第 1 章   緒論 

1.1   課題背景及意義 
本課題來源于吉林大學(xué)與某公司的校企合作項目。在工程設(shè)備中，輪式起重機的地位舉足輕重，作為不可替代的重要角色，輪式起重機擁有廣闊的市場空間，競爭激烈[1]。但由于輪式起重機類型多種多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計過程繁瑣，傳統(tǒng)設(shè)計計算方法已經(jīng)無法滿足輪式起重機發(fā)展速度的需求。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，各領(lǐng)域都引進計算機輔助技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工計算，達到生產(chǎn)設(shè)計高速度、高質(zhì)量、高效益的目標。同樣，輪式起重機也需要跟緊潮流，結(jié)合計算機技術(shù)，實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，提高設(shè)計精度，縮短設(shè)計周期，提高生產(chǎn)效率[2-3]。 輪式起重機屬于移動式起重機械，具有機動靈活、操縱方便、效率高等特點，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)等部門的安裝工作中。輪式起重機的應(yīng)用，減輕了勞動強度，加快了施工速度，降低了生產(chǎn)成本，極大地推進了經(jīng)濟建設(shè)的機械化程度[4-5]。國內(nèi)輪式起重機伴隨其應(yīng)用數(shù)量的廣泛增長，也迎來了新的問題與挑戰(zhàn)，由于國內(nèi)輪式起重機起步較晚，設(shè)計過程主要是學(xué)習(xí)和吸收國外技術(shù)，產(chǎn)品性能與國外水平仍有一定差距，欠缺自主創(chuàng)新的設(shè)計理念，在智能化、模塊化方面還需增加科研力度，以接近國際水平[6-7]。將參數(shù)化設(shè)計計算方法與輪式起重機的設(shè)計融為一體，無疑是提高產(chǎn)品性能的一種有效手段，為設(shè)計人員提供一種高效、準確的參數(shù)化設(shè)計計算工具，將更多的人力與時間投入到起重機的創(chuàng)新性研究中，從而逐步提高我國的輪式起重機設(shè)計水平[8-9]。目前國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)開始了針對輪式起重機參數(shù)化設(shè)計平臺的開發(fā)，但一般都為起重機作業(yè)機構(gòu)與零部件的設(shè)計與仿真，對底盤部分的設(shè)計計算研究還比較缺乏[10-11]。隨著能源問題的日益嚴峻，提高輪式起重機動力性能成為首要問題，則對起重機底盤動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提出更高的要求。近年來，輪式起重機噸位逐漸增大，車橋數(shù)目變多，動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也隨之更為復(fù)雜。作為移動式起重機，動力性是輪式起重機的主要性能，其優(yōu)劣主要取決于底盤動力傳動系統(tǒng)各部件間的匹配關(guān)系，包括結(jié)構(gòu)布局設(shè)計和參數(shù)選擇等[12-14]。設(shè)計合理的動力傳動系統(tǒng)，使發(fā)動機能夠常工作在其理想工作區(qū)附近，提高能量傳遞效率和整車性能[15-16]。將輪式起重機動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算與計算機相結(jié)合，采用參數(shù)化設(shè)計計算方法，運用先進的計算和編程方法，提高設(shè)計計算精度，提高傳動效率，減少能源損耗，對于提高企業(yè)自主開發(fā)能力和產(chǎn)品的市場競爭力具有重要意義。因此針對輪式起重機底盤動力傳動系統(tǒng)進行研究對于輪式起重機的發(fā)展而言是十分必要的。 
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1.2   輪式起重機的分類 
工程起重機按類型分為：輪式起重機（包括汽車起重機、全地面起重機、輪胎起重機和越野輪胎起重機）、履帶式起重機、纜索起重機、塔式起重機、建筑卷揚機和桅桿式起重機等。 輪式起重機為移動式起重機，將工作裝置安裝在流動式底盤上，能夠無軌道自由移動，根據(jù)不同特點具體分為：可將輪式起重機分為汽車起重機、全地面起重機、輪胎起重機和越野輪胎起重機四類[17]。早期由于起重量小，汽車起重機使用通用汽車底盤即可，起重量增加后，這種底盤的各種特性都不再能滿足起重要求，開始采用專用汽車底盤。汽車起重機因其操作和使用方面的優(yōu)越性，應(yīng)用廣泛。輪胎起重機使用的是專用輪胎式底盤，底盤軸間距離小，行駛時靈活且可吊重。越野輪胎起重機起吊功能與輪胎起重機類似，但其采用獨特的底盤結(jié)構(gòu)形式，全輪驅(qū)動和全輪轉(zhuǎn)向模式大大提高了起重機在惡劣工況的行駛和作業(yè)能力。全地面起重機既能像越野輪胎起重機一樣適用于惡劣工況，又能實現(xiàn)快速移動和遠距離行駛，非常具有發(fā)展前景。 圖 1.1 為汽車起重機、越野輪胎起重機和全地面起重機三種輪式起重機的實物圖。
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第 2 章   底盤動力傳動方案簡介 

2.1   動力傳動系統(tǒng)概述 

輪式起重機底盤屬于二類特種底盤，包括駕駛室、電器設(shè)備、底盤和發(fā)動機四個部分。圖 2.1 為輪式起重機底盤部分構(gòu)成圖。輪式起重機底盤系統(tǒng)主要包括四部分，分別為傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)。發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的組合稱為動力傳動系統(tǒng)，主要功能為減速增扭、傳遞動力。由發(fā)動機提供動力，經(jīng)傳動系統(tǒng)各部件傳遞給驅(qū)動輪，動力傳動系統(tǒng)傳遞效率的高低將直接影響起重機的使用性能。優(yōu)化動力傳動系統(tǒng)的匹配計算，不僅有利于提高起重機的行駛性能，也會提高起重機的動力性與燃油經(jīng)濟性，因此對動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算的研究十分重要[38-40]。 輪式起重機發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的動力傳遞裝置稱為傳動系。傳動系能夠保證起重機在各種路況行駛時所需的動力，并能夠平穩(wěn)地結(jié)合與分離，協(xié)調(diào)牽引力與車速關(guān)系，保證起重機能夠前進、后退以及在特殊路面實現(xiàn)驅(qū)動輪作純滾動。傳動系統(tǒng)一般包括離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器及半軸等部分，如圖 2.2 所示。 傳動系統(tǒng)實際就是在動力機和執(zhí)行機構(gòu)/構(gòu)件之間形成一個傳動聯(lián)系，傳遞運動與動力。傳動系統(tǒng)的設(shè)計思想就是以執(zhí)行機構(gòu)/構(gòu)件的運動和動力需求為目標，并結(jié)合選用的動力機的特性，合理選擇并設(shè)計傳動部件及其組合，使動力機與執(zhí)行機構(gòu)/構(gòu)件之間在運動和動力方面的匹配更加合理。

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2.2   動力傳動方案選擇
輪式起重機的動力系統(tǒng)有兩種布置方式：單動力系統(tǒng)和雙動力系統(tǒng)。下面分別對兩種動力系統(tǒng)進行介紹。單動力系統(tǒng)布置方案是目前輪式起重機設(shè)計中應(yīng)用較早且較為廣泛的動力方案，起重作業(yè)和行駛共用一臺發(fā)動機。采用單動力系統(tǒng)，上下車共用發(fā)動機，只需一套動力裝置，減少成本投入，但由于起重機行駛時間與作業(yè)時間差異較大，單動力系統(tǒng)的功率損耗更大，且發(fā)動機輸出功率與負載輸入功率不能達到合理匹配，造成燃料浪費，降低起重機的燃油經(jīng)濟性。雙動力系統(tǒng)是近幾年國際起重機市場上新推出的一種動力布置方案，起重機作業(yè)和行駛可根據(jù)需求分別配備不同的發(fā)動機。采用雙動力系統(tǒng)的優(yōu)點可以從兩方面進行分析。首先，就燃油經(jīng)濟性而言雙動力系統(tǒng)根據(jù)上下車不同功率需求合理匹配輸入輸出，具有更高的燃油經(jīng)濟性和環(huán)保性能。隨著環(huán)境問題的加劇，發(fā)動機的燃油利用率備受關(guān)注，與改進發(fā)動機技術(shù)相比，采用雙動力系統(tǒng)是提高燃油效率最簡單有效的方法。另一方面，上車和下車采用不同的發(fā)動機，使輪式起重機上車和下車完全分開，設(shè)計起重機時可以依據(jù)實際需求使用不同底盤，起重作業(yè)與行駛功能系統(tǒng)相互獨立，互不干擾。 經(jīng)分析可看出底盤雙動力系統(tǒng)在多方面優(yōu)于單動力系統(tǒng)，，具有長遠的發(fā)展前景，且一般輪式起重機在行駛和作業(yè)兩種狀態(tài)所需發(fā)動機的功率差別較大，為提高整車的燃油經(jīng)濟性和環(huán)境友好性，本課題中進行輪式起重機動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算時采用雙動力系統(tǒng)布置方案。 
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第 3 章   動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 .... 19 
3.1   發(fā)動機選型計算..... 19 
3.2   傳動系統(tǒng)設(shè)計計算....... 22 
3.3   傳動軸系參數(shù)計算....... 38 
3.4   底盤動力性計算..... 42
3.5  本章小結(jié) ....... 46 
第 4 章   動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算軟件開發(fā) ...... 49 
4.1   軟件開發(fā)總體方案....... 49 
4.2   軟件開發(fā)平臺 ......... 50 
4.3   模塊開發(fā)設(shè)計 ......... 51 
4.4   軟件系統(tǒng)開發(fā) ......... 59 
4.4.1   程序編碼過程 ..... 59 
4.4.2   文檔生成功能 ..... 62 
4.5   本章小結(jié) ..... 63 
第 5 章   動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算軟件測試 ...... 65
5.1   測試方法簡介 ......... 65 
5.2   測試目標 ..... 66 
5.3   測試環(huán)境與配置..... 66 
5.4   靜態(tài)測試 ..... 66 
5.5   動態(tài)測試 ..... 67 
5.6   本章小結(jié) ..... 77 

第 5 章   動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算軟件測試 

軟件生命周期包括：問題定義及規(guī)劃、需求分析、軟件設(shè)計、程序編碼、軟件測試和運行維護六個階段。在完成輪式起重機動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算軟件的開發(fā)后需要進入下一階段，即軟件測試階段，通過科學(xué)的測試方法，驗證該軟件的可靠性和準確性。 軟件測試就是檢驗?zāi)硞�系統(tǒng)的過程，可以通過人工手段實現(xiàn)，或者采用自動智能方式，測試主要用于發(fā)現(xiàn)軟件中存在的問題，便于及時修改完善，核查軟件能否達到預(yù)定要求，便于軟件驗收。 

5.1   測試方法簡介 
本次測試為軟件的功能測試，功能測試主要針對軟件需求中與功能相關(guān)的部分，判斷軟件是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，保證軟件質(zhì)量。在進行功能測試時，根據(jù)是否運行代碼，有兩種測試手段：靜態(tài)和動態(tài)測試。 兩種測試方法分別用來測試軟件的不同部分，獨立而又統(tǒng)一，構(gòu)成完整的軟件測試過程。靜態(tài)測試是用來檢驗不需要運行的部分，包括軟件代碼、相關(guān)文檔及軟件界面，由程序開發(fā)者進行人工檢驗。動態(tài)測試是通過運行軟件進行測試，輸入測試參數(shù)，取得實際結(jié)果，將其與期望結(jié)果作對比，觀察是否滿足要求。動態(tài)測試分為三個階段，首先構(gòu)造測試用例，然后執(zhí)行程序，最后分析程序的輸出結(jié)果。 動態(tài)測試按照測試技術(shù)分類包含白盒測試和黑盒測試兩種，兩者區(qū)別主要在于是否關(guān)注軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和處理過程。白盒測試的特點是關(guān)注上述過程，屬于邏輯驅(qū)動測試，不涉及軟件功能測試。黑盒測試屬于功能驅(qū)動測試，主要針對軟件功能進行測試，不考慮軟件的運作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)本次軟件測試目的，選用黑盒測試技術(shù)來進行動態(tài)測試[66-70]。 
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總結(jié) 

輪式起重機動力傳動系統(tǒng)是底盤最重要的系統(tǒng)之一，動力傳動系統(tǒng)各部件匹配程度的優(yōu)劣直接影響整車性能，因此非常具有研究意義。本文主要針對輪式起重機動力傳動系統(tǒng)進行了分析研究，確定動力傳動方案，總結(jié)歸納動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算方法，開發(fā)出一款開放式的集設(shè)計計算與文檔生成功能于一體的計算軟件。下面對本課題的具體工作內(nèi)容進行總結(jié)： 
（1）說明了本課題的背景和對輪式起重機動力傳動系統(tǒng)進行研究的重要性，以及輪式起重機的發(fā)展情況，闡明了分類方法和論文研究內(nèi)容。輪式起重機需求量的日益增大，要求改善傳統(tǒng)設(shè)計計算方法。因此，本課題中將輪式起重機動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算與軟件技術(shù)相結(jié)合進行參數(shù)化設(shè)計，有效地提高了起重機設(shè)計初期的工作效率，具有實際應(yīng)用前景。 
（2）分析說明了動力傳動方案的選取方法。動力傳動系統(tǒng)布置方案包括動力方案的選擇和傳動方案的選擇，傳動方案又包含傳動方式的選取、傳動系統(tǒng)布置形式以及驅(qū)動橋的選取，確定動力傳動系統(tǒng)布置方案后繪制草圖。 
（3）總結(jié)出動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算方法。介紹了動力傳動系統(tǒng)由發(fā)動機到驅(qū)動橋間的各部件的功能原理、分類，及各部件間的計算關(guān)系，詳細說明了輪式起重機動力傳動系統(tǒng)各部件的選型計算方法、傳動系統(tǒng)軸系布局設(shè)計計算方法及底盤動力性的計算方法。 
（4）對動力傳動系統(tǒng)設(shè)計計算軟件的開發(fā)過程進行了詳細介紹。以 VC6.0為軟件開發(fā)平臺，通過對總體方案、模塊設(shè)計和程序開發(fā)過程的詳細描述，說明了本課題的軟件開發(fā)的具體過程。針對軟件系統(tǒng)的重要功能，即文檔生成功能，具體解釋了實現(xiàn)原理與操作方法。 
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參考文獻(略)

本文編號：145840