叉车电动助力转向机构及其试验装置的设计与研究

摘要

叉车属于工程机械，使用范围非常广泛。目前国内叉车的转向系统主要以液压及机械式为主。随着电子技术的发展，出现了一种新型的转向系统，即电动助力转向系统(Electric Power Assisted Steering，EPAS)。EPAS系统相比于液压式的转向系统有着节能环保、省力、结构紧凑、效率高、易保养、自动回正、质量轻、可移植性高等优点，应用到叉车领域是一种必然趋势。因此，开展对叉车EPAS系统的研究具有较高的理论价值与实际意义。
　　本文首先介绍了电动助力转向系统的主要组成和工作原理，针对目前EPAS系统的相似性提出了一种转矩信号获取装置并设计了三种方案，即弹簧片式、长弹簧式、短弹簧式，最终确定了短弹簧式的转矩信号获取装置。然后以诺力机械有限公司的PS15型三支点叉车EPAS系统为载体，基于所设计的转矩信号获取装置，提出适合三支点立式电动叉车的新型EPAS系统。
　　其次，建立了该EPAS系统的数学模型，并在ANSYS中对其关键构件进行了静力学有限元分析，验证了结构的可靠性。在ADAMS中进行了动力学仿真分析，为系统的控制提供了一定理论研究基础。
　　最后，搭建了EPAS系统试验台，完成相关试验，根据试验数据验证了所设计的EPAS系统及转矩信号获取装置能够很好地完成转向性能的要求。通过论文研究表明:1)新型EPAS系统结构稳定可靠，该系统能够保证叉车的转向性能;2）转矩信号获取装置能够保证机械转向的稳定性;3）本试验台可以很好的完成对类似EPAS系统的测试。

目录

声明

摘要

1．1 研究的背景和意义

1．2 叉车转向系统概述

1．2．1 转向系统的类型

1．2．2 EPAS系统的优点

1．3 国内外研究现状和发展趋势

1．3．1 电动助力转向系统的国内外研究现状

1．3．2 电动助力转向系统的发展趋势

1．4 论文主要研究内容

1．5 本章小结

2．1 序言

2．2 叉车EPAS系统的基本组成和工作原理

2．3 传统EPAS系统的分类

2．4 目标车型的EPAS系统的介绍

2．5 EPAS系统转矩信号获取装置结构设计

2．6 新型EPAS系统的方案确定

2．7 转向阻力矩的计算及影响因素分析

2．8 EPAS系统其他主要部分的设计与选择

2．8．1 减速装置和助力电机的选取与设计

2．8．2 车速传感器的选择

2．8．3 电磁离合器的选择

2．9 本章小结

3．1 序言

3．2 ANSYS workbench简介

3．3 EPAS系统关键构件的有限元分析

3．3．1 转矩信号获取装置内轴的有限元分析

3．3．2 转矩信号获取装置主压板的有限元分析

3．3．3 转矩信号获取装置的外轴套的有限元分析

3．4 EPAS系统动力学模型的建立

3．5 电动叉车EPAS系统三维模型的建立

3．6 电动叉车EPAS系统的虚拟样机的建立

3．6．1 ADAMS的基本简介

3．6．2 EPAS模型的建立

3．6．3 EPAS模型分析

3．6．4 仿真结果分析

3．7 本章小结

第4章 基于新型EPAS系统的试验台架的设计

4．1 试验测试的目的

4．2 试验装置的整体设计及方案的选取

4．3 其他组成部分的选取与设计

4．3．1 阻尼装置的选择

4．3．2 转轴连接装置的选择

4．3．3 扭矩传感器的选择

4．3．4 固定轴承组件的选择与设计

4．4 基于ANSYS的试验台关键构件的有限元分析

4．5 本章小结

第5章 EPAS系统试验测试与结果分析

5．1 试验平台系统的搭建

5．2 试验结果分析

5．2．1 转矩信号获取装置转向稳定性试验

5．2．2 EPAS系统方向盘操纵力试验

5．2．3 EPAS系统转向跟随性试验

5．2．4 助力特性试验

5．2．5 助力电机减速器传动比试验

5．3 本章小结

6．1 全文总结

6．2 创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果