摘 要

本文借助三维建模软件CATIA完成四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车的整车装配，完成整车装配之后使用SolidWorks对于整车动滑轮机构进行运动仿真，直观呈现水平、垂直双动滑轮机构的运动，最后对于双动滑轮组的连接杆使用Ansys软件进行有限元分析，检验其强度是否符合运动过程要求。

论文主要研究了四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车，不仅完成了整车装配，也进一步进行了运动仿真及有限元分析。

研究结果表明：四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车是对于现今国内清障车现状的又一进步。

本文的特色：本文将四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车的水平小车结构进行了详细描述，解读各部件作用，对于Soildworks的运动仿真过程及动画制作进行详细描述，使用Ansys进行有限元分析后得到变形、应变、应力等详细数据。

关键词：CATIA；Soildworks；Ansys；四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车

Abstract

In this paper, the three-dimensional modeling software CATIA is used to complete the vehicle assembly of the four-fold steel wire rope pulley side-mounted wrecker. After the vehicle assembly, the SolidWorks is used to simulate the motion of the whole moving pulley mechanism, and the movement of the horizontal and vertical double-action pulley mechanism is visually presented. Finally, for the connecting rod of the double-action pulley block, the Ansys software is used for finite element analysis to check whether the strength meets the requirements of the motion process.

The paper mainly studies the four-fold steel wire rope pulley side-mounted wrecker, which not only completes the vehicle assembly, but also carries out motion simulation and finite element analysis.

The research results show that the four-fold steel wire rope pulley side-mounted wrecker is another improvement for the current status of domestic wreckers.

The characteristics of this paper: This paper describes the horizontal car structure of the four-fold steel wire rope pulley side-mounted wrecker, explains the function of each component, describes the motion simulation process and animation of Soildworks in detail, and uses finite element analysis after Ansys. Get detailed data such as deformation, strain, and stress.

Key Words：CATIA；Soildworks；Ansys；Four-fold steel wire rope pulley side-mounted wrecker

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究清障车的意义及清障车功能 1

1.1.1研究清障车的意义 1

1.1.2清障车的功能 1

1.2课题的主要研究内容 2

1.2.1四倍率侧装式清障车简介 2

1.2.2本课题完成技术方案及措施 3

第2章 四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车结构 4

2.1四倍率钢丝绳滑轮水平小车总装图 4

2.1.1双动滑轮机构初始位置 4

2.1.2双动滑轮机构终止位置 5

2.2四倍率钢丝绳滑轮水平小车组成零件 6

2.2.1水平小车后板 6

2.2.2水平小车前板 6

2.2.3水平小车侧板总成 7

2.2.4水平小车滑道 7

2.2.5水平小车单层定滑轮 7

2.2.6水平小车双层定滑轮 8

2.2.7水平小车双动滑轮组 8

2.2.8水平小车钢丝绳调节杆 9

2.2.9水平小车滑轮布置 9

2.3四倍率钢丝绳滑轮清障车整车装配 11

2.3.1水平小车装配 11

2.3.2水平油缸运动初始位置钢丝绳装配 12

2.3.3水平油缸运动终止位置钢丝绳装配 16

2.3.4液压系统的装配 20

2.3.5底盘的选择 24

2.3.6相关装配尺寸调整 25

第3章 四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车运动仿真 28

3.1水平小车钢丝绳滑轮机构运动仿真 28

3.1.1零件模型的建立 28

3.1.2水平钢丝绳滑轮机构装配图建立 29

3.1.3水平动滑轮运动仿真 30

3.2垂直钢丝绳滑轮机构运动仿真 38

3.2.1垂直钢丝绳滑轮机构装配图建立 38

3.2.2垂直动滑轮运动仿真 38

3.3整车钢丝绳滑轮机构运动仿真 42

3.3.1垂直钢丝绳滑轮机构装配图建立 42

3.3.2整车动滑轮运动仿真 43

第4章 四倍率钢丝绳双动滑轮连接杆有限元 46

4.1有限元分析简介 46

4.2本次分析零件 46

4.3分析过程 46

4.4结果分析 48

4.4.1求解 48

4.4.2 数据分析 48

第5章 结论 51

参考文献 52

致谢 53

第1章 绪论

1.1研究清障车的意义及清障车功能

1.1.1研究清障车的意义

随着经济的不断发展，车辆行驶条件的不断提高，现代都市中的汽车数量越来越多，对于交通秩序的要求也相应随着提高。有序的交通环境的建立是需要所有参与的人民携手一同努力的，但是科技的发展势必导致交通环境变得复杂，各种突发状况日益频发在城区及城区外路段^[1]。在很多情况下，车辆之间发生碰撞，或者车辆因发生故障等发生侧翻会导致车辆的破损，行驶功能降低或者丧失，最终抛锚；也有部分车辆虽未发生故障但违章停车，这些都会严重破坏交通秩序。如何及时恢复交通，给其他驾驶员一个良好的行驶环境，需要尽可能快地清除这些车辆，这也是交通管理部门重视的一大难题。在尚未使用清障车的时代，对于这个难题的解决方法停留在耗费人力物力等原始方法，即使用人力抬举或者面对大型重载车辆时利用吊车加平板车联合工作清除故障车。这种原始方法花费了人力时间，还加剧了交通秩序破坏，新的交通事故可能也会在此时因处理方式不当而发生。道路清障车是解决车辆而诞生的产物，在行驶车辆出现故障便会造成巨大不便的今天，“疏通大地脉络的使者”这一角色便落到清障车身上^[2]。施救机动车辆，完成故障车的清除是指快速高效无损地将故障车辆从事故发生地点（城区公路、城区郊外等地方）移动至修理厂和停车场地，及时救援驾驶员及故障车辆，恢复交通秩序，同时也具有“无故障车辆”的特殊移动功能。清障车在现如今发挥着它至关重要，不可替代的作用，当道路车辆事故（故障）时，起到救援救护的作用；当城市车辆违规时，清障车可以起到协助管制的作用，为执法人员提供便利；当自然灾害发生的时候，救灾人员力所及的范围有限，此时清障车可以很好地提供帮助，及时控制灾情，降低伤亡。

1.1.2清障车的功能

1. 提升功能：提升功能是清除障碍物车辆最重要的功能，即利用支架的伸缩、提升、载荷折叠等动作，将受损车辆从前方或后方抬起，然后将整辆车拖离现场。清障车支架具有多种结构形式。一般可以吊起事故车辆的车轴、车轮、钢板弹簧和车架，便于装配和拆卸。

2.悬挂功能：升降式排障车一般装有可变的起重机臂，将损坏的车辆从一端（或一侧）或整个车辆吊起，并设置起吊。重型清障车还可以使用吊杆的伸缩和可变幅度来将事故车辆从路基附近和路基拉到或悬挂到道路上。

3. 拖行功能：清障车配有多台绞车，主臂和锚脚（固定滑轮）现场固定，完成各类翻斗车的集中作业，牵引深沟翻车。

4. 牵引功能：避障车可牵引一端抬起的受损车辆。此外，事故车辆还可用牵引杆拖走，以供车轴未损坏的车辆使用。

5. 背载功能：平板清障车可以将事故车辆拉到平板上，通过软接触固定，实现无损运输，特别是对客车。

6.警示、照明功能：警告及照明功能：除障车设有大型警示灯警报，使其在清除屏障时有清晰的标志；除障车亦设有救援辅助照明功能，供夜间行动使用。

7.拆除和救援功能：国外生产清障车还配备拆除设备和救援设备。在紧急救援过程中，车辆的外壳被切断并拆除，并且受伤人员在救援事故中。在我国，这项工作是由消防部门承担的，因此一般的越障车辆没有配备相关的设备。

1.2课题的主要研究内容

1.2.1四倍率侧装式清障车简介

根据结构形式区分,道路清障车可分为臂架起重机型清障车、门架叉式清障车、简单叉式清障车和背式清障车四个基本类型^[3]。我国清障车的主要类型有两种，其中拖吊型清障车是在城区以外地区工作的，而平板一拖二型则适合在城区发挥其作用^[4]。本课题研究内容是关于侧装式清障车，在国内侧装式清障车还未投入广泛使用，存在部分地区仍然处于贫穷状态，这无疑给了清障车发展的潜力和空间，我们需要提高清障车的研发水平和技术，侧装式清障车无疑是相对于传统清障车而言得到进一步提高的清障车新品种^[5]。侧装式清障车是一种背拖式清障车，它是通过插板提升，将故障车提起，在收缩油缸的作用下，将故障车放在导轨内，然后运走。课题所说上装系统指垂直小车及水平小车的联合机构，这种清障车和传统的折叠式平板清障车相比，减少了人为操作，节约了成本，且清除故障车的速度较快，相比之下，且不会对故障车造成二次损坏。

本课题研究的四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车水平小车和垂直小车采用双动滑轮机构，已达到双动滑轮机构行程与故障车在水平垂直行程之比为1:4的效果^[6]，四倍率侧装式清障车的运动是插板驱动马达驱动插板（插板总长为2300mm）伸出，使得两个插板分别位于故障车的轮胎前后；夹臂在夹紧油缸杆件的收缩下向中心靠拢夹紧论坛；然后竖轨油缸推动竖直双动滑轮机构运动，带动钢丝绳拉动竖直钢丝绳调节杆连接端即整个夹紧装置滑动至竖直行程的终止位置（此时插板距离底盘上表面360mm）；之后水平移动油缸杆件伸出带动水平小车中双动滑轮机构运动537.5mm，带动竖直小车及故障车运动2150mm至行程终端，完成故障车上装只需竖轨油缸释放压力后将小车放置车身平台即可。这种品种清障车从侧面上装故障车，且动滑轮行程为水平或竖直行程的四分之一，因而命名为四倍率钢丝绳滑轮侧装式道路清障车。垂直机构的行程为1200mm,初始位置夹紧插板安装的盒体底面距底盘上表面为840mm(位于底盘下端)，终止位置夹紧插板安装的盒体距底盘上表面位置为360mm(位于底盘上端)。水平机构的行程为2150mm,初始位置时插板安装盒体前端距离水平轨道69mm,运动至水平轨道滑轮板与水平轨道末端面相合终止。

1.2.2本课题完成技术方案及措施

1．了解侧装式清障车的基本知识，查阅相关资料，为之后完成侧装式清障车结构的设计和改善奠定基础，实现清障车上装机构的轻量化，采取了新结构设计方案^[7]；

2．使用CATIA软件对于四倍率钢丝绳滑轮清障车的水平小车机构进行设计，并且将水平小车及垂直小车装入总装图，完成钢丝绳线路的绕制。

3．使用CATIA软件对于总装图进行进一步完善，添加地脚油缸，插板驱动马达和插板夹紧油缸等装置。

4．使用SolidWorks软件对于垂直小车滑轮运动机构，水平小车滑轮运动机构及总装图滑轮运动机构进行运动仿真，制作动画。

5．使用Ansys软件对于水平小车双动滑轮组之间的连接杆进行有限元分析，得到分析结果。

第2章 四倍率钢丝绳滑轮侧装式清障车结构

2.1四倍率钢丝绳滑轮水平小车总装图

2.1.1双动滑轮机构初始位置

在初始位置时双动滑轮最前侧距离滑道中间板后侧的距离为630mm,此时处于水平小车双动滑轮机构行程的初始极限位置。图2.1为双动滑轮机构处于初始位置时，水平小车总装图状态，图2.2为了更加清晰地显示双动滑轮机构所处位置，特意隐藏了一侧滑道上板，并且显示了距离630mm的约束。

图2.1 双动滑轮机构位于初始位置水平小车

图2.2 双动滑轮机构位于初始位置水平小车（隐去一侧滑道上板）

2.1.2双动滑轮机构终止位置

在初始位置时双动滑轮最前侧距离滑道中间板后侧的距离92.5mm,此时处于水平小车双动滑轮机构行程的极限终止位置。图2.3为双动滑轮机构处于终止位置时，水平小车总装图状态，图2.4为了更加清晰地显示双动滑轮机构所处位置，特意隐藏了一侧滑道上板，并且显示了距离92.5mm的约束。

图2.3 双动滑轮机构位于终止位置水平小车

图2.4 双动滑轮机构位于终止位置水平小车（隐去一侧滑道上板）

2.2四倍率钢丝绳滑轮水平小车组成零件

本课题中在零件建模方面，主要完成水平小车的建模，水平小车的双动滑轮机构行程为537.5mm,则水平小车拉动故障车滑动的水平行程为2150mm。以下介绍水平小车各组成零件结构。

2.2.1水平小车后板

水平小车后板总长为996mm,两侧开槽深度为50mm且倒角,便于插入侧板中，中心大孔直径为100mm,两侧伴有凹槽，这是总装图中为了装配水平移动油缸所做的两道工艺；两侧的孔，较小的孔为螺纹孔，尺寸为M16,为装配调节杆的螺纹孔，较大的孔为钢丝绳所经过的孔，直径为20mm。图2.5为水平小车后板。

图2.5 水平小车后板

2.2.2水平小车前板

水平小车前板两侧也开有50mm的槽且倒角，方便插入侧板中且倒角，前板较大的孔为钢丝穿过的孔，小孔为装调节杆的螺纹孔，尺寸为M16。图2.6为水平小车后板。

图2.6 水平小车前板

2.2.3水平小车侧板总成

水平小车侧板尾部开有槽，是为了防止与水平轨道后端的定滑轮干涉，总长为2109mm,以后板底面为界限，前面长为1315mm,后部分长为794mm，其上焊接一连接板放置定滑轮。图2.7为水平小车侧板总成。

图2.7 水平小车侧板总成

2.2.4水平小车滑道

水平小车滑板总长为864mm，装有垫片，中间开有槽宽为12mm,为双动滑轮机构滑动一边留有1mm的间隙。图2.8为水平小车滑道。

图2.8 水平小车滑道

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