驶的稳定性,并能根据需要使车辆灵活的改变行驶方向。转向系统的设计要求是: (1)工作可靠。转向系对车辆的行驶安全性关系极大,因此其零件应有足够的强度、刚度和寿命,一般是通过合理的选择材料和结构来保证。 (2)操纵轻便。施加在方向盘上的操纵力应尽可能小,以减轻驾驶员的劳动强度,利于安全作业。一般情况下,作用在中型载重汽车方向上的作用力不大于360N,作用在重型载重汽车方向盘上的作用力不大于450N。 (3)转向灵敏。当车辆朝一个方向极限转弯时,方向盘的转动圈数不大于2-2.5圈。方向盘处于中间位置时,方向盘的空行程(间隙)-。 (4
19、)调整简便。转向系的调整应尽可能的少而简便。 (5)转向时车轮侧向滑动小。轮胎式车辆转向行驶时,要有正确的运动规律,即要求合理地设计转向梯形机构,保证转向轮在转向行驶过程中没有侧向滑动或有较小的侧向滑动。 (6)转向半径小,机动灵活。尽可能增大内侧转向轮的最大偏角,以减小车辆的最小转向半径,提高车辆的机动性。 (7)方向盘上有路感且能够自动回正。车辆在转向过程中,驾驶员应能从方向盘上感觉到路面不平度,转向结束后应能自动回正。轮胎式车辆的转向方式可以分为偏转车轮转向和铰链转向两大类。整体车架的车辆采用前两种,其转向是通过车轮相对车架偏转来实现的;铰链车辆的车架分为前后两个车架,前后车架用铰链连接
20、在一起,其转向是通过前、后车架相对偏转来实现的。下面首先介绍整体车架的转向方式。2.6.1偏转车轮转向偏转前轮转向是一种最常用的转向方式,如图2.7(a)所示。当采用偏转前轮转向时,前轮的转向半径大于后轮的转向半径,只要前外轮避过障碍物,后轮便可顺利避过。由于驾驶员的正视方向为前轮方向,另外,车辆的视野好于后视野,所以驾驶员需注意前外轮是否能够通过障碍物的问题,无需考虑后轮的通过问题,方便转向操作,故偏转前轮转向方式得以广泛采用。偏转后轮转向:用偏转后轮转向示意图如图3.7(b)所示,后外轮的转向半径大于前外轮的转向半径,前外轮绕过了障碍物,后外轮不一定 能够通过。采用偏转后轮转向的多为工作装
21、置在前端的车辆,这种车辆如果采用偏转前轮转向,不仅车轮的偏转角受到工作装置的限制,而且,由于工作装置靠近前轮,前桥负荷大,转向阻转矩大,从而导致转向功率增加。当采用偏转后轮转向时,可以解决上述部分矛盾,一般驾驶员多根据工作装置外缘通过障碍物的情况来估计后外轮的通过问题。偏转全轮转向:偏转全轮转向亦称偏转前后轮转向,见图3.7(c),转向时前、后外轮的转向半径相等,宜于避让障碍物;后轮驶于前轮的车辙,滚动阻力小,机动性好。全轮转向的缺点是:既是转向轮又是驱动轮,结构复杂。偏转全轮转向方式适用于对机动性有特殊要求或机架特别长的车辆。 a)偏转前轮转向 (b)偏转后轮转向 (c)偏转全轮转向 图2.
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