第 1 章   緒論 

1.1   課題背景及意義 
本課題來(lái)源于吉林大學(xué)與某公司的校企合作項(xiàng)目。在工程設(shè)備中，輪式起重機(jī)的地位舉足輕重，作為不可替代的重要角色，輪式起重機(jī)擁有廣闊的市場(chǎng)空間，競(jìng)爭(zhēng)激烈[1]。但由于輪式起重機(jī)類型多種多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法已經(jīng)無(wú)法滿足輪式起重機(jī)發(fā)展速度的需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各領(lǐng)域都引進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工計(jì)算，達(dá)到生產(chǎn)設(shè)計(jì)高速度、高質(zhì)量、高效益的目標(biāo)。同樣，輪式起重機(jī)也需要跟緊潮流，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)精度，縮短設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)效率[2-3]。 輪式起重機(jī)屬于移動(dòng)式起重機(jī)械，具有機(jī)動(dòng)靈活、操縱方便、效率高等特點(diǎn)，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(jī)的應(yīng)用，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工速度，降低了生產(chǎn)成本，極大地推進(jìn)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的機(jī)械化程度[4-5]。國(guó)內(nèi)輪式起重機(jī)伴隨其應(yīng)用數(shù)量的廣泛增長(zhǎng)，也迎來(lái)了新的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，由于國(guó)內(nèi)輪式起重機(jī)起步較晚，設(shè)計(jì)過(guò)程主要是學(xué)習(xí)和吸收國(guó)外技術(shù)，產(chǎn)品性能與國(guó)外水平仍有一定差距，欠缺自主創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念，在智能化、模塊化方面還需增加科研力度，以接近國(guó)際水平[6-7]。將參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法與輪式起重機(jī)的設(shè)計(jì)融為一體，無(wú)疑是提高產(chǎn)品性能的一種有效手段，為設(shè)計(jì)人員提供一種高效、準(zhǔn)確的參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)算工具，將更多的人力與時(shí)間投入到起重機(jī)的創(chuàng)新性研究中，從而逐步提高我國(guó)的輪式起重機(jī)設(shè)計(jì)水平[8-9]。目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始了針對(duì)輪式起重機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，但一般都為起重機(jī)作業(yè)機(jī)構(gòu)與零部件的設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)底盤部分的設(shè)計(jì)計(jì)算研究還比較缺乏[10-11]。隨著能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，提高輪式起重機(jī)動(dòng)力性能成為首要問(wèn)題，則對(duì)起重機(jī)底盤動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出更高的要求。近年來(lái)，輪式起重機(jī)噸位逐漸增大，車橋數(shù)目變多，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也隨之更為復(fù)雜。作為移動(dòng)式起重機(jī)，動(dòng)力性是輪式起重機(jī)的主要性能，其優(yōu)劣主要取決于底盤動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各部件間的匹配關(guān)系，包括結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇等[12-14]。設(shè)計(jì)合理的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算和編程方法，提高設(shè)計(jì)計(jì)算精度，提高傳動(dòng)效率，減少能源損耗，對(duì)于提高企業(yè)自主開(kāi)發(fā)能力和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。因此針對(duì)輪式起重機(jī)底盤動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究對(duì)于輪式起重機(jī)的發(fā)展而言是十分必要的。 
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1.2   輪式起重機(jī)的分類 
工程起重機(jī)按類型分為：輪式起重機(jī)（包括汽車起重機(jī)、全地面起重機(jī)、輪胎起重機(jī)和越野輪胎起重機(jī)）、履帶式起重機(jī)、纜索起重機(jī)、塔式起重機(jī)、建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)和桅桿式起重機(jī)等。 輪式起重機(jī)為移動(dòng)式起重機(jī)，將工作裝置安裝在流動(dòng)式底盤上，能夠無(wú)軌道自由移動(dòng)，根據(jù)不同特點(diǎn)具體分為：可將輪式起重機(jī)分為汽車起重機(jī)、全地面起重機(jī)、輪胎起重機(jī)和越野輪胎起重機(jī)四類[17]。早期由于起重量小，汽車起重機(jī)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(kāi)始采用專用汽車底盤。汽車起重機(jī)因其操作和使用方面的優(yōu)越性，應(yīng)用廣泛。輪胎起重機(jī)使用的是專用輪胎式底盤，底盤軸間距離小，行駛時(shí)靈活且可吊重。越野輪胎起重機(jī)起吊功能與輪胎起重機(jī)類似，但其采用獨(dú)特的底盤結(jié)構(gòu)形式，全輪驅(qū)動(dòng)和全輪轉(zhuǎn)向模式大大提高了起重機(jī)在惡劣工況的行駛和作業(yè)能力。全地面起重機(jī)既能像越野輪胎起重機(jī)一樣適用于惡劣工況，又能實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)和遠(yuǎn)距離行駛，非常具有發(fā)展前景。 圖 1.1 為汽車起重機(jī)、越野輪胎起重機(jī)和全地面起重機(jī)三種輪式起重機(jī)的實(shí)物圖。
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第 2 章   底盤動(dòng)力傳動(dòng)方案簡(jiǎn)介 

2.1   動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)概述 

輪式起重機(jī)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(dòng)機(jī)四個(gè)部分。圖 2.1 為輪式起重機(jī)底盤部分構(gòu)成圖。輪式起重機(jī)底盤系統(tǒng)主要包括四部分，分別為傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的組合稱為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，主要功能為減速增扭、傳遞動(dòng)力。由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)各部件傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞效率的高低將直接影響起重機(jī)的使用性能。優(yōu)化動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配計(jì)算，不僅有利于提高起重機(jī)的行駛性能，也會(huì)提高起重機(jī)的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的研究十分重要[38-40]。 輪式起重機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間的動(dòng)力傳遞裝置稱為傳動(dòng)系。傳動(dòng)系能夠保證起重機(jī)在各種路況行駛時(shí)所需的動(dòng)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(jī)能夠前進(jìn)、后退以及在特殊路面實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪作純滾動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)一般包括離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器及半軸等部分，如圖 2.2 所示。 傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際就是在動(dòng)力機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)/構(gòu)件之間形成一個(gè)傳動(dòng)聯(lián)系，傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想就是以執(zhí)行機(jī)構(gòu)/構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力需求為目標(biāo)，并結(jié)合選用的動(dòng)力機(jī)的特性，合理選擇并設(shè)計(jì)傳動(dòng)部件及其組合，使動(dòng)力機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)/構(gòu)件之間在運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力方面的匹配更加合理。

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2.2   動(dòng)力傳動(dòng)方案選擇
輪式起重機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)有兩種布置方式：?jiǎn)蝿?dòng)力系統(tǒng)和雙動(dòng)力系統(tǒng)。下面分別對(duì)兩種動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行介紹。單動(dòng)力系統(tǒng)布置方案是目前輪式起重機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較早且較為廣泛的動(dòng)力方案，起重作業(yè)和行駛共用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。采用單動(dòng)力系統(tǒng)，上下車共用發(fā)動(dòng)機(jī)，只需一套動(dòng)力裝置，減少成本投入，但由于起重機(jī)行駛時(shí)間與作業(yè)時(shí)間差異較大，單動(dòng)力系統(tǒng)的功率損耗更大，且發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與負(fù)載輸入功率不能達(dá)到合理匹配，造成燃料浪費(fèi)，降低起重機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。雙動(dòng)力系統(tǒng)是近幾年國(guó)際起重機(jī)市場(chǎng)上新推出的一種動(dòng)力布置方案，起重機(jī)作業(yè)和行駛可根據(jù)需求分別配備不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。采用雙動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以從兩方面進(jìn)行分析。首先，就燃油經(jīng)濟(jì)性而言雙動(dòng)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(jì)性和環(huán)保性能。隨著環(huán)境問(wèn)題的加劇，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油利用率備受關(guān)注，與改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)相比，采用雙動(dòng)力系統(tǒng)是提高燃油效率最簡(jiǎn)單有效的方法。另一方面，上車和下車采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)，使輪式起重機(jī)上車和下車完全分開(kāi)，設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)可以依據(jù)實(shí)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(dú)立，互不干擾。 經(jīng)分析可看出底盤雙動(dòng)力系統(tǒng)在多方面優(yōu)于單動(dòng)力系統(tǒng)，，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景，且一般輪式起重機(jī)在行駛和作業(yè)兩種狀態(tài)所需發(fā)動(dòng)機(jī)的功率差別較大，為提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性，本課題中進(jìn)行輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用雙動(dòng)力系統(tǒng)布置方案。 
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第 3 章   動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 .... 19 
3.1   發(fā)動(dòng)機(jī)選型計(jì)算..... 19 
3.2   傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算....... 22 
3.3   傳動(dòng)軸系參數(shù)計(jì)算....... 38 
3.4   底盤動(dòng)力性計(jì)算..... 42
3.5  本章小結(jié) ....... 46 
第 4 章   動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件開(kāi)發(fā) ...... 49 
4.1   軟件開(kāi)發(fā)總體方案....... 49 
4.2   軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) ......... 50 
4.3   模塊開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì) ......... 51 
4.4   軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā) ......... 59 
4.4.1   程序編碼過(guò)程 ..... 59 
4.4.2   文檔生成功能 ..... 62 
4.5   本章小結(jié) ..... 63 
第 5 章   動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件測(cè)試 ...... 65
5.1   測(cè)試方法簡(jiǎn)介 ......... 65 
5.2   測(cè)試目標(biāo) ..... 66 
5.3   測(cè)試環(huán)境與配置..... 66 
5.4   靜態(tài)測(cè)試 ..... 66 
5.5   動(dòng)態(tài)測(cè)試 ..... 67 
5.6   本章小結(jié) ..... 77 

第 5 章   動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件測(cè)試 

軟件生命周期包括：?jiǎn)栴}定義及規(guī)劃、需求分析、軟件設(shè)計(jì)、程序編碼、軟件測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)六個(gè)階段。在完成輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)后需要進(jìn)入下一階段，即軟件測(cè)試階段，通過(guò)科學(xué)的測(cè)試方法，驗(yàn)證該軟件的可靠性和準(zhǔn)確性。 軟件測(cè)試就是檢驗(yàn)?zāi)硞�(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，可以通過(guò)人工手段實(shí)現(xiàn)，或者采用自動(dòng)智能方式，測(cè)試主要用于發(fā)現(xiàn)軟件中存在的問(wèn)題，便于及時(shí)修改完善，核查軟件能否達(dá)到預(yù)定要求，便于軟件驗(yàn)收。 

5.1   測(cè)試方法簡(jiǎn)介 
本次測(cè)試為軟件的功能測(cè)試，功能測(cè)試主要針對(duì)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(jìn)行功能測(cè)試時(shí)，根據(jù)是否運(yùn)行代碼，有兩種測(cè)試手段：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試。 兩種測(cè)試方法分別用來(lái)測(cè)試軟件的不同部分，獨(dú)立而又統(tǒng)一，構(gòu)成完整的軟件測(cè)試過(guò)程。靜態(tài)測(cè)試是用來(lái)檢驗(yàn)不需要運(yùn)行的部分，包括軟件代碼、相關(guān)文檔及軟件界面，由程序開(kāi)發(fā)者進(jìn)行人工檢驗(yàn)。動(dòng)態(tài)測(cè)試是通過(guò)運(yùn)行軟件進(jìn)行測(cè)試，輸入測(cè)試參數(shù)，取得實(shí)際結(jié)果，將其與期望結(jié)果作對(duì)比，觀察是否滿足要求。動(dòng)態(tài)測(cè)試分為三個(gè)階段，首先構(gòu)造測(cè)試用例，然后執(zhí)行程序，最后分析程序的輸出結(jié)果。 動(dòng)態(tài)測(cè)試按照測(cè)試技術(shù)分類包含白盒測(cè)試和黑盒測(cè)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(guò)程。白盒測(cè)試的特點(diǎn)是關(guān)注上述過(guò)程，屬于邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試，不涉及軟件功能測(cè)試。黑盒測(cè)試屬于功能驅(qū)動(dòng)測(cè)試，主要針對(duì)軟件功能進(jìn)行測(cè)試，不考慮軟件的運(yùn)作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)本次軟件測(cè)試目的，選用黑盒測(cè)試技術(shù)來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試[66-70]。 
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總結(jié) 

輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是底盤最重要的系統(tǒng)之一，動(dòng)力傳動(dòng)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(duì)輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，確定動(dòng)力傳動(dòng)方案，總結(jié)歸納動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，開(kāi)發(fā)出一款開(kāi)放式的集設(shè)計(jì)計(jì)算與文檔生成功能于一體的計(jì)算軟件。下面對(duì)本課題的具體工作內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)： 
（1）說(shuō)明了本課題的背景和對(duì)輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究的重要性，以及輪式起重機(jī)的發(fā)展情況，闡明了分類方法和論文研究?jī)?nèi)容。輪式起重機(jī)需求量的日益增大，要求改善傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。因此，本課題中將輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與軟件技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，有效地提高了起重機(jī)設(shè)計(jì)初期的工作效率，具有實(shí)際應(yīng)用前景。 
（2）分析說(shuō)明了動(dòng)力傳動(dòng)方案的選取方法。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案包括動(dòng)力方案的選擇和傳動(dòng)方案的選擇，傳動(dòng)方案又包含傳動(dòng)方式的選取、傳動(dòng)系統(tǒng)布置形式以及驅(qū)動(dòng)橋的選取，確定動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案后繪制草圖。 
（3）總結(jié)出動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。介紹了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)橋間的各部件的功能原理、分類，及各部件間的計(jì)算關(guān)系，詳細(xì)說(shuō)明了輪式起重機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的選型計(jì)算方法、傳動(dòng)系統(tǒng)軸系布局設(shè)計(jì)計(jì)算方法及底盤動(dòng)力性的計(jì)算方法。 
（4）對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。以 VC6.0為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)總體方案、模塊設(shè)計(jì)和程序開(kāi)發(fā)過(guò)程的詳細(xì)描述，說(shuō)明了本課題的軟件開(kāi)發(fā)的具體過(guò)程。針對(duì)軟件系統(tǒng)的重要功能，即文檔生成功能，具體解釋了實(shí)現(xiàn)原理與操作方法。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：145840