汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计--毕业论文.docx

*大学本科毕业设计（论文）本科毕业设计(论文) 学 院 机械工程学院 专 业 机械电子工程 学生姓名 * 班级学号 指导教师 * 汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计Hydraulic tensioning device for automobile collision traction ropeI毕业论文（设计）任务书 学 院：机械工程学院 专 业：机械电子工程 学 号： 1* 姓 名： * 指导教师： * II 毕业设计（论文）题目：汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计 一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1 提供条件：汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的使用工况与液压系统的设计原则。2 主要内容与要求:(1) 查阅国内外相关文献，了解汽车碰撞试验技术背景，牵引方式类型，试验法规要求，撰写文献综述，介绍汽车碰撞牵引绳张紧装置的研究现状与存在问题；(2) 阅读并翻译一篇汽车碰撞牵引绳张紧装置相关的英文文献；(3) 分析液压张紧装置的功能与使用需求，完成整体方案设计：1、液压系统控制方案：根据汽车碰撞牵引绳张紧装置的使用工况，分析液压张紧装置的功能及使用需求，设计液压系统；2、关键零部件的设计：根据液压系统控制方案，完成液压杠的选型，并根据方案，设计关键零部件的结构与尺寸；3、整体结构方案设计：根据液压系统控制方案以及关键零部件的尺寸，完成汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的总体结构设计；(4) 完成三维结构设计，根据总体方案完成机构结构设计，并进行三维造型；(5) 用有限元软件完成计算机辅助工程分析，主要针对核心零件的强度进行分析；(6) 撰写毕业论文，详细阐手自一体胎架的技术参数和工作方式，并进行毕业设计答辩。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 毕业设计论文一份（不少于1.5万字）；2. 外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3. 液压系统工作原理图一份；4. 液压张紧装置的三维模型；5. 汽车碰撞牵引绳液压张紧装置设计说明书。三、完成日期及进度2016年3月19日至2016年6月1日。进度安排：1. 2016年3月19日3月31日：阅读相关文献、准备开题报告。提交开题报告、外文文献翻译。2. 4月1日4月20日：分析液压张紧装置的功能与使用需求，完成整体方案设计。3. 4月21日5月10日：完成三维结构设计，根据总体方案完成机构结构设计，并进行三维造型。4. 5月11日5月20日：用有限元软件完成计算机辅助工程分析，主要针对核心零件的强度进行分析。5. 5月21日5月31日：总结前期研究工作，撰写毕业设计论文，提交指导老师审阅，并准备答辩材料。6. 6月1日：论文修改与毕业设计答辩。四、同组设计者（若无则留空）： 五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1. 杨华.汽车碰撞试验缓冲吸能装置产的计算机仿真与试验研究D，湖南大学，2001.2. 梁雷.汽车碰撞试验电机牵弓系统的改进与研究D，河北农业大学，2014.3. 姜继龙.新型汽车安全性试验装置控制系统研究D，湖南大学，2001.4. 陶臣，军吴瑞，张宪，梅振华.一种汽车牵引性能试验系统及方法P，中国专利200910091013.3，2009-08-18.5. 许德金，汽车安全碰撞缓冲装置P，中国专利201010100446.3，2010-01-25.6. 李兵,用于车辆碰撞试验的牵引保护装置P，中国专利201110458110.9，2011-12-31.7. 陈德串，胡捷.汽车碰撞试验牵引小车P，中国专利201310020781.6，2013-01-18. 系（教研室）主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日注：（1）如页面不够可加附页 （2）以上一四项由指导教师填VIII*大学本科毕业设计（论文）摘 要 随着这个社会科技和经济的发展，人们的生活越来越现代化，在迅速革新的进程中，方便快捷的交通起到了很重要的作用，汽车是众多交通工具之一。然而随着我国交通道路状况的不断改善、汽车保有量以及车速的连续增长，在社会安全问题中造成人员伤亡的汽车碰撞交通事故已悄然跃居首位。因而，在汽车碰撞交通事故中，对汽车的被动安全性提出了更高的要求。而要对汽车被动安全性进行研究，汽车碰撞试验无疑是综合评价和研究这一安全性最基本和最有效的方法。具备一套功能齐全、完善、安全可靠，易于控制的牵引系统则是进行汽车碰撞试验研究的基础。早期进行试验的汽车碰撞牵引方式有重锤式或橡皮绳弹射式等，虽然结构简单但是速度不易控制。随着试验技术的不断发展与进步，出现了电机牵引方式，结构可靠、且速度易于控制。而此方式用钢丝绳对小车进行牵引，进而需用张紧装置对钢丝绳进行张紧，以减少钢丝绳由于松动引起的振动，达到对碰撞小车的有效牵引，提高试验精度及试验结果的可靠性。本文通过对汽车碰撞牵引钢丝绳张紧装置功能的详细分析，采用液压张紧方式，用模块化方式进行了执行机构和支撑机构的具体设计。张紧原理为：液压缸牵的活塞杆带动张紧装置滑块运动，钢丝绳张紧轮安装在滑块上，这样就实现了对钢丝绳的张紧。对具体关键的零部件本文亦进行了强度校核，如对活塞杆等首先进行公式验证，然后用有限元软件等进行强度仿真分析校核，以达到设计的可靠要求。 关键词：汽车碰撞； 牵引绳 ；液压；张紧装置 AbstractWith the development of society, science and technology and economy, peoples life is marching towards modernization, in the process of rapid change, the convenient traffic has played an important role, the car is one of the many means of transport. However, with the continuous improvement of the situation of Chinas traffic, car ownership and the continuous growth of the speed, resulting in social security problems in the car crash accident has quietly jump passive safety put forward higher request. In the study of automobile passive safety, the vehicle crash test is the most basic and effective method to evaluate and study the safety of the vehicle. With a complete set of functions, complete, safe, reliable, easy to control traction system is the basis for the car crash test.Early testing of vehicle collision traction hammer or rubber rope ejection type, though the structure is simple, but the speed is not easy to control. With the continuous development and progress of the test technology, the traction mode, the structure is reliable, and the speed is easy to control. And the wire rope of the car traction and required tension device of wire rope were tension, to reduce the wire rope due to vibration caused by loose, reached on car collision effective traction and improve the reliability of the test accuracy and test results. The tension device has a mechanical tension and hydraulic tension tight, there are single ended tension and ends with a tight points, but its function is not very complete, especially now era of rapid development of industry, automation control is the trend of the times and changes of the era requirement. In this paper, through the detailed analysis of the function of the traction wire rope tension device of the automobile collision traction, the specific design of the executing mechanism and the supporting mechanism is carried out by the method of mechanical tension. Tension principle: manually or motor traction force and motion through the worm transmission to the screw, screw and worm screw transmission and screw driven tension device for the movement of the slider, wire rope, a tension wheel installed on the slider, so as to realize the on wire rope tension. The specific key parts of this paper also carried out the strength check, such as the screw and so on the first formula to verify, and then use the finite element software, etc. to carry out strength simulation analysis and check, in order to achieve the design requirements.Keywords: Automobile collision；traction wire rope；hydraulic pressure；tensioning device 目录第一章绪论11.1引言11.2研究目的及意义21.3汽车碰撞安全性技术的研究概述31.4汽车碰撞试验综合概述41.4.1汽车碰撞试验类型41.4.2国内外汽车碰撞试验牵引系统的发展状况61.5本文主要研究内容81.6本章小结8第二章 汽车碰撞牵引绳液压张紧装置总体方案设计92.1液压张紧装置简介92.2汽车碰撞液压张紧装置的组成部分92.3汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计基础92.3.1 汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计条件92.3.2汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的结构技术要求102.4汽车碰撞牵引绳液压张紧装置方案设计102.5本章小结11第三章 张紧装置张紧力的计算123.1碰撞小车加速度的计算，牵引绳和滑轮的选取123.1.1小车加速度计算123.1.2牵引钢丝绳的选取123.1.3滑轮的选取143.2汽车碰撞牵引绳张紧力的计算143.2.1系统等效质量的估算143.2.2牵引绳张紧力的计算153.3本章小结16第四章 液压系统的设计及检验174.1液压系统原理图的设计174.1.1液压系统工作原理174.1.2液压系统原理图184.1.3元器件介绍194.2液压系统设计参数的计算194.2.1 液压缸的计算与选择194.2.2液压缸厚度的计算214.2.3活塞杆强度的检验214.3液压元器件的选择224.3.1液压泵的选择224.3.2电动机的选取234.3.3阀类元件及辅助元件的选择244.3.4油管尺寸的确定254.3.5油箱的选取264.3.6液压油的选取264.4本章小结26第五章 张紧装置部分关键零部件的设计及校核285.1张紧轮滑块机构的设计285.2导轨脚架的设计285.3滑块导轨的设计及校核295.4本章小结31结语32致谢33参考文献3441第一章 绪论1.1引言随着社会上汽车等交通工具越来越多，全球每年因道路交通事故造成约120万人死亡，且每年大概有2000万人因为交通事故导致终身残疾。因为交通事故伤害造成的死亡人数占总体死亡人数的比例很高，在1559岁大的人群中，因为道路交通事故而死亡的人数居于第4位。根据世界卫生组织（WHO）预算，道路交通事故每年大概给全世界的经济造成了5180亿美元的损失，这些损失占全球生产总值的1%2%。据预测，在最近的二十年里，人均收入比较高的一些发达国家里，因为交通意外而死亡的人数将会减少三分之一左右，但是在中等收入和低收入国家，交通意外死亡人数则有可能增加很多。如果相关国家不实施相关的措施来进行控制，那么预测到2020年，因为道交通意外而死亡的人数，其比例将在全球疾病或伤害负担中排到第三位。世界卫生组织还预测，如果不采取积极措施，十年后全球每年交通意外致残和死亡人数有可能增加一半以上，交通意外受伤将是导致全球疾病和损伤负担的一个最大比例的部分。据这些事情分析下来，就显得用汽车碰撞试验来提高汽车安全性格外重要。而且据调查研究所显示，越是发达的国家，汽车碰撞试验技术越好的国家，其因为交通意外导致伤亡的人数就越少。一个原因是因为发达国家道路建造条件好，有关交通法规比较健全面，另外一个原因则是由于汽车碰撞试验研究的领先，其生产出来的汽车的安全性能得到了很大的提高。我们可以在室内，也可以在室外来实现汽车碰撞试验。其中汽车碰撞试验室是指在室内进行汽车实车碰撞实验的地点。在实验室中，经由模拟车辆在路面上的碰撞过程来对汽车各方面的特性进行检查，从而为汽车的更深一层次的研发提供确切精细的数据。在汽车碰撞实验室中，为整个碰撞试验供应动力的是牵引系统，这个系统保障了整个试验的顺利进行。其中张紧装置又是牵引系统能够顺利使需要的牵引顺利实现的一个重要装置，实验开始前需要用张紧装置对钢丝绳进行张紧，从而产生合适的牵引摩擦力。因此，在设计张紧装置时，应使其满足这样的要求：在牵引系统正常工作的时候具有足够的的张紧行程并提供足够不变的张紧力，且能够方便试验人员调试和控制。经由对钢丝绳进行预张紧和松紧度的调试，来减少牵引系统在运行过程中钢丝绳发生振动和跳动现象，消除钢丝绳因为插接安装而导致的松开以及气温变化导致的钢丝绳长度的变化。近年来，虽然随着技术的发展，在电机牵引方式出现后有了钢丝绳张紧装置的设计，但其实现功能终究过于单一。如今是现代化高速发展的时代，在很多实验过程中实现自动化越来越是发展的必然要求，所以方便快捷的特点，本文对张紧装置液压张紧方式进行了详细的设计。针对液压系统的设计，有以下的背景。自20世纪末以来，液压系统随着电液伺服阀的诞生，越来越精细、越来越模块化和系统地生产，液压系统正在被越来越多的应用在工程机械的各个领域。包括在能源的开发、海洋资源的探测开采和航天军事工业等重要领域。在我国，液压系统的设计正在越来越被关注。随着工程领域的精细化，自动化的发展，以往的生产机械也在不断地改进发展。而液压系统具有使用相同的功率，液压系统具有布局灵活、在同样的功率下，液压元器件更轻、调速范围大、工作平稳、易于控制便于实现过载保护等优点，在工程机械中占据越来越重要的地位。本文将液压系统用于汽车碰撞牵引绳张紧装置就是基于这些。 1.2研究目的及意义 汽车碰撞试验是综合评论汽车安全性能的最简单也是最有作用的方式。试验通过保证汽车以一定速度撞击墙壁，碰撞完成后对假人及汽车进行各项数据的检查，以此对车辆进行性能的改良，保护司机的安全。由于汽车不得靠自身动力驱动，碰撞瞬间车辆也不得受到任何附加转向或者驱动装置的作用，试验又是不可重复的破坏性试验，所以汽车的驱动系统的作用十分关键。现有的驱动方式主要有电力牵引、液压驱动、牵引车牵引方式。驱动系统一般包括电机，驱动装置，缆绳以及张紧装置，但在实际的设计试验中常出现缆绳窜动及损坏，无法满足试验需求，而且在驱动装置在安装时也常会因为安装位置有偏差导致绳索卡死，会给碰撞试验带来极大的安全隐患。本文所需解决的技术问题是设计一种汽车碰撞试验中使用的牵引绳液压张紧装置，通过合理的结构设计，既可以满足碰撞试验的性能要求，又可保护驱动装置在试验中不受损坏，充分提高了汽车碰撞试验牵引绳液压张紧装置的可重复利用性。为了实现上述目的，本文设计了一种汽车碰撞试验牵引绳液压张紧装置，保证汽车以一定速度运动进行碰撞试验。该装置主要包括液压张紧机构用滑轮组、护板、液压张紧机构用脚架、液压缸连接法兰板、液压张紧装置左右导轨、液压缸以及活塞杆。其中，滑块组与左右导轨相配合，形成整个装置的大致结构。导轨与左右脚架相接，形成一个箱体结构。活塞杆通过法兰盘连接到滑块组上。滑块上装有两个滑轮，滑轮与张紧装置前面的大滑轮相接，大滑轮与小滑轮上缠有钢丝绳，活塞杆拉动滑块组，对钢丝绳起到张紧作用。本文汽车碰撞试验牵引绳液压张紧装置可以全方位的对汽车碰撞试验中驱动及张紧部分的缆绳进行保护，并且具有通用性强，结构简单巧妙，成本低廉等优点。研究的意义在于：在碰撞试验标准法规内，保证完成质量良好的实车碰撞试验，使其碰撞结果可靠性高、试验数据真实有效，以正确评价汽车的碰撞安全性能，并为汽车安全保护装置的优化改进设计提供试验基础保障，也使汽车被动安全性的深入研究成为可能。1.3汽车碰撞安全性技术的研究概述在汽车碰撞安全研究中，汽车工业的发展积累了丰富的研究成果。有效测试数据显示，由于历史原因，在目前的汽车安全法规中，已经形成了欧洲ECE、EEC和美国FMVSS三个系统。这条法律主要是为了检验和提高车辆的安全性新汽车碰撞检测试验的防护措施。由于交通条件，安全认证意识在冲击试验方法的差异方面，标准体系比较不同，其余的国家都采用了这一方法经过监管制度，建立和完善国家法律法规和相关标准。汽车工业发达国家已建成随着国际先进水平，我们可以进行标准碰撞试验室的真正的车辆碰撞，雪橇碰撞和规模模型，其设施更完善。经过多年的发展，国外汽车碰撞试验的发展已相当成熟，包括测试技术和测试标准等。其中，最权威的是新车碰撞测试，即NCAP。它是许多年的新车安全评价标准的使用，起源于美国，逐步发展成欧洲、日本等强大的汽车工业。与其他国家的强制性法规相比，NCAP的安全法官更严格。它通常是由政府或组织的公信力的组织，按照NCAP标准在市场上的销售或新的研究和发展的模型的性能测试的影响，根据测试结果给予评价和星级评定，并发布了社会评价结果。在国外积极开展汽车碰撞试验的同时，我国在二十世纪末开始着手于对车辆碰撞的研究。一开始，以我国各个大学作为代表，主要是对汽车碰撞的影响进行了理论研究，比如在计算机仿真中，汽车仿真车辆所需的正面碰撞刚度的计算和在碰撞过程中实现人体运动的多刚体动力学，从而把车辆碰撞模型的基础建立下来。在我国，在以计算机虚拟计算的车辆碰撞事故为基础的情况下，我们借鉴了欧洲和美国的成熟的碰撞安全性特点，并且根据其特点还制定了相应的法规和实施标准。二零零三年十一月中国借鉴欧洲ECER94版本定下了GBll5512003乘用车正面碰撞的乘员保护。二零零六年一月中国采取强制措施，实施了规定内容与ECER95完全符合的GB200712006汽车侧面碰撞的乘员保护。这2项法规的颁布，标志着我国汽车正面、侧面、后端整个碰撞系统的形成，其也将促进我国汽车碰撞安全的进一步发展。目前，中国已经建立了一些汽车碰撞研究机构，如清华大学，各大高校，如中国汽车技术研究中心的主要研究中心，如上汽、长安的主要企业，甚至许多小的本地汽车汽车研究所，一部分真正的汽车碰撞测试系统是建立在国际领先水平，并已超过规定汽车碰撞安全检测机构。谈到目前的NCAP的内容，目前的规定，我国的汽车标准根据我国的实际交通情况，进行了大量的技术交流和实验。二千零一十十月确定中国新车评价程序，即C-NCAP（中国新汽车评估计划）。C-NCAP规程更为严格和苛刻，不仅对正面偏置碰撞试验假人测试项目的创建，和测试环境，设施，控制过程，校准等方面的更严格的要求。一般来说，C-NCAP中国汽车安全评价相对权威，跟随世界先进水平。1.4汽车碰撞试验综合概述1.4.1汽车碰撞试验类型 对汽车的安全性进行评价，对汽车的安全性进行理论分析，并对新车型的认证都是基于汽车碰撞试验。这类综合测试以实车、台车以及台架为主要试验对象，汽车碰撞试验使用牵引系统，加速汽车或汽车，使其能达到要求的速度后，受到不同形式的障碍的影响，为了分析保护程度为驾乘人员和车辆的耐撞性，可以做以下类型的测试：(1) 实车碰撞试验：研究汽车碰撞最有效的方法是进行实车碰撞试验。实车碰撞试验是指车辆与固定护栏、移动变形障碍进行碰撞，甚至是车辆之间的碰撞。测试结果与实际交通状况十分相似，其说服力强，可参考试验结果，提高汽车的设计和结构，增加或改善对安全装置的乘员保护。然而，以往的工作实际车辆碰撞测试需要很长的时间，成本是大的，重复性和对比度差，需要一个高层次的碰撞。尽管如此，真正的汽车碰撞试验并没有被其他试验方法所取代。碰撞形式包括：定壁障碰撞试验：通过试验车辆的加速，实现了固定壁障与预设的碰撞速度之间的碰撞。在一般情况下，车辆垂直冲击固定壁障，由于固定障碍物稳定性的物理特性，可以反复执行的碰撞测试，以判断汽车碰撞的安全性。移动壁障碰撞试验：移动壁通常是非常坚固的，可以将其安装在一个可以移动的平台上，对其进行加速以达到一个预定的速度，然后让其对一个静止放置的车辆进行撞击。在这种测试中，可以模拟汽车侧面和追尾的撞击，从而来检测侧门和汽车油箱的损坏程度。追尾试验：常以车辆间的追尾碰撞来检验车体后方的强度和损伤状况。其中小汽车在后面对于货运汽车的撞击，对小汽车驾驶人员的保护极为重要。货运汽车尾部安装的防护尾板与车辆前部的碰撞缓冲件进行作用，达到对司机的有效保护。（2）台车模拟碰撞试验：该台车碰撞试验主要应用于汽车前端的缓冲特性，可以模拟实际汽车缓冲吸能部件的冲击试验结果，来代替真实的车辆仿真冲击试验。这种测试主要是针对安全气囊、安全带等防护设备进行试验，其成本很小，投资小，能最大可能性地模拟真实汽车碰撞的影响。它包括了冲击试验和需要存储的压力可以释放后的测试平台的推出。前者要求汽车具有相当的强度以及和真实车辆基本相同的参数，这就要求测试元件的布局方向和运作方向相同。(4)零部件台架试验：这种测试主要是用于碰撞检测汽车零件，通过简化的测试设备，测试更具有针对性，包括前挡风玻璃、转向轮和汽车座椅总成，如马自达引。试验时，分别用不同部位的假像，如头部、胸部位置的碰撞检测，对虚拟零件的碰撞方向、速度和加速度有相关要求。测试类型包括用于测试组件的电阻的冲击试验和与速度不强相关的部件的静态强度试验。1.4.2国内外汽车碰撞试验牵引系统的发展状况 汽车碰撞安全技术的深入研究主要依赖于真实的汽车和汽车碰撞仿真试验，通常需要将试验车或汽车在一定距离上的保留地拖离跑道和牵引系统的加速度。牵引系统具有稳定的性能和精确的控制，可以使真正的汽车或汽车拖到预定的速度。因此，一套完整的功能碰撞牵引系统，使得有可能研究车辆碰撞的安全技术。牵引系统由机械牵引装置和电气控制系统组成，其电气控制系统的设计与牵引装置的性能特点相匹配。为了研究汽车碰撞的安全性，根据试验要求，设计了牵引方式和牵引装置。有许多方法和分类的牵引车。虽然各种牵引系统都有类似的结构，但也有其自身的特点，如试验轨道的大小，整车碰撞试验的全过程和其他试验条件也不同。因此，通过车辆不同的牵引方式我们可以了解国内外汽车碰撞试验的各种牵引装置。1、早期几种尝试的牵引装置：（1）驾驶牵引式：早期通过驾驶大型牵引试验车，碰撞速度完全取决于私人司机的驾驶经验，确保旅游节的道路是漫长的，功率损失大，速度低，重复性差，缺乏安全感；另外速度相对方便的遥控驾驶，即通过对测试车载自动驾驶装置在高成本的遥控飞行器。 （2）重力牵引式：英国MIRA公司使用这种类型的牵引。主要是通过车辆从高处自由滑动，将其重力势能转化为动能，碰撞试验不能控制试验条件，速度调整难度大，任意长距离滑动。此外，通过重量提升高度，自由下落，由重力势能转换为车辆牵引力。虽然通过改变不同的滑轮之间的传动比，可以在短距离内加速车辆对速度的测试要求，但从重量来测试车辆的动态损失，整个系统是更大的速度精度是有限的。（3）弹射式：橡胶绳牵引在早期弹射式牵引中得到广泛应用。荷兰汽车研究所，联合科技，法国和中国在碰撞试验的发展清华大学，牵引装置采用橡胶绳牵引。能量通过在拉力牵引车上的橡胶绳储存，本实用新型具有结构简单、系统造价低的优点，但对橡胶绳的物理性能控制、起动加速度和不能保证恒定的加速和碰撞速度控制相对困难。常见的螺旋弹簧弹射式牵引，其工作原理是通过卷筒牵引绳将测试车辆的回调，并拧紧同步高强度螺旋弹簧，螺旋弹簧的弹性势能释放能驱动汽车，从而完成冲击试验。像一根橡胶绳，弹簧受物理特性影响，只能用于小型牵引装置。荷兰国家技术TNO研究所采用这种进行仿真和汽车碰撞试验方法。（4）液体或气体发射式：以美国MTS公司为主，许多国家已经建立了一个HYGE碰撞试验装置，由高压压缩机的输出功率，储存氮气瓶和气瓶，通过控制台，轨道和一小块试验部分发射。系统建设成本高，但仿真精度和易于控制在先进的碰撞试验室中得到了广泛应用。伺服液压缸驱动：早期外国制造的液压传动装置属于此范畴，其最大流量可达9000l /分钟的液压缸，在18ms为1T小滑轮总质量可以产生759加速度。这个系统需要大量的油泵站和存储容量，成本也比较高。德国申克公司设计制造的高成本的碰撞实验装置，它可以运行碰撞设计曲线拟合模拟，在高斯迭代法中的应用，实验装置模拟实验曲线比较理想的曲线误差值仅为小于5%。此外，还有一个强大的驱动力，以驱动牵引介质，以实现加速试验车缸推进装置。结构简单，系统造价低，加速度的距离相对较短，但由于大启动加速度，不能保证加速度的恒定。通过公司研制开发了一种由活塞轴和气缸组成的碰撞试验装置，其核心部件是一个线性较好的驱动马达。2.目前国内外常用的牵引装置：在我国，现在要求大型汽车制造企业和各大认证机构都要建设汽车碰撞牵引装置。（1）内燃机牵引：内燃机牵引和直流牵引电机是相似的，但是其发动机的性能不如直流电动机，美国通用汽车公司已经使用，现在已切换到直流电动机。（2）液压马达牵引：这是近几年发展起来的，国外的大汽车碰撞测试实验室开发了一种更先进的牵引设备，如美国等。与电机驱动相比，不仅节省能源，而且还不受电压变化的影响，但其成本是昂贵的，系统的要求是非常高的。（3）电机牵引：早期经常使用大型电机绞缆筒测试牵引力控制，实验必须留出足够的加速度距离，以达到预定的测试的碰撞速度，加快速太长需要持续很长一段时间，才可以保证准确的碰撞速度。 本文采用液压牵引。1.5本文主要研究内容本文在分析现有汽车碰撞牵引钢丝绳张紧装置的操作性，经济性和自动化的基础上，根据不足之处和功能需求，提出一种使用活塞杆与滑块组相连接，从而带动牵引绳对系统进行张紧的液压张紧装置。本文的研究内容主要包括下面几点：（1）查阅国内外文献资料，了解汽车碰撞试验技术背景，牵引方式类型和试验法规要求，进行液压张紧整体方案设计，并通过已知试验条件进行小汽车碰撞加速度计算。（2）选取试验所需钢丝绳型号，根据钢丝绳有关参数选取张紧轮尺寸型号等，进行张紧轮转动惯量的计算。（3）由已知内容和条件进行钢丝绳张紧力的计算，进而通过张紧力进行张紧液压张紧功率的计算，然后选取液压缸。（4）接着对张紧装置关键执行机构活塞杆进行详细设计计算。（5）设计张紧装置支架、导轨和滑动机构。（6）通过设计计算好的机构各部件零件的结构和尺寸进行三维建模。最后对有关关键的零部件进行Ansys仿真分析。1.6本章小结本章简要介绍了汽车碰撞牵引绳张紧装置现有的情况，分析其目前自动化程度不高，提出结构简单稳定的液压张紧装置，对所要进行的研就设计工作内容进行了整理安排。本文作者认为这种液压张紧装置将使试验的方便程度和自动化程度大大提高，也使试验效率大大提高，对试验研究具有重要意义。 第二章 汽车碰撞牵引绳液压张紧装置总体方案设2.1液压张紧装置简介利用液压工作原理对钢丝绳或传送带等进行张紧的装置，称之为液压张紧装置。它拥有动态性能好、可靠性高，结构紧凑、安装空间小，操作简单等特点，是对物体进行张紧的理想设备。液压张紧装置广泛应用于机械行业的各大领域，本文将液压张紧装置应用于汽车碰撞试验，对碰撞过程中的钢丝绳进行张紧。2.2汽车碰撞液压张紧装置的组成部分本文汽车碰撞液压张紧装置的主要组成部分为：液压张紧左导轨和右导轨、左脚架和右脚架、钢丝绳护板、液压张紧滑块组件、液压缸连接法兰盘、液压缸缸体、活塞杆、液压张紧机构用铁地板以及上连接板。其大致形状如图2-1。 图2-1 液压张紧装置2.3汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计基础2.3.1 汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的设计条件（1） 据我国汽车碰撞相关安全法规介绍，一般来说，汽车碰撞实验室的总长度要能够满足使整个汽车碰撞过程平稳加速，而且碰撞车辆的加速度一般来说不能超过0.5g，稳速过程要有10m的距离，根据此规定要求，则碰撞实验室的加速轨道要求要有要有50m以上。查阅资料可以知道，国外各大汽车公司和检测机构都拥有汽车实车碰撞试验设备。在这些碰撞试验设备中，应用于牵引的跑道长度一般为70350m，其中室内的实车碰撞跑道长度一般为70150m。本文取汽车碰撞跑道长度为100m。（2） 按照规定，汽车碰撞最高时速不得超过64 km/h,本文以60 km/h的时速作为试验碰撞条件。取小车质量为3t。（3） 设计牵引系统中的钢丝绳摩擦系数为0.050.08。2.3.2汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的结构技术要求（1）所设计的张紧装置需满足在试验最大张紧力的条件下可靠有效工作，不能引起打滑从而影响试验过程，即需要满足有效的摩擦。（2）需具有调整方便快捷、精度高、既能在试验前调试时进行手动调节又能在试验时通过控制液压缸进行张紧，手动自动一体化。（3）张紧装置结构简洁紧凑、运行有效，用最简单的方式实现最优的功能，即实现经济便捷高效的设计理念。并且能实现无极调速的特点。2.4汽车碰撞牵引绳液压张紧装置方案设计由2.3.2中所阐述的汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的结构技术要求可知，所设计的牵引绳液压张紧装置需要结构简洁紧凑。所以在综合详细考虑各项要求之后，本文决定采用单活塞杆作为张紧装置的核心机构，液压缸的动力由活塞杆传递给滑块组，最后由滑块带动滑轮对钢丝绳进行张紧。其运动则是活塞杆的直线运动。这类传动具有结构简洁紧凑，操作简单方便，制造成本低，污染小等特点，是种较为优化的设计。为了对执行机构进行安装，支撑及保护，需设计法兰盘、导轨、脚架等装置，第五章将对各部件的结构及尺寸进行详细的设计计算。对于该装置的液压系统部分，液压原理不算非常复杂，只需要活塞杆推动滑块组带动钢丝绳从而实现钢丝绳的张紧。整个工作过程只需要一个步骤就可以实现基本的运动，所以考虑液压部分的设计只需要一个液压缸，采用单个液压基本回路便可以实现工作过程。在考虑回路设计时，因为工作过程分为拉伸和推动，可以采用方向控制回路中的锁紧回路。该回路采用三位四通电磁换向阀，控制活塞杆的左右移动。该回路的优点是，因为有液压锁，能够使液压缸在任意位置上停留，而且停留后不会因为外力的作用发生位置的移动。2.5本章小结本章对汽车碰撞牵引绳液压张紧装置的总体方案进行了分析。首先对液压张紧装置进行了简要介绍，接着对本文所要研究的汽车碰撞液压张紧装置的大体组成部分进行了介绍，随后详细汽车碰撞液压张紧装置的设计条件。根据这些条件，对总体的方案进行设计。第三章 张紧装置张紧力的计算3.1碰撞小车加速度的计算，牵引绳和滑轮的选取3.1.1小车加速度计算小车初始速度v0=0,末速度v = 60 km/h（16.67 m/s）,跑道长度s =100m，则根据公式： v= v0 +at (3-1) s= v0 t+ 1 2at2 （3-2）可得碰撞小车加速度a=1.389 m/s2。3.1.2牵引钢丝绳的选取查阅简明机械零件设计手册（GB/T 87062006）,钢丝绳的术语、标记和分类简单介绍如下： 股：钢丝绳的组件之一，通常由一定形状和尺寸绕一中心沿相同方向捻制成一层或多层的螺旋状结构。分为圆股、三角股（代号V）、椭圆股（代号Q）、扁形股（代号P）。 单捻股：仅由一层钢丝捻制的股。 平行捻股：至少包括两层钢丝，所有的钢丝沿同一个方向一次捻制而成的股。股中所有的钢丝具有相同的捻距，钢丝间为线接触。捻股结构分为多种，如表3-1所示：表3-1 捻股结构分类西鲁式 两层具有相同钢丝绳数的平行捻股结构，代号S。瓦林吞式 外层包含粗细两种交替排列的钢丝，而外层钢丝数是内层钢丝数的两倍的平行捻结构，代号W。 填充式 外层钢丝数是内层钢丝数的两倍，而且在两层钢丝间的间隙中有填充钢丝的平行捻股结构,代号Fi。 组合平行捻 由典型的瓦林吞式和西鲁式股类型组合而成，由二层或三层以上钢丝一次捻制成的平行捻股结构。股的捻向（右捻Z，左捻S）有交互捻（SZ,ZS）、同向捻（ZZ,SS）、混合捻（a Z,a S）等类型。根据钢丝绳主要用途推荐表（GB 89182006）选取适用于钢绳牵引胶带运输机、索道及地面缆车的线接触钢丝绳619W型。进行钢丝绳型号选取时，最先要考虑的是钢丝绳的破断拉力，即能在较强的工作压力下承受一定的形变。其次要考虑钢丝绳的耐疲劳性能以及抗磨损性能，即在工作过程中钢丝绳与各个机构的零部件接触发生的反复弯折。最后需要考虑钢丝绳的柔软性和特殊的抗旋转性等因素。综合考虑各项影响要素及选用要求之后，本文决定选用线接触粗细式瓦林吞型（W型）钢丝绳（另称复合型钢丝绳）。选用这类钢丝绳是因为其钢绳的横截面排布密集，钢丝之间的接触紧凑，而且它的钢丝外粗内细，这样不仅延长了使用寿命而且加强了挠性，而且该类钢丝绳具有防潮和阻止杂质进入的特性。其型号为619W+FC*141770，钢丝绳股数为6股，每股由19根钢丝组成，独立纤维芯，公称抗拉强度为1770 MPa，直径则为14 mm。其规格和力学性能如表2-2所示。表2-2 619W的规格和力学性能钢丝绳公称直径/mm参考重量/kg(100m)-1钢丝绳公称抗拉强度/MPa157016701770187019602160钢丝绳最小破断拉力/kNA-1A-2BABABABABABAB1472.270.579.5102110108117114124121130127137140151注：A-1天然纤维芯，A-2合成纤维芯，A纤维芯，B钢芯3.1.3滑轮的选取滑轮材料选择碳钢，密度为7.37.85 gcm-3，本文选取 = 7.55 gcm-3,根据滑轮直径与钢丝绳直径的匹配关系，选取滑轮直径d=260 mm，宽B1=45 mm，则滑轮体积约为V= 14 d2 B1= 14 2602 45=2389 cm3 （3-3）由此可得两个滑轮的质量为 m1 = V=27.55 2389 g=36 kg。 （3-4）3.2汽车碰撞牵引绳张紧力的计算3.2.1系统等效质量的估算系统需等效的质量组成有：小车质量m0=3000 kg，滑轮质量m1=36 kg，钢丝绳质量m2=L m参考= 200+260 2 510072.2=150.3 kg （3-5）式中L 为钢丝绳的长度，m参考为钢丝绳的参考重量。则总的等效质量为 m= m0 + m1+ m2=3000+36+150.3=3186.3 kg。 （3-6）3.2.2牵引绳张紧力的计算机械运动方程的一般表达式为: dW= M +Fv dt=Pdt (3-7)即d 12 m v2+ 12 J2=Pdt (3-8)式中：m为系统总等效质量， V为小车碰撞速度， J为滑轮转动惯量， 蠅为滑轮转动角速度。将滑轮转动惯量J近似为圆盘，则其计算公式可为 J= 12 m3 R2 (3-9)并带入公式（2-7）可化简且带入数值得：P=m va+ m3 va=3186.316.671.389+3616.671.389=74.6 kw。 （3-10） 由带传动的相关内容可知绳的有效拉力： F= F1-F2= 1000PV （3-11）其中F1为紧边拉力，F2为松边拉力，P为传动功率，v为带速即小车的碰撞速度。且有关系： F1F2= ef (3-12)式中f为摩擦系数，取0.02；伪为包角，取值为5。将数值带入公式（6）得 F= 100074.6 16.67=4475 N （3-13）进而可得F1 =4773.33 N，F2 =298.33 N，从而可得张紧力： F0 = 12 F1+ F2 = 12 4773.33+298.33=2535.83 N (3-14)而整个系统中钢丝绳相当于4根张紧，所以整个系统的张紧力为 F总=4 2535.83=10143.32 N。3.3本章小结本章最主要的步骤是对小车的加速度进行了计算，从而选取了相应的滑轮以及牵引绳。待到牵引绳选取完后，对系统的张紧力进行了计算，为下一章液压系统的设计及检验做好了铺垫。第四章 液压系统的设计及检验4.1液压