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機(jī)械設(shè)計(jì)論文1

1農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)需要與自身應(yīng)用環(huán)境相匹配，工作環(huán)境以及使用對象直接影響到農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的開發(fā)方向。目前，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)還停留在常規(guī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)模式，農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)不能與當(dāng)前的工作環(huán)境相適應(yīng)，而且基于完整的理論體系的分析設(shè)計(jì)較少，大部分都是定性分析設(shè)計(jì)，必須借助其他相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用類比的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。農(nóng)機(jī)零件的受力和變形是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，它可以為農(nóng)業(yè)機(jī)器的強(qiáng)度和剛性提供合理準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)。農(nóng)機(jī)零件多為桿件和雜件，其構(gòu)造形式復(fù)雜多樣，種類繁多，機(jī)械零部件的應(yīng)力、變形、位移等問題能夠用“彈性方程”說明和求解。其本身的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度較高，使得精確求解變得十分困難，在設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)計(jì)算偏差。因此，為了得到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的近似精確值，必須尋找一種可行的求解方案，才能保證農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量[1]。實(shí)踐證明，引入一些新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，可以提升農(nóng)機(jī)的科技水平，縮短設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本[2]。目前，有限元法被廣泛應(yīng)用于工程分析中，該算法采用變分法得到最優(yōu)的結(jié)果。這種概念類似于把很多小范圍內(nèi)的一些簡單的方程式結(jié)合在一起，然后用它來估算更大范圍內(nèi)的一些復(fù)雜的方程式。該方法得出的結(jié)果不是準(zhǔn)確值，而是近似值。而有限元方法不但具有較高的精度，還具有較強(qiáng)的復(fù)雜適應(yīng)性，它可以將實(shí)際復(fù)雜問題轉(zhuǎn)變成多個(gè)簡單問題，很容易計(jì)算出近似值。因此，它可以對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行近似精確計(jì)算[3]。

2有限元法的核心思想

有限元法的核心思想是將一個(gè)連續(xù)的單位分解成若干個(gè)獨(dú)立的單位，這些單位只由一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，并承擔(dān)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷。利用所選擇的函數(shù)關(guān)系，可以得到單位節(jié)點(diǎn)處的待求數(shù)量。因?yàn)槿舾蓚€(gè)單位結(jié)構(gòu)形式比較簡潔，所以可以通過平衡或者能量形式來確定節(jié)點(diǎn)量之間的單元方程。再將各單元方程式按照變形協(xié)調(diào)的要求“組解”起來，形成整體的代數(shù)方程式，并將邊值范圍條件代入，再進(jìn)行求解。在工程領(lǐng)域，它的應(yīng)用范圍涵蓋了力、沖擊、噪聲、振動(dòng)、摩擦、耐久性、剛性和重量等方面。它采用數(shù)學(xué)近似的方法來模擬實(shí)際的物理系統(tǒng)（幾何和負(fù)載狀態(tài)），同時(shí)可以用有限的未知量，來接近一個(gè)無限的未知量。在有限元計(jì)算中，由于所采用的軟件不同以及建模過程中會發(fā)生變化因素，會帶來不同的計(jì)算結(jié)果。在設(shè)計(jì)過程中，對于有限元分析的結(jié)果要進(jìn)行謹(jǐn)慎處理，有關(guān)特定性問題，要通過模型實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)來判定結(jié)果，才能確認(rèn)有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性[4]。所以，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，要更好地運(yùn)用有限元分析軟件在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的功能，機(jī)械設(shè)計(jì)師們應(yīng)該把準(zhǔn)此方法的核心思想。

3有限元法的基本步驟

1）物體離散化。把一個(gè)工程結(jié)構(gòu)離散成不同的單元，稱為單元?jiǎng)澐?。在離散后的各單元間，采用各單元的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。通常，單元的細(xì)分值越大，變形的描述就越準(zhǔn)確，也就是與實(shí)際的變形程度相吻合，但計(jì)算量也會增加。2）對單元特性進(jìn)行分析。對于位移模式的選擇，通常采用有限元方法進(jìn)行位移計(jì)算，并對其進(jìn)行力學(xué)性能分析。通過分析各單元的材料性質(zhì)、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、尺寸、形態(tài)等因素，得出單元與節(jié)點(diǎn)之間的位移關(guān)系式，導(dǎo)出單元的剛度矩陣，并計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力。將表面力、體積力等效地傳遞給各節(jié)點(diǎn)，并以等效節(jié)點(diǎn)力代替對單元施加的作用力。3）單元組集及求解方程。通過對構(gòu)件的受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)條件分析，將其與原有的構(gòu)件進(jìn)行連接，從而構(gòu)成了剛度矩陣。當(dāng)單元組集結(jié)束后，要進(jìn)入方程求解階段：采用有限元方法求解節(jié)點(diǎn)的位移，然后求出未知數(shù)值。與其他的機(jī)械方法相比，有限元法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)是可以對復(fù)雜、非均質(zhì)的農(nóng)機(jī)工程構(gòu)造進(jìn)行分析，能夠模擬不同的材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系和荷載，能夠?qū)r(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，通過對多種方法的對比和分析，其結(jié)果可以用圖形來表示，為農(nóng)機(jī)工程方案的優(yōu)化提供了依據(jù)[5]。

4農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用有限元分析軟件的案例

以“花溪玉田9YFG-2.2/2.2A型秸稈方草捆打捆機(jī)”的有限元設(shè)計(jì)案例為例，拖拉機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程是從傳動(dòng)軸開始，經(jīng)過摩擦離合器、飛輪、齒輪箱等傳送設(shè)備將動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)到機(jī)械的各個(gè)工作部分。在實(shí)際操作過程中，當(dāng)農(nóng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，碾碎設(shè)備會將地上的稻草撿拾并扔進(jìn)喂入機(jī)構(gòu)，隨著機(jī)構(gòu)內(nèi)的螺旋輸送機(jī)將兩邊的物料送至壓捆室進(jìn)料口；進(jìn)料拔叉在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將物料運(yùn)送到壓縮室，在活塞的推動(dòng)下，物料在壓縮室中被逐步地壓實(shí)；在草捆長度到達(dá)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，鏈條和離合擋位跳出，打捆離合器快速嚙合，使打捆裝置開始工作；針頭固定架開始運(yùn)作，然后將捆繩送入打結(jié)機(jī)構(gòu)；在機(jī)械作業(yè)時(shí)，打結(jié)機(jī)構(gòu)把兩條捆繩打結(jié)；當(dāng)針頭離開時(shí)，捆繩就會被剪掉。隨著后進(jìn)入的物料的推進(jìn)，捆好的草料漸漸向壓縮室出口處移動(dòng)，然后順著放捆板掉落至地面[6-7]。筆者從模擬仿真、結(jié)構(gòu)調(diào)整以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化三方面進(jìn)行了壓縮裝置的設(shè)計(jì)與分析，確保了該方案的有效性和實(shí)用性，最大程度減少了試驗(yàn)成本，保證了方草捆打捆機(jī)使用的穩(wěn)定安全。且使用SolidWorks有限分析軟件對壓縮裝置進(jìn)行繪圖以及三維建模，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和確認(rèn)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)找到并處理其結(jié)構(gòu)的問題，進(jìn)而改善其工作特性。

4.1運(yùn)用SolidWorks有限元分析軟件

在分析壓縮裝置的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以知道壓縮活塞在機(jī)械中起著關(guān)鍵性作用。由于壓縮活塞轉(zhuǎn)速高，其慣性力和轉(zhuǎn)速波動(dòng)比較大，因此會導(dǎo)致壓縮裝置產(chǎn)生振動(dòng)。設(shè)計(jì)師通過SolidWorks有限元分析軟件可以繪制三維壓縮活塞模型，從而直觀地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題的不合理性，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在壓縮活塞裝置中，把移動(dòng)摩擦式活塞更換成滾輪式活塞，使原來的移動(dòng)摩擦力快速轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)摩擦力，從而有效地改善了該活塞的工作性能，提高了農(nóng)機(jī)的工作效率。SolidWorks技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助繪圖（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助建模、工程分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化三個(gè)方面[8]。

4.2方草捆打捆機(jī)結(jié)構(gòu)分析

1）建立樣機(jī)虛擬模型。按照有關(guān)規(guī)范和技術(shù)指標(biāo)，建立三維壓縮活塞模型。2）確定限制條件。要準(zhǔn)確科學(xué)地建立模型，必須保證定義正確，約束條件適當(dāng)，才能建立起合理的壓縮活塞約束。3）定義載荷。利用MATLAB軟件，將有關(guān)方程和力學(xué)公式引入機(jī)械結(jié)構(gòu)中，對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)的計(jì)算。利用機(jī)械滑塊的數(shù)據(jù)，清晰地展示了機(jī)械工作的過程，取得了較好的結(jié)果。通過對系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，可以使有關(guān)人員對其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理的分析，從而確定方草捆打捆機(jī)的真實(shí)載荷量。4）添加材料。依據(jù)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)師應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，并充分考慮其結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，確定材料的密度、彈性模量以及泊松比。5）構(gòu)建有限元模型。在進(jìn)行實(shí)際的數(shù)值模擬計(jì)算前，必須先將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的有限元模型，因?yàn)樗芫_概括出有關(guān)的數(shù)學(xué)觀念。在這個(gè)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)師要利用SolidWorks前處理功能，來建立壓縮活塞的有限元模型。6）運(yùn)行求解。SolidWorks軟件內(nèi)部含有模擬仿真程序，為使用者提供了多種不同的求解方法：一是CurrentLS求解，以實(shí)際的載荷設(shè)定為基礎(chǔ)，進(jìn)行對應(yīng)的計(jì)算求解；二是FromLSFiles求解，通過讀取載荷的信息數(shù)據(jù)，將其存儲到特定的文件檔案中，并將其加入對應(yīng)的模式中，從而方便了后續(xù)的計(jì)算工作；三是PartialSolu求解，這種方法以局部求解為主導(dǎo)，效率較高，針對性較強(qiáng)；四是AdaptiveMesh求解，這種方法的特點(diǎn)是對網(wǎng)格進(jìn)行精確分析和計(jì)算；五是Topologicopt求解，利用這種方法，可以確保拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在優(yōu)化設(shè)計(jì)中達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。以上求解方法可以精確地對農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得到貼合實(shí)際的計(jì)算結(jié)果。7）后處理。后處理機(jī)的功能是對最后的結(jié)果進(jìn)行查詢，在結(jié)構(gòu)文檔中常用的輸出方式有兩種：圖形和數(shù)據(jù)列表。SolidWorks的模擬仿真程序中的后處理機(jī)模型包括兩類，一類是基于時(shí)間過程的后處理模型，另一類則是通用后處理模型。通過應(yīng)力等值線，不僅能夠更加正確地描述與概括壓縮活塞三維模型中的應(yīng)力與變形狀況，還能使工作人員迅速確定其內(nèi)部的危險(xiǎn)范圍。此外，利用該圖形窗口，可以生成該模型的多條應(yīng)力等值線。最后，應(yīng)針對后處理要求，對壓縮活塞裝置的工作特性進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。在此階段，應(yīng)將壓縮力作為動(dòng)力，以達(dá)到對中間隔段應(yīng)力狀況的科學(xué)調(diào)控，防止由于壓力過大出現(xiàn)嚴(yán)重變形等問題。另外，應(yīng)強(qiáng)化中間隔斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證壓縮活塞裝置的彈性程度符合我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)零件的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。

5結(jié)語

綜上所述，筆者從農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀以及有限元法的核心思想和基本步驟分析入手，結(jié)合SolidWorks軟件的功能，對壓縮機(jī)械活塞裝置進(jìn)行了科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，從而保證了農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的高品質(zhì)和高效率。此外，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中，將尖端的技術(shù)思想與科學(xué)農(nóng)機(jī)技術(shù)相結(jié)合，通過從模擬機(jī)的各方面參數(shù)入手，對農(nóng)機(jī)的性能進(jìn)行全面的檢測，從而有效地減少農(nóng)機(jī)的研發(fā)時(shí)間，降低農(nóng)機(jī)的研制成本。

作者:言子涵 單位:南京工程學(xué)院

機(jī)械設(shè)計(jì)論文2

0引言

塔某搶險(xiǎn)救援工程機(jī)械是一種應(yīng)急救援工程機(jī)械設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場的清理、推土、牽引等功能。其作業(yè)工況惡劣，行駛狀況復(fù)雜，且換擋頻繁，要求機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)，工作效率高。該產(chǎn)品裝配一臺前6后2型手自一體AT（AutomaticTransmission）變速箱，在滿足機(jī)動(dòng)性的同時(shí)，可根據(jù)不同的行駛狀況選擇不同的行駛擋位?？紤]其設(shè)置的擋位數(shù)量，選用傳統(tǒng)直線式或王字型機(jī)械換擋手柄則機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積加大，不利于空間布置和后續(xù)車型的擴(kuò)展[1-2]。而選用ZF（采埃孚）的電子換擋手柄，則可很好解決空間布置與擋位數(shù)量及后續(xù)擴(kuò)展之間的矛盾。為更好的實(shí)現(xiàn)駕駛員的換擋意圖和駕駛體驗(yàn)，本文對基于ZF電子換擋手柄的擋位預(yù)設(shè)功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并通過實(shí)車測試進(jìn)行驗(yàn)證。

1總體設(shè)計(jì)

某搶險(xiǎn)救援工程機(jī)械擋位預(yù)設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其由TCU（TransmissionControlUnit）模塊、影響擋位設(shè)置的模式開關(guān)、制動(dòng)等整機(jī)信號模塊、ZF電子換擋手柄、車載顯示器、變速箱本體上的擋位離合器和方向離合器等組成[3]。其中，TCU模塊主要用于完成ZF電子換擋手柄及模式開關(guān)、制動(dòng)等整機(jī)信號的采集，并根據(jù)擋位預(yù)設(shè)策略計(jì)算當(dāng)前的預(yù)設(shè)擋位，實(shí)時(shí)發(fā)送擋位信號。車載顯示主要用于完成變速箱預(yù)設(shè)擋位的顯示，用于提示駕駛員。變速箱本體可根據(jù)TCU端口信號，結(jié)合對應(yīng)的擋位離合器和方向離合器，完成預(yù)設(shè)擋位的結(jié)合。ZF電子換擋手柄有F、N、R三個(gè)位置，每個(gè)位置都可左（“-”）右（“+”）扳動(dòng)，且可以自動(dòng)復(fù)位，可通過此信號完成加減擋操作。

2關(guān)鍵設(shè)計(jì)

2.1擋位預(yù)設(shè)策略整體執(zhí)行流程

該產(chǎn)品裝配的為手自一體變速箱，可通過模式開關(guān)信號設(shè)置變速箱的工作模式，為充分考慮駕駛員的駕駛意圖，需要針對手動(dòng)和自動(dòng)模式分別設(shè)計(jì)變速箱的擋位預(yù)設(shè)策略。擋位預(yù)設(shè)策略整體執(zhí)行流程圖如圖2所示。整車上電后，軟件初始化，擋位默認(rèn)進(jìn)入N擋。擋位預(yù)設(shè)策略開始執(zhí)行，先通過整機(jī)信號（模式開關(guān)信號、制動(dòng)信號、限位信號、車速、故障信號等）判斷整機(jī)的工作模式是否處于手動(dòng)模式，若滿足則直接進(jìn)入手動(dòng)模式擋位預(yù)設(shè)處理模塊；否則進(jìn)入自動(dòng)模式擋位預(yù)設(shè)處理模塊。不同整機(jī)模式下的擋位預(yù)設(shè)完成后，預(yù)設(shè)擋位發(fā)送給車載顯示器顯示，用于提示駕駛員是否與駕駛員設(shè)置相同。若此時(shí)檢測到換擋手柄仍處于N擋，則等待駕駛員下一步操作指令；否則進(jìn)入正常換擋程序，根據(jù)預(yù)設(shè)擋位結(jié)合對應(yīng)的擋位和方向離合器。

2.2手動(dòng)模式預(yù)設(shè)擋位設(shè)計(jì)

變速箱進(jìn)入手動(dòng)模式后，在N擋下駕駛員操作換擋手柄進(jìn)行加擋或減擋，可進(jìn)行預(yù)設(shè)擋位，預(yù)設(shè)的擋位為車輛的起步擋位。通過設(shè)置不同的起步擋位，可在提升車輛工作效率同時(shí)，更好的反映駕駛員的駕駛意圖[4]。手動(dòng)模式預(yù)設(shè)擋位控制流程圖如圖3所示。整車進(jìn)入手動(dòng)模式后，則可進(jìn)行手動(dòng)模式下的擋位預(yù)設(shè)操作。首先進(jìn)行換擋手柄位置的判斷，若手柄不處于N擋，則整機(jī)按照上次下電時(shí)記憶的預(yù)設(shè)擋位或上次預(yù)設(shè)擋位進(jìn)行起步換擋，并進(jìn)入正常的手動(dòng)換擋控制程序，響應(yīng)前進(jìn)或后退位置的手柄加減擋操作；否則，進(jìn)行是否檢測到手柄加減擋信號判斷。手柄處于N擋時(shí)，當(dāng)檢測到加擋信號[手柄往右扳動(dòng)（“+”）]時(shí)，預(yù)設(shè)擋位在原來起步擋位的基礎(chǔ)上加1擋，最大可增加到GearOfMmax；當(dāng)檢測到減擋信號[手柄往左扳動(dòng)（“+”）]時(shí)，預(yù)設(shè)擋位在原來起步擋位的基礎(chǔ)上減1擋，最小可減小到1擋。實(shí)時(shí)監(jiān)控手柄位置，若手柄仍處于N擋，則可繼續(xù)手動(dòng)模式下的預(yù)設(shè)擋位操作；若手柄不處于N擋，則進(jìn)入正常的手動(dòng)換擋操作，按預(yù)設(shè)擋位進(jìn)行起步換擋。

2.3自動(dòng)模式預(yù)設(shè)擋位設(shè)計(jì)

變速箱進(jìn)入自動(dòng)模式后，在N擋下駕駛員操作換擋手柄進(jìn)行加擋或減擋，也可進(jìn)行預(yù)設(shè)擋位。預(yù)設(shè)的擋位為車輛在自動(dòng)模式下最大的行駛擋位，通過設(shè)置不同的最大行駛擋位，可在提升車輛機(jī)動(dòng)性能同時(shí)，更好的保證行駛的安全性[5]。自動(dòng)模式預(yù)設(shè)擋位控制流程圖如圖4所示。整車進(jìn)入自動(dòng)模式后，則可進(jìn)行自動(dòng)模式下的擋位預(yù)設(shè)操作。首先進(jìn)行換擋手柄位置的判斷，若手柄不處于N擋，則整機(jī)按照默認(rèn)最大擋位GearOfMmax或上次預(yù)設(shè)的最大擋位進(jìn)行自動(dòng)換擋；否則，進(jìn)行是否檢測到手柄加減擋信號判斷；手柄處于N擋時(shí)，當(dāng)檢測到加擋信號[手柄往右扳動(dòng)（“+”）]時(shí)，自動(dòng)行駛的最大擋位在原來預(yù)設(shè)擋位的基礎(chǔ)上加1擋，最大可增加到GearOfMmax；當(dāng)檢測到減擋信號[手柄往左扳動(dòng)（“+”）]時(shí)，自動(dòng)行駛的最大擋位在在原來預(yù)設(shè)擋位的基礎(chǔ)上減1擋，最小可減小到1擋。實(shí)時(shí)監(jiān)控手柄位置，若手柄仍處于N擋，則可繼續(xù)自動(dòng)模式下的預(yù)設(shè)擋位操作；若手柄不處于N擋，則進(jìn)入正常的自動(dòng)換擋操作，按預(yù)設(shè)的最大行駛擋位進(jìn)行自動(dòng)換擋。在自動(dòng)行駛過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測手柄位置，若手柄未回N擋，也可響應(yīng)手柄加減擋信號。同樣當(dāng)檢測到加擋信號時(shí)，自動(dòng)行駛的最大擋位在原來預(yù)設(shè)擋位的基礎(chǔ)上加1擋，最大可增加到GearOfMmax；當(dāng)檢測到減擋信號時(shí)，自動(dòng)行駛的最大擋位在在原來預(yù)設(shè)擋位的基礎(chǔ)上減1擋，最小可減小到1擋。在自動(dòng)行駛過程中，若手柄回N擋，整機(jī)再次自動(dòng)行駛時(shí)，整機(jī)按上次預(yù)設(shè)的最大擋位進(jìn)行換擋，直到下次檢測到手柄加減擋信號才對整機(jī)最大行駛擋位進(jìn)行調(diào)整。

3實(shí)車測試驗(yàn)證

按照上述設(shè)計(jì)，對某搶險(xiǎn)救援車在手動(dòng)和自動(dòng)模式下的預(yù)設(shè)擋位系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)車測試，并借用DEWE-43型采集設(shè)備對車輛的請求擋位和方向，實(shí)際擋位與方向，輸出轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行采集，來驗(yàn)證整個(gè)擋位預(yù)設(shè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。手動(dòng)模式下，手柄處于N擋時(shí)，手柄加擋2次后手柄切換到F時(shí)的實(shí)車測試曲線如圖5所示。由圖5可知：手柄處于N擋時(shí)，當(dāng)前的擋位為0（空擋），經(jīng)過加擋操作后請求方向和擋位為2，手柄執(zhí)行F擋操作后，實(shí)際擋位和方向?yàn)?，輸出轉(zhuǎn)速有數(shù)值，車輛處于行駛狀態(tài)，符合設(shè)計(jì)要求。手動(dòng)模式下，手柄處于N擋時(shí)，手柄加擋3次后手柄切換到F時(shí)的實(shí)車測試曲線如圖6所示。由圖6可知：手柄處于N擋時(shí)，當(dāng)前的擋位為0（空擋），經(jīng)過加擋操作后請求方向和擋位為3，手柄執(zhí)行F擋操作后，實(shí)際擋位和方向?yàn)?，輸出轉(zhuǎn)速有數(shù)值，車輛處于行駛狀態(tài)，符合設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)模式下，手柄處于N擋時(shí)，調(diào)整手柄設(shè)置最大的行駛擋位為5，在行駛過程中，手柄加擋到6擋，實(shí)車的測試曲線如圖7所示：由圖7可知：手柄處于N擋時(shí)，設(shè)置自動(dòng)模式最大行駛擋位為5擋，更改油門踏板開度，車輛最大行駛擋位仍為5擋；此時(shí)操作手柄加擋，最大行駛擋位提高到6擋，更改油門踏板開度，車輛的最大行駛擋位提高到6擋，符合設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)論

本文選用ZF（采埃孚）的電子換擋手柄，在解決搶險(xiǎn)救援工程機(jī)械駕駛室空間因傳統(tǒng)直線式或王字型機(jī)械換擋手柄體積大布局不合理的同時(shí)，可滿足車輛擋位數(shù)量及后續(xù)車型擴(kuò)展的問題。針對此手柄操作方式提出了一種擋位預(yù)設(shè)的方法和系統(tǒng)，實(shí)車測試驗(yàn)證表明：此擋位預(yù)設(shè)系統(tǒng)降低了對操作手柄硬件需求，操作靈活，在變速箱的不同操作模式下，都能很好的反映駕駛員操作意圖。

作者:趙裕聰 單位:江蘇匯智高端工程機(jī)械創(chuàng)新中心有限公司

機(jī)械設(shè)計(jì)論文3

潤滑脂，通常用于機(jī)械摩擦部位，起降低機(jī)械摩擦、防止機(jī)械磨損的作用。潤滑脂的工作原理是稠化劑將油保持在需要潤滑的位置，當(dāng)有負(fù)載時(shí)，稠化劑將油釋放出來起潤滑作用。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它能保持自己的形狀黏附在金屬上不滑落，而在機(jī)械中受到運(yùn)動(dòng)部件的剪切作用時(shí)，它能流動(dòng)并進(jìn)行潤滑，降低運(yùn)動(dòng)表面間摩擦和磨損；剪切作用停止后，它又能恢復(fù)一定的稠度。進(jìn)而廣泛應(yīng)用于機(jī)械部件的潤滑[1-2]。某型機(jī)械輸送缸位于水箱和料斗之間，內(nèi)壁采用鍍鉻工藝，光滑耐磨。輸送缸有兩根，在工作時(shí)，它們內(nèi)部的活塞呈相反方向在輸送缸內(nèi)動(dòng)作。S擺閥配合活塞動(dòng)作，將混凝土從料斗中吸入輸送缸，再通過S擺閥送到輸送管，進(jìn)而送至施工作業(yè)面?；钊c輸送缸之間的潤滑方式都采用自動(dòng)潤滑，每工作一次，潤滑系統(tǒng)自動(dòng)加注潤滑脂。所用潤滑脂為鋰基潤滑脂，為透明粉色膏狀，而該設(shè)備在開展整機(jī)試驗(yàn)過程中，運(yùn)行48h內(nèi)便出現(xiàn)大量發(fā)黑潤滑脂，為找到發(fā)黑發(fā)生的原因，故設(shè)計(jì)本試驗(yàn)。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1潤滑脂使用環(huán)境分析通過試驗(yàn)現(xiàn)場走訪，對潤滑脂的使用環(huán)境進(jìn)行分析獲得如下信息：（1）潤滑脂在役僅48h，不涉及到期需更換問題；（2）用于砼活塞與輸送缸之間的潤滑；（3）工作時(shí)內(nèi)部最高溫度可達(dá)80℃。通過使用環(huán)境分析，抽提出可能導(dǎo)致潤滑脂發(fā)黑的影響因素：（1）潤滑脂內(nèi)是否進(jìn)入機(jī)械雜質(zhì)；（2）潤滑脂是否發(fā)生高溫氧化變質(zhì)；（3）是否發(fā)生零件磨損。

1.1.2試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)針對抽提出的可能導(dǎo)致變色的影響因素進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)[3-4]：（1）全新潤滑脂、發(fā)黑潤滑脂機(jī)械雜質(zhì)對比測試；（2）新潤滑脂、發(fā)黑潤滑脂紅外光譜對比分析；（3）新潤滑脂、發(fā)黑潤滑脂酸值對比分析；（4）全新潤滑脂、發(fā)黑潤滑脂內(nèi)金屬元素對比分析。

1.2試驗(yàn)設(shè)備傅立葉變換紅外光譜儀：Spectrum2型研究級，美國PE公司；全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀：SPECTROBLUE垂直觀測型，德國斯派克公司；微孔玻璃坩堝、回流冷凝管等。

2結(jié)果與討論

2.1機(jī)械雜質(zhì)試驗(yàn)

取全新潤滑脂與發(fā)黑潤滑脂按《GB/T513-1977（2004）潤滑脂機(jī)械雜質(zhì)測定法（酸分解法）》開展機(jī)械雜質(zhì)測試，測試結(jié)果見表1。全新潤滑脂無機(jī)械雜質(zhì)，發(fā)黑潤滑脂機(jī)械雜質(zhì)含量為0.138%。機(jī)械雜質(zhì)是以懸浮或沉淀狀態(tài)存在于潤滑脂中，不溶于汽油或苯及規(guī)定溶劑的可以過濾出來的物質(zhì)。機(jī)械雜質(zhì)的來源是油品在貯運(yùn)、使用過程中從外界掉入的灰塵、鐵屑、泥沙等物質(zhì)，這些物質(zhì)會增大設(shè)備的腐蝕，破壞油膜增加磨損和積炭等。因此，輕質(zhì)油品絕對不允許有機(jī)械雜質(zhì)存在。重質(zhì)油品一般限制在0.005%~0.1%之間[5-6]。本次測試采用酸分解法，測定潤滑脂中不溶于鹽酸、石油醚(汽油或苯)、乙醇-苯混合液及蒸餾水的機(jī)械雜質(zhì)的含量。所測主要對象是塵土、砂粒等硅化物類磨損性雜質(zhì)。水箱中發(fā)黑潤滑脂內(nèi)含0.138%機(jī)械雜質(zhì)，結(jié)合使用環(huán)境主要為塵土及泵送對象混凝土中砂粒等硅化物，雖然含量超過了0.1%，但根據(jù)使用工況難以避免。同時(shí)這些機(jī)械雜質(zhì)并不會直接導(dǎo)致潤滑脂發(fā)黑或變質(zhì)，只是會影響潤滑效果及使用壽命。

2.2傅里葉變換紅外光譜分析

紅外光譜可以對油液中有機(jī)物的基團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。且潤滑脂絕大部分成分及污染物都有明確的紅外特征，通過比較新、舊潤滑脂紅外吸收峰的位置與峰高，可定性及定量監(jiān)測基礎(chǔ)油與添加劑組分是否發(fā)生了變化[7]。取全新潤滑脂與發(fā)黑潤滑脂按《ASTME1252-1998（2013）e1獲取定性分析用紅外線光譜的通用技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程》開展傅里葉紅外光譜分析，掃描次數(shù)3，掃描速度0.2，分辨率2，檢測器LiTa03，分光器KBr，光源MIR。結(jié)果如圖1所示。油品在使用過程中,由于氧化作用,所產(chǎn)生的氧化物主要表現(xiàn)為含有羰基(C=O)的醛、酮、酸、脂類化合物。故紅外分析中通過監(jiān)控羰基來測量油液的氧化程度。羰基在紅外光譜上主要出現(xiàn)在1720cm-1處特征峰，由于羰基有很強(qiáng)的吸收，在譜圖中都是最強(qiáng)峰或與最強(qiáng)峰相當(dāng)[8-9]。圖1中并未出現(xiàn)該波數(shù)附近的特征峰，故發(fā)黑潤滑脂并未發(fā)生氧化變質(zhì)。酸值是評定潤滑脂質(zhì)量的主要理化指標(biāo)，酸值的變化在一定程度上反應(yīng)潤滑脂的氧化程度和腐蝕性，對判定潤滑脂能否使用有重要意義[10-11]。新油的酸值較低，在使用過程中，由于氧化而生成酸性物質(zhì)，并不斷積累，從而酸值會逐漸增加。酸值測定的方法主要有兩種，分別為指示劑法和電位滴定法[12-13]。本文按照《SH/T0329-1992（2004）潤滑脂游離堿和游離有機(jī)酸測定法》開展試驗(yàn)，分別取全新潤滑脂和發(fā)黑潤滑脂適量，測試兩種的酸值，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

2.4金屬多元素測試

主要的潤滑油發(fā)射光譜分析方法有等離子體原子發(fā)射光譜法(ICPAES)和轉(zhuǎn)盤電極原子發(fā)射光譜法(RDEAES)兩種[14]。通過發(fā)射光譜分析技術(shù)能夠得到Fe、Al、Ca、Ba、Zn、Mg、P、Cu、Na、K、Mg等20多種元素濃度數(shù)據(jù)。這些元素的主要來源有磨損金屬、添加劑和污染三個(gè)方面[15]。取全新潤滑脂與發(fā)黑潤滑脂開展金屬多元素分析（ICP法），試驗(yàn)方法依據(jù)《IP501用灰化法溶解法和感應(yīng)耦合等離子發(fā)射光譜法測定殘?jiān)加椭袖X硅釩鎳鐵鈉鈣鋅磷》，試驗(yàn)結(jié)果見表3。從元素檢測結(jié)果來看，使用后鐵含量大幅增加，判斷使用過程中發(fā)生了金屬表面的磨損。鋅含量和磷含量大幅減少，潤滑脂中添加劑發(fā)生損耗。潤滑脂中鐵元素的增加會導(dǎo)致潤滑脂顏色變黑。由于該脂在役時(shí)間僅為48h，無法確定鐵元素增加是由于最初跑合導(dǎo)致的，還是后期的磨損導(dǎo)致的。如果為初期跑合原因，后期不再增加，脂的顏色變深，屬于正常情況，不影響使用。如果繼續(xù)定期檢測鐵元素，發(fā)現(xiàn)它是增加的，說明是機(jī)械磨損導(dǎo)致。如果是后者，可能是潤滑脂的極壓抗磨性能不足或添加劑損耗所致，則需要選擇性能更優(yōu)的潤滑脂。

3結(jié)論

（1）經(jīng)金屬多元素分析試驗(yàn)，某型機(jī)械輸送缸潤滑脂發(fā)黑主要原因?yàn)殍F元素增加，判斷使用過程中發(fā)生了金屬表面的磨損。由于潤滑脂在役時(shí)間僅48h，建議繼續(xù)定期檢測鐵元素，以明確是初期跑合原因還是后期磨損導(dǎo)致。若為初期跑合原因，后期不再增加，則不影響使用；若為后期磨損，則可能是潤滑脂極壓抗磨性能不足或添加劑損耗所致，則需要選擇性能更優(yōu)的潤滑脂。（2）紅外光譜測試結(jié)果顯示，譜圖未出現(xiàn)羰基特征峰，說明發(fā)黑潤滑脂并未發(fā)生氧化變質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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作者:何婷 方偉 單位:湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院