无拖把飞机牵引车性能分析及抱轮举升机构研究

河北工业大学硕士学位论文无拖把飞机牵引车性能分析及抱轮举升机构研究姓名：刘培申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：武一民2010-12河北工业大学硕士学位论文i无拖把飞机牵引车性能分析及抱轮举升机构的研究摘要飞机牵引车是用于牵引或顶推飞机的作业车辆，是现代机场必不可少的一种地面保障设备。利用飞机牵引车移动飞机，能够节省飞机燃料、减少噪声和排气污染、降低飞机发动机的磨耗。无拖把飞机牵引车采用安装在车架上的独特机构，夹持提升飞机机轮，然后进行飞机的牵引或顶推。针对其特殊结构，进行整体结构性能分析研究具有重要意义。围绕无拖把飞机牵引车的建模与仿真，研究牵引车的性能，进行抱轮举升机构运动学和动力学分析及车架的强度分析，并对整车的行驶平顺性及操纵稳定性进行分析。首先根据设计要求应用三维软件UG-NX4.0建立了飞机牵引车整车的三维模型；其次将抱轮机构模型通过parasolid接口导入到ADAMS/VIEW软件中，对抱轮举升机构进行动力学仿真，得到了关键点的运动学和动力学曲线，包括位移曲线、角度曲线和受力历程曲线，结果表明该举升机构运动平稳,且油缸行程均在设计范围内,因此能够满足使用要求,同时也验证了该模型的正确性；再次，通过CATIA接口将车架模型导入ANSYS有限元分析软件中，通过静力学强度分析得出应力云图和位移云图，对车架的强度进行验证，通过动力学模态分析，得出车架的固有频率和固有振型，与发动机固有频率进行比对，为以后进一步对车架进行优化设计以及对减震装置的优化设计提供依据；昀后，将整车模型导入ADAMS软件，选择合理的轮胎文件和路面文件，计算出转向参数，对牵引车的行驶平顺性及操纵稳定性进行研究，得出牵引车质心振动加速度曲线及转向轨迹曲线，通过与国家标准的分析对比，得出该车行驶平顺性及操纵稳定性良好。关键词：飞机牵引车，建模，仿真，有限元分析，平顺性无拖把飞机牵引车性能分析及抱轮举升机构研究iiRESEARCHONTHEPERFORMANCEOFROD-LESSAIRPLANETRACTORANDCLAMPING/HOLDINGMECHANISMABSTRACTAsanimportantairportgroundsupportentequipment,airplanetractorisusedfortowingorpushingvariousairplanesontheground.Withusingofairplanetowingtractorformovingairplane,notonlythefuelofairplaneissavedbutalsothepollutionofnoiseandexhaustedgasisreduced.Otherwise,theairplaneengineisnotvulnerabletobeweared.ThereisanuniquemechanisminstalledinthechassisofRod-lessairplanetractor,whichisuseedforclampingandliftingtheairplanewheels,thetractorwilltoworpushtheairplaneafterthat.Foritsspecialstructure,performanceanalysisofthewholestructureisveryimportant.Basedonthemodelingandsimulationanalyzed,studytheperformanceoftheairplanetractor,thepaperanalyzedbothkinematicsanddynamicsofclampingandliftingmechanism,afterthefiniteelementanalyzedoverallstructuremodelofframe,thevehicleridecomfortandhandlingstabilitywereanalyzed.First,settingupathree-dimensionalmodelofthetowingtractorbyUG-NX4.0softwareaccordingtothedesignrequires;second,importingtheclampingandliftingmechanismmodelintoADAMS/VIEWsoftwarebytheformofparasolid,thedynamicsimulationofthemodelwasachievedtogetthekinematicsanddynamicscurveincludingdisplacement,angleandforcecurve,thatshowthesmoothmovementoftheliftingmechanismandtherationalityofhydrauliccylinder.Thethird,importingtheframemodelintoANSYSsoftwarebytheformofCATIA.Obtaineddisplacementandstressfigureofcontournodalthroughthestaticstrengthanalysisverifythestrengthoftheframe.Obtainednaturalfrequencyandnaturalformationofframethroughdynamicmodalanalysiswhichwillbecombinedwiththenaturalfrequencyoftheenginecalculatedtogivethebasistooptimizeandimprovethestructureoftheworkingdeviceandframeorvibration-controlsystemandvibrationisolationfurtherinthefuture.Thelast,importingtheairplanetowingtractormodelintoADAMSsoftware,choosetherighttireandtheroadfilefiletocalculatethesteeringparametersofthe河北工业大学硕士学位论文iiitractor,andstudytheridecomfortandhandlingstabilitytofoundcenterofmassaccelerationvibrationcurveandsteeringtrackcurves.Bytheanalysisandcomparisonwithnationalstandards,theridecomfortandhandlingstabilityareprovedtobegood.KEYWORDS:airplanetractor,modeling,simulation,finiteelement,easement原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1课题的背景及研究意义中国民航事业昀近几年一直以20%左右的速度增长，2005年的客运货运总量超过德国，排名世界第二；每年飞机数量净增100架左右。中国目前已成为世界上第二大航空运输系统，仅次于美国，而飞机在地面停留作业时，每架飞机需要十几种特种车辆为其保障服务，因而，随着飞机数量的不断增加，地面特种车辆也将迅速增加。飞机牵引车是一种在地面上以牵引或顶推飞机为主的机场地面保障设备。它具有车身矮、牵引力大等特点，利用它移动飞机，能够节省飞机燃料、减少噪声和排气污染、降低飞机发动机的磨耗以及增加飞机鼻轮的使用寿命，是机场满足适航标准必备的特种车辆之一。作为一种服务性产品，其存在和发展与飞机产品的飞速发展紧密相关，世界上每出现一种新的飞机机型，就相应的产生一种牵引车特性与之匹配，为牵引车产品的发展创造一次契机，因此,该车具有良好的市场前景【1】。为适应航空发展的需要，增强航空的竞争水平，飞机牵引车技术亟需发展。从代用车辆到传统车辆，再从传统牵引车到无拖把飞机牵引车，是一种空前的发展。代用车辆是依靠其他车辆执行牵引的工作。主要依靠牵引杆操作，传统牵引车则是区别于代用车辆，专门用与牵引飞机进行牵引和顶推作业。无拖把飞机牵引车在牵引时将飞机的前轮托起，借助了飞机的重量来增加牵引车车轮与地面的正压力使其所产生的附着力达到牵引飞机的要求。比传统的有杆飞机牵引车在操作灵活性和成本及安全方面有着明显的优势，被广泛的应用于军用飞机和民用飞机的牵引中。随着我国航空业的发展，机场地面设备的市场越来越大，但是我国的飞机牵引车研制生产的历史较短，生产能力相对薄弱，不管是产品的品种还亦或是作业能力还很难完全满足需求，大中型牵引车产品、特别是大型牵引车更是我国的薄弱环节，不得不部分依赖进口，目前国际上几个较大的飞机牵引车企业都在竞争中国的市场，我国大中型牵引车市场几乎是国外产品的天下。然而，进口的牵引车不仅价格高，且存在售后服务滞后，维护不及时的问题【2】。我国传统飞机牵引车的进一步发展既有机遇也面临着挑战，我国产品与国外同类产品相比，控制技术、可靠性设计等方面差距较大，因此，必须扎扎实实一步一个脚印，从基础研究上努力攻关，不能急于求成。当前，国内一些厂家开发的无拖把式飞机牵引车已投入生产，并应用于民航业，但与处于世界领先位置的德国GOLDHOFER公司、法国NICOLAS公司水平相比有很大差距，尤其是抱轮举升机构的设计上还不是很完善。较为先进的是法国TLD集团，它是世界上地勤设备行业领军企业，它的的TXP系列飞机牵引车采取的单点承载对称回转式夹紧装置，夹紧装置承受的全部载荷由夹持装置的一端传递给牵引车机【2】。无拖把飞机牵引车性能分析及抱轮举升机构研究2虽然国内生产的抱轮机构能够达到基本的举升牵引能力，但是都需要加棘轮机构和安全门锁装置来控制机轮脱落。研制开发高水平的、能够被使用者接受的大型牵引车产品既是当务之急，也是严峻的挑战。尤其是对国内的机车抱轮举升机构和车架进行适当改进将有助于我国的飞机牵引车早日赶超世界先进水平。§1-2 国内外飞机牵引车的研究现状及发展趋势 1-2-1飞机牵引车的发展历程在航空业发展初期，飞机简陋、轻巧，两三个人就能用手移动飞机,后来由于飞机数量的增加和使用频率的提高，尤其是中、大型飞机的诞生，促使人们致力于研究机械动力替代人力。借助机械动力移动飞机，首先想到的工具是当时社会已有的车辆。因此，早期的飞机移动都是借用其他车辆代行牵引车职能，即在车上安装由离合器和手动齿轮变速箱组成的纯机械式传动装置，如在第二次世界大战期间，就出现了用农用拖拉机牵引飞机的情况。这种牵引方式持续了许久，直到现在，在一些边远地区的简易机场上仍在使用。图1.1即为某海军应用拖拉机牵引飞机。虽然这种牵引车辆在价格上是低廉的，有它的优势，但是从技术和安全层面看，它具有一定的局限性，仍然存在不可忽略的缺陷，代用车辆在起步