越障车设计说明.doc

基于杠杆原理的多用途越障装载车设计说明书 哈尔滨工业大学（威海） 杜文灿 肖晓飞 2010年6月15日 基于杠杆原理的多用途越障装载车 作者：哈尔滨工业大学（威海） 杜文灿 肖晓飞 作品内容简介 我们通过实验设计了一套越障系统. 为提高越障车的越障能力,结合路况的复杂环境,设计了一种杠杆式越障车. 该车主要由车架、定轴齿轮啮合传动装置、棘轮机构、控制器、检测装置、电动马达、自动报警装置、电源、传动装置等部分组成. 设计重点在定轴轮系啮合传动装置,该车主要考虑了提高车轮本身的越障能力———采用了定轴齿轮啮合传动装置. 该装置主要通过增加力臂,以增加力矩,从而提高其越障能力. 为确定行越障车的垂直越障能力,通过简化力学模型,分析了在单个车轮越障情况下车轮的受力特点，估计了垂直越障碍高度与车辆参数之间的关系，机构试制实验证明理论推导结果是可靠的. 对该车的行驶系统进行了概述,并对行驶性能进行了分析和计算. 结果表明:该车具有较强的越障能力特性,能够适应凹凸不平的环境. 我们已经经进行了机构调整试制，经测试其性能达到了预期的功能。现在已经完成样车的车架部分和控制部分，定轴齿轮啮合传动装置正在校金工实习场所加工，预计七月将完成样车调试工作，整个系统完成。 1 研制背景及意义 1.1研究意义： 目前，在越障车的研究史上已经提出了各种越障的解决方案，然而每一种解决方案都有不同程度的局限性，每一辆车都会有不同程度的缺陷，因而需要不断的提出新的解决方案。现有的解决方案中存在很多问题。而我们提出的杠杆应用于越障领域至今还一个全新的方案，没有相关的研究。同时，越障车的应用还只是限制在一些个别的领域，其应用范围需要拓宽。由于近几年自然灾害的频繁发生，急需一种低成本，使用性高的越障车辆。因此，在越障车方面的研究具有极大的发展空间。 1.2 国内外研究现状： 世界上越障车的研究已经有近百年的历史,已经提出了各种越障的解决方案。在已有的越障解决方案中,有连续式越障方案,比如履带式、行星轮式;间歇式越障解决方案,比如步进式。在这些越障车中最热门的研究方向主要有登月车,爬楼梯机器人,特别是美国和前苏联在这方面已有成熟的经验。 为适应复杂的路况, 理论分析和试验结果表明, 履带式和腿式移动系统不适合用于越障车。越障车的轮式移动系统均采用各轮独立驱动、固定悬挂方式, 工作起来方便灵巧, 同心性和转向性均较好。国外采用轮式结构的行星探测车都是通过悬架来提高其越障能力, 而没有考虑车轮本身的越障能力。哈工大邓宗全等教授已在行星轮方面做了比较全面的研究 1.3研究目的： 在生活水平显著提高的今天，自然灾害成了对人类危害最大的灾难。在灾害发生后如何能够在废墟中最大限度的挽救人们的生命财产的需要，也促使我们在越障领域有所突破。同时，越障车不应只限于有限的领域，而要把它应用到更多的领域，这需要我们的探索。在国家倡导自主创新的大环境下，掌握先进的越障车设计方法，探索越障车不同的应用领域，多用途越障装载车就成为了一个重要的课题。 2 主要功能和性能指标 主要功能： 平地行驶功能； 垂直越障功能； 防到退功能； 可编程调速功能； 可编程状态指示功能； 其它附属功能:自动预警功能????? 性能指标： 越障高度：15cm; 行驶速度:=3m/s 车架材料：采用铝型材3030； 电机：输出功率250W; 蓄电池输出电压：6V； 3 设计方案 3.1.系统装置 整个装置由：车架、定轴齿轮啮合传动装置、棘轮机构、控制器、检测装置、电动马达、自动报警装置、电源、传动装置等部分组成。 整车三维示意简图如图1所示。 图1 4 理论设计计算 越障车行驶时会遇到各种障碍 ,其中最为恶劣的障碍就是垂直障碍 ,所以越障车越过垂直障碍的能力最能体现其越障能力的好坏。下面将通过对越障车越过垂直障碍进行分析，分析其越障能力。 图2 G 图3 图3为硬路面上个前轮垂直越障的受力模型. 由图3可知,前轮碰到垂直障碍时有下列平衡方程: 水平方向: F3*sin?-N1*cos?+F1- F4+F2*cosφ=0 竖直方向: F3*cos?+N1*sin?+N2+F2*sin+N2-G=0 以B为支点，有： F2*AB+F1* Rsin? +N2*R cos?-G*R cos?-F4*R(1-sin?) =0 （式中N1 为垂直障碍作用于前车轮上的地面反作用力; N2 , 为轮的