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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 重型車輛六連桿多級耦合全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是對多軸重型車輛轉(zhuǎn)向控制領(lǐng)域一種全新的探索，應(yīng)用Watt-II型六連桿多級耦合機(jī)構(gòu)組成多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使重型車輛在滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理情況下實(shí)現(xiàn)全輪同時(shí)轉(zhuǎn)向，增強(qiáng)了多軸重型車輛的機(jī)動(dòng)性、小場地轉(zhuǎn)向靈活性與操作穩(wěn)定性。并將多級六連桿全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與全輪驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立懸掛技術(shù)良好結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多軸車輛集全輪驅(qū)動(dòng)、全輪轉(zhuǎn)向、獨(dú)立避震于一身的發(fā)展趨勢。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品是對多軸重型車輛轉(zhuǎn)向控制領(lǐng)域一種全新的探索，應(yīng)用Watt-II型六連桿多級耦合機(jī)構(gòu)組成全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使重型車輛在滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理情況下實(shí)現(xiàn)多軸同時(shí)轉(zhuǎn)向，增強(qiáng)重型車輛的機(jī)動(dòng)性，小場地轉(zhuǎn)向靈活性與操作穩(wěn)定性。 結(jié)合重型車輛實(shí)際底盤結(jié)構(gòu)確定Watt-II型六連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過理論計(jì)算與三維建模得出六連桿機(jī)構(gòu)尺寸。并利用臺架實(shí)驗(yàn)和虛擬樣機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證與尺寸優(yōu)化。整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是樣車制作的重點(diǎn)與關(guān)鍵步驟，在設(shè)計(jì)中，考慮到六連桿機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)對樣車的特殊要求，自行設(shè)計(jì)、制作了與之匹配的獨(dú)立懸掛機(jī)構(gòu)、摩擦式差速器用于車輪大角度轉(zhuǎn)向并驅(qū)動(dòng)的空間差動(dòng)式輪邊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過自主加工、裝配和調(diào)試，成功完成單驅(qū)多軸轉(zhuǎn)向樣車以及全驅(qū)全輪轉(zhuǎn)向樣車各一輛。通過兩輛樣車的阿克曼原理轉(zhuǎn)向試驗(yàn)、越障試驗(yàn)、載重試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)向靈活性試驗(yàn)，充分體現(xiàn)了六連桿轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的突出優(yōu)勢，驗(yàn)證了其應(yīng)用于重型多軸車輛上的可行性，也證明了本作品設(shè)計(jì)制作的正確性。 鑒于車輛轉(zhuǎn)向靈活性和穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，該種多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于軍用大型物資、武器裝備的快速轉(zhuǎn)運(yùn)，碼頭、大型倉庫等小場地環(huán)境下物資的靈活轉(zhuǎn)運(yùn)。因此，本作品對于研發(fā)多軸重型車輛新型轉(zhuǎn)向控制技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義，特別是對其國產(chǎn)化自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)將起到促進(jìn)作用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的和基本思路：目前國內(nèi)對重型車輛全輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究基本上停留在理論分析、仿真研究階段，通過本作品可以驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)的正確性，為進(jìn)一步的深入研究提供指導(dǎo)。首先采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)，參照現(xiàn)有車輛底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行全輪轉(zhuǎn)向車輛底盤設(shè)計(jì)，通過虛擬設(shè)計(jì)篩選并確定可行方案，最終進(jìn)行樣車制作和調(diào)試、試驗(yàn)。 創(chuàng)新點(diǎn): 1．采用Watt-II型六連桿多級耦合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全輪同時(shí)轉(zhuǎn)向，相比于傳統(tǒng)梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，有效縮小了整車的轉(zhuǎn)彎半徑，提高了車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性。對于多軸重型車輛轉(zhuǎn)向方面是一個(gè)質(zhì)的飛躍，它大大的增加了車輛的靈活性。 2. 自行研制應(yīng)用于車輛大角度轉(zhuǎn)向的空間差動(dòng)式輪邊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 3. 自主研制摩擦式差速器，在樣車上進(jìn)行了應(yīng)用，滿足使用要求。 4.采用獨(dú)立懸掛避震系統(tǒng)，使得車輛在行駛中更加穩(wěn)定，增強(qiáng)了車輛對各種路面的適應(yīng)性。 5. 自主設(shè)計(jì)、加工整車模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Watt-II型六連桿多級耦合機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作過程中的可行性，為理論的推導(dǎo)做出實(shí)驗(yàn)上的驗(yàn)證。 技術(shù)關(guān)鍵包括:多輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)及安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多輪轉(zhuǎn)向車輛底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)物模型的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),全驅(qū)全轉(zhuǎn)車輛底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制方式設(shè)計(jì)。 主要的技術(shù)指標(biāo)包括：等比例縮小樣車靈活轉(zhuǎn)向、樣車多模式轉(zhuǎn)向、樣車在轉(zhuǎn)向過程中滿足阿克曼轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理；樣車實(shí)現(xiàn)全輪轉(zhuǎn)向、全輪驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立避震性能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 由于重型車輛質(zhì)量大、慣性矩大、質(zhì)心高，軸數(shù)多，故其行駛性受到多方限制。全輪轉(zhuǎn)向和多軸動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向技術(shù)在提高重型車輛高速操縱穩(wěn)定性和低速機(jī)動(dòng)靈活性具有顯著的功效。但多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)在國內(nèi)外都屬于前沿科技,國外的一些大型的載重車輛廠如利勃海爾（LIEBHERR）對技術(shù)的保密十分重視。同時(shí)重型車輛多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)多與軍工有關(guān)，國外對我國重型車輛多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)處于封鎖狀態(tài)，因此可見的系統(tǒng)性的研究報(bào)道很少，本作品有可能解除這一封鎖。 隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式也不在單一?，F(xiàn)在已有的結(jié)構(gòu)有很多種，其中常見的有以下三種：轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)、Watt-II型六連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、FEMM轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。其中轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)出現(xiàn)得較早，而且技術(shù)也比較成熟。另外兩種結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用還不是很成熟，但是他們的轉(zhuǎn)向性能更好。在多軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，串聯(lián)Watt-II型六連桿機(jī)構(gòu)又稱為中心臂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，具有對稱性、工作可靠性和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月，在校第十九屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，獲“特等獎(jiǎng)”。 2011年6月，在第八屆西安高新”挑戰(zhàn)杯“陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，獲“特等獎(jiǎng)”。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 樣品 圖片 錄像 現(xiàn)場演示 圖紙
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明及技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢：采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)，參照現(xiàn)有車輛底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行多輪轉(zhuǎn)向車輛底盤設(shè)計(jì)，通過虛擬設(shè)計(jì)篩選并確定可行方案，最終進(jìn)行樣車制作和調(diào)試。首先制作等比例縮小的多輪重載車輛物理樣機(jī)，進(jìn)行試驗(yàn)分析研究；然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出轉(zhuǎn)向控制策略；進(jìn)行等比例縮小實(shí)物模型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)從而完成作品，作品通過控制系統(tǒng)的控制能夠?qū)崿F(xiàn)等比例縮小樣車的靈活轉(zhuǎn)向、樣車多模式轉(zhuǎn)向、樣車在轉(zhuǎn)向過程中滿足阿克曼轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理。 適用范圍及推廣前景：作品設(shè)計(jì)的多軸重型車輛轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)可為重型車輛現(xiàn)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)和參考依據(jù)，可應(yīng)用于軍用多輪重載車輛以及多軸重型車輛的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)還可為多軸掛車的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)和參考依據(jù)。作品具有良好的使用范圍和推廣前景，多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究與推廣可以增加我國重型車輛在國內(nèi)與國際市場的市場競爭力，同時(shí)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)高校研究機(jī)構(gòu)對于多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析方法主要可以分為兩大類，其一：利用優(yōu)化設(shè)計(jì)，目標(biāo)函數(shù)取為實(shí)際轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)特性和阿克曼理論特性的差值最小，設(shè)計(jì)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸；在上述設(shè)計(jì)過程中，選取的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可分為兩大類，即：轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)和Watt-II型六連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；縱向耦合機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)綜合完成各個(gè)轉(zhuǎn)向軸之間的組合；部分研究中還考慮到應(yīng)該使優(yōu)化的結(jié)果在比較頻繁使用的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的偏差盡可能的小，而那些不經(jīng)常使用的角度范圍內(nèi)可以適當(dāng)?shù)胤艑捯?，因此引入加?quán)函數(shù)。其二：建立重型車輛多軸轉(zhuǎn)向的二自由度模型或更為復(fù)雜的模型和運(yùn)動(dòng)微分方程，以研究分析各種控制方法為手段來提高重型車輛的操作穩(wěn)定性；由于整個(gè)多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的復(fù)雜性，影響因素多，在分析過程中車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型一般都采用二自由度模型。在研究過程中采用的控制策略有：“比例前饋”、“比例前饋+橫擺角速度反饋”、 “方向盤比例前饋”、“零側(cè)偏角控制策略”、“模糊PID控制”等。 同時(shí)，國內(nèi)重型車輛生產(chǎn)企業(yè)中，徐州重型機(jī)械有限公司推出了多軸轉(zhuǎn)向重型設(shè)備，例如：其生產(chǎn)的QY130K型汽車起重機(jī)，發(fā)展勢頭非常好，但是還不能實(shí)現(xiàn)全輪轉(zhuǎn)向。其他一些重型車輛廠，如中國重汽，陜汽集團(tuán)等推出的重型車輛并未使用多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)。 重型車輛多軸轉(zhuǎn)向技術(shù),國外對我國一直處于封鎖狀態(tài)，可見的系統(tǒng)的研究報(bào)道很少。德國的索埃勒（SCHEUERLE）特種車輛公司是一家百年老廠，其生產(chǎn)的“自行式平板掛車”由于轉(zhuǎn)向拉桿布置在平板上方，可迅速便捷組成不同的組合形式，大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省寶貴的時(shí)間，大大地增加了車輛投入使用時(shí)間，給企業(yè)帶來意想不到的經(jīng)濟(jì)效益；高達(dá)60°的轉(zhuǎn)向角，通過補(bǔ)充轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，便可提高轉(zhuǎn)向角度，車輛使用壽命長，駕駛簡單，使用場合不受條件限制，在世界物流行業(yè)得到廣泛使用，深受廣大用戶歡迎。意大利的科米托（Cometto）掛車公司、德國的歌德浩夫（GOLDHOFER）和史密茲（SCHMITZ）公司等近年來對組合中心臂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（Watt-II型六連桿機(jī)構(gòu)）進(jìn)行了大量研究，并己經(jīng)形成了系列化的定型產(chǎn)品，但是其設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)都屬于商業(yè)機(jī)密，沒有申請專利。此外沃爾沃、格魯夫以及利勃海爾（LIEBHERR）等公司也推出了多軸轉(zhuǎn)向重型車輛，例如：利勃海爾（LIEBHERR）生產(chǎn)的型號為T7的汽車起重機(jī)。
