第 1 章 绪 论
1.1 引言
随着工业的不断发展，市场对钢材需求量越来越大，冶金行业迅猛发展，相应的冶金物流行业的运输就会面临着严峻的考验，一体式框架车的研制和使用，不仅能够满足重负荷的运输能力，也提高了工作效率[1-2]。但是随着近几年冶金行业发展过快，钢铁产能过剩，有些冶金企业出现亏损，面临着如何在节约成本的同时，提高冶金物流运输工作效率的问题。120T 牵引式升降框架运输车（以下牵引式框架车）是为江苏某钢厂研制开发一种新型无轨运输设备，该车是在一体式框架车的基础之上研制开发的一种新型冶金物流车辆，不仅满足冶金行业对运输车辆承载能力的要求，还能够满足高效的物流运输。牵引式框架车主要应用在冶金行业内各种物料和成品的运输中，该车采用牵引半挂结构形式，不仅能够实现框架同步升降和电液比例控制液压助力转向，还能够实现高速的运输。牵引式框架车在冶金行业的投入使用，将大大减轻工人的劳动强度，很大幅度地节约物流运输时间、提高物流运输工作效率，为我国传统冶金物流运输产业的升级换代提供可靠的技术支撑和保障[3]。相比一体式框架运输车，牵引式框架运输车在成本上有较大优势。牵引式框架车主要依靠电液控制系统实现整车悬挂升降和助力转向的功能，对整车车架的结构进行合理的有限元分析，对液压系统中液压元件正确选型，液压系统原理图合理设计以及电控策略人性化、准确性设计，都成为了影响牵引式框架车性能的重要因素。
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1.2 框架运输车在冶金行业物流中的发展和应用现状
近几年来，冶金物流运输问题越来越受到国内外大型冶金行业钢铁企业的高度重视，目前物流运输的高效性被冶金行业内人士看成是继生产成本、销售额度之后的“第三利润源泉”、主要的降低成本有效途径。冶金企业的厂内物流运输管理已经越来越受到冶金行业的管理者高度重视，国内一些大型钢厂的应用实践也表明，在一定的生产规模、技术装备水平条件下，是否选择合理的厂内物流运输方式，对企业的经济增长速度和预计增长的高度将产生重大的影响[4]。目前冶金行业的工艺流程主要包括采矿、选矿、烧结/球团、炼铁、炼钢、热轧、冷轧和硅钢等，还包括一些辅助生产工艺。在不同的工艺之间需要运输不同的原材料和物料。其中，它们有流体形态的钢水和铁水；有固态颗粒形状的铁矿石和钢渣；以及钢板和钢卷等成品或者半成品物料。如图 1-1 所示，不同的冶金运输车辆在不同的工艺之间或者在同一个工艺不同形态物料之间实现着不同形态物料的运输，运输车具有性能好，灵活性高，应用广泛等优点。所以说，冶金运输车辆在冶金行业中起着重要的作用。图 1-2 所示为升降式框架运输车（一体式框架运输车）主要应用于不同的物料运输。无轨化运输设备主要是相对于轨道运输定义的，其中包括渣罐车、牵引半挂车、钢水包车、大型平板车、拖挂车、工业用升降式框架式运输车、铁水包车和吊斗车等等，实现所有物料的装载、运输和卸载，便于配套使用，易于与生产设备连接。将升降式框架车纳入生产流水线运输之中，并有利于实现连续化和自动化[5]。
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第 2 章 牵引式框架车的关键部件分析设计
2.1 牵引式框架车整车结构性能与参数
如图 2-1 所示，牵引式框架车是采用的挂车形式的运输车辆，整车的结构由牵引车头和车架两个部分组成。其中牵引车头需要有足够的动力满足道路行驶和爬坡能力等性能，为满足钢厂的使用工况，合理设计牵引式框架车的转弯半径，选型相匹配的低速码头牵引车头是很有必要的；车架能够通过液压系统实现框架的升降，牵引车头鞍座通过液压油缸的举升，跟随车架升降，所以对车架进行结构设计和受力分析具有十分重要的意义。作为动力部分的牵引车头是采用市场上常见的低速码头牵引车头，具体外观如图 2-2 所示。对产家提出鞍座升降高度设计要求、取力器以及液压油箱和泵的安装位置预留空间设计，以及整车性能符合钢厂使用环境和条件等要求，产家就可以提供满足使用要求的低速牵引车头。针对现场对整车使用要求，对牵引车头进行合理的计算和选型是很有必要的。
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2.2 主要受力部件分析
设计牵引式框架车能够承受 120T 的重物是该车的主要能力体现之一，由图 2-4 可知，整车受力的关键部件主要是牵引销、立柱轴和中间双臂悬挂的悬臂架三个部分。在设计或选型时应以车辆平台受力合理性和满足车架升降平稳性等需要为目的，对以上三部分部件进行受力分析和校核，对研究整车的可靠性具有重要意义。销是牵引式半挂和全挂车中应用最为广泛的一种标准件，牵引销的主要作用是连接牵引车头和车架。半挂车中，牵引销承受的力是轴向载荷力和径向的剪切力；而全挂车中，牵引销只受到径向的剪切力的作用，该牵引式框架车采用的是半挂形式的连接方式实现牵引作用。在一般情况下，牵引销的材质是金属的。业内人士按照不同的分类方法对牵引销进行了分类，金属牵引销按照外形的形状不同一般可分为蘑菇头型式、十字交叉型式、双勺对称型式等等；按照牵引销直径的大小一般可以分为 50 号和 90 号。根据我国对牵引销的生产制造和使用情况，制定了两个牵引销分类标准，牵引销按照具体外形的形状可分为 A 和 B 两种型号；按照装配方式可分为焊接式和装配式两种标准型号。图 2-8 所示为焊接式和装配式两种标准型号的牵引销外形图。
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第 3 章 基于 AMESim 对油气悬挂系统平顺性仿真研究..........28
3.1 AMESim 仿真软件概述..... 28
3.1.1 仿真技术的应用 ......... 28
3.1.2 AMESim 仿真软件 ...... 29
3.1.3 AMESim 仿真的意义 ......... 31
3.2 液压系统主要元件建模与分析 ...... 31
3.3 油气悬挂系统平顺性仿真分析 ...... 49
3.4 本章小结 ....... 52
第 4 章 牵引式框架车转向准确性研究....53
4.1 转向系统分析设计 ..... 53
4.2 比例负载敏感多路阀建模 ....... 61
4.3 转向系统准确性仿真分析 ....... 62
4.4 本章小结 ....... 64
第 5 章 电控控制策略分析与设计.....65
5.1 电控原理设计 ...... 65
5.2 主要元器件选型 ......... 65
5.3 控制策略模块设定与试验对比 ...... 74
5.4 本章小结 ....... 77
第 5 章 电控控制策略分析与设计
5.1 电控原理设计
如图 5-1 所示为牵引式框架车电控原理图，该车采用采用了 HE202 控制器作为主控制器，三个编码器检测角度变化并将其转变为电信号，并通过 CAN HIGH 和CAN LOW 两条总线传输给控制器，HE202 控制器通过做出合理的判断，向执行器发出指令信号，实现响应的动作；报警系统的设计是整车可靠性和安全性重要的组成部分[52]。HE202 控制器是由派芬在设备处在恶劣环境条件下（高温、温差变化大以及高震动等）仍能可靠的完成要求的工作的基础上研制开发的一种控制器[53]。该控制器具有高的安全性和可靠性等优点。HE202 控制器外观如图 5-2 所示。如图 5-3 所示，牵引式框架车控制相对简单，但实现控制功能的线路设计和元器件的布置较为复杂，特制作一个电控箱，HE202 控制器通过线路与相应的执行器相连接，实现协调控制功能。
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结 论
在综合研究牵引式框架运输车在冶金行业物流运输中重要作用的基础上，针对如何在满足现场工况使用要求的条件下，保证整车的可靠性、稳定性等主要性能的问题，对牵引式框架车关键部件进行研究和设计，对主要的结构进行计算和校核；系统性、合理化地设计液压升降和转向控制系统；研制出针对牵引式框架车电液控制转向的控制策略等。所做理论研究和系统仿真分析工作对冶金行业物流运输设备的研制与开发具有重要的实际应用价值和理论意义。本课题研究取得的主要创新性成果如下：
（1）框架车采用半挂牵引式方案。采用牵引车头提供动力，车架能够实现升降的框架车，目前在国内市场上还没有出现该车型，该车成本相对较低，适用性比较强，对冶金行业物流运输的发展将起到一定的推动作用。
（2）设计出牵引式框架车液压升降冗余系统，提高整车性能的安全可靠性。根据牵引车头和整车的性能参数，鞍座油路系统设置单向减压阀，保证牵引车头有足够动力；负载敏感系统和紧急下降控制系统的冗余设计；开关式多路阀配有节流阀和分流集流阀的使用，保证车架升降的同步性设计；蓄能器的油气悬挂的平顺性研究。为研究升降系统的可靠性、油气悬挂的平顺性和同步性提供重要依据。
（3）设计电液控制转向策略，利用 AMESim 软件对转向系统进行特性仿真。通过检测蝴蝶板和牵引销的转角进行差值计算并换算转化，通过控制器给液压系统控制阀发出指令信号，合理控制阀开口大小和阀芯开启时间，进而控制转向油缸的伸缩量，实现整车转向的稳定性和准确性。
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参考文献（略）