1. 研究目的与意义
背景：电动牵引车是应用较广泛的小型工业车辆，旨在满足各类物流运输配送系统需要，可显著提高生产作业效率.该车是以蓄电池为动力源，与内燃牵引车相比，具有零排放、无污染、低噪音，使用安全等特点，因此绿色环保的系列电动牵引车越来越广泛应用于邮政运输、铁路运输、工厂零部件转运、汽车生产装配线零部件转运、食品行业的物品转运等物流系统。根据车的用途，可分类为坐驾式电动牵引车,站驾式电动牵引车,迷你型牵引车,电动双驱动牵引车，手扶式电动牵引车,电动物料牵引车,全电动堆高车,平衡式电动堆高车,牵引式电动堆高车等很多类型。电动牵引车有很多厂家可以生产，在浙江，江苏，上海，北京，等各个地方都可以生产。
意义：随着物流业的发展和环保要求的提高，电动牵引车的市场需求量越来越大。凡对环保高度重视的国家，电动车就大有用武之地。在我国大约80%的牵引车还是用燃油作动力，但随着环境治理的力度加大，有关部门正考虑用电动牵引车代替内燃牵引车。
因此，对电动牵引车的研究设计十分必要，在巩固已学专业知识的同时也可以培养团队合作及独立工作的能力。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题：
（1）分析给定的技术参数及工作条件，进行调查研究、收集资料。
（2）确定各组成部分的构造型式、主要尺寸及做布置位置草图。
3. 国内外研究现状（文献综述）
1.牵引车的用途及发展现状
（1）电动牵引车的用途
电动牵引车是应用较广泛的小型工业车辆。它牵引多个挂车形成列车行进，常在车站站台、邮政货场、码头货场、物流企业的仓库等场地进行货物转运。由于工作环境常于室内与室外交叉，或人群流动较大的站台工作，要求环保、安全、速度变化范围大，且要求机动灵活、适应性强，使其应用的领域更广泛。
(2)国内外电动牵引车的发展趋势
电动牵引车具有能量转换效率高、噪音小、无废气排放、控制方便等优点。满足各类物流运输配送系统需要，可显著提高生产作业效率。随着物流业的发展和环保要求的提高，电动牵引车的市场需求量越来越大。凡对环保高度重视的国家，电动车就大有用武之地。在我国大约80%的牵引车还是用燃油作动力，但随着环境治理的力度加大，有关部门正考虑用电动牵引车代替内燃牵引车。
图 2 四支点电动牵引车 |
图 1 25吨电动牵引车 |
2.电动牵引车的组成与结构
电动牵引车可以分为三支点电动牵引车（图3）和四支点电动牵引车（图2），且三支点的牵引车比四支点的牵引车拐弯半径要小，比较适合用于窄通道的物流仓库。本课题中只设计四支点的牵引车。
图 3 三支点电动牵引车 |
（1）车架
牵引车车架与普通家用汽车车架类似，是跨接在牵引车前后车桥上的框架式结构，俗称大梁。一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。车架必须具有足够的强度和刚度以承受牵引车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接牵引车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受牵引车内的各种载荷。
图 4 牵引车转向系统 |
转向系是用来保持或者改变行驶方向的机构，在转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。采用动力转向的牵引车，还装有动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。
对转向系提出的要求有：
a.转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。
b.保证牵引车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。
c.转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。
d.操纵轻便。
e.转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。
（3）制动系统
制动系的功用是使牵引车以适当的减速度降速行驶直至停车在下坡行驶时，使牵引车保持适当的稳定车速使牵引车可靠地停在原地或坡道上，制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。除此之外，有些牵引车还设有应急制动、辅助制动和自动制动装置。应急制动装置利用机械力源(如强力压缩弹簧)进行制动。在某些采用动力制动或伺服制动的牵引车上，一旦发生蓄压装置压力过低等故障时，可用应急制动装置实现牵引车制动。同时，在人力控制下它还能兼作驻车制动，辅助制动装置可实现牵引车下长坡时，持续地减速或保持稳定的车速，并减轻或解除行车制动装置的负荷。任何一套制动装置都由制动器和制动驱动机构两部分组成。
（4）电子控制系统
汽车电子控制系统在硬件结构上一般由3部分组成：传感器、电子控制单元（ECU）和执行机构。汽车在运行时，各传感器不断检测汽车运行的工况信息，并将这些信息实时地通过输入接口传送给ECU。ECU接收到这些信息时，根据内部预先编写好的控制程序，进行相应的决策和处理，并通过其输出接口输出控制信号给相应的执行器，执行器接受到控制信号后，执行相应的动作，实现某种预定的功能。
电子控制单元（electronic control unit） 控制系统的核心，是一个微型计算机，内有集成电路及其他精密的电子元件。EUC一般由输入接口电路、微处理器和输出接口电路组成。输入接口电路主要是完成外部传感器与微处理器之间的信息传递。汽车上用的微处理器主要是8位单片机或16位单片机，现在一些轿车上开始使用32位单片机。单片机是指将CPU、RAM/ROM、I/O接口、定时/计数器等元件集成在一块芯片上所形成的芯片级计算机。单片机具有小型化、功能强、可靠性高、价格低、性能价格比高和功耗低等一系列优点，因而在汽车的实时控制中得到了广泛的应用。输出接口电路将ECU与执行元件联系起来。它将ECU作出的决策指令转变为控制信号来驱动执行元件进行工作，它起着控制信号的生成与放大等功能。常见的输出执行元件通常是一些继电器、电磁线圈或显示器等
传感器（sensor） 汽车传感器布置在汽车的不同位置，主要作用是向汽车控制系统提供汽车运行的各种工况信息，如发动机转速、节气门开度、冷却液温度等。为完成不同的功能，汽车上设置有不同功能的传感器，即使相同功能的传感器在不同车上也有不同的结构形式。传感器向汽车电子控制单元提供的电信号主要有两种：模拟信号和数字信号。
执行机构（actuator） 根据电子控制单元输出的电信号执行相应动作的装置。如燃如燃油喷射控制中的喷油器和电动油泵、点火控制中的点火线圈、怠速控制中的步进电机、自动变速器控制中控制换档的电磁阀、空调控制中的压缩机等都是执行机构。执行机构在结构上或机构上应与机械系统的零件融为一体并协调发挥机能。它必须能承受汽车工作过程中遇到的各种恶劣的工作条件，且要长期发挥机能。
（5）驱动系统
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。
选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。
图 5 常见的直流电机结构 |
图 6 电动机转子 |
3.电动牵引车的总体与车架设计
总体设计：
（1）驱动形式
汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求是影响驱动形式的主要因素。驱动方案可以采用42，结构简单、制造成本低。
（2）布置形式
汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点而言。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外，其布置形式对使用性能也有重要影响。乘用车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动(FF)、发动机前置后轮驱动(FR)、发动机后置后轮驱动(RR)三种，少数乘用车采用发动机前置全轮驱动。在本车中拟采用发动机后置后轮驱动。
对于发动机后置后轮驱动车辆，除了动力总成（包括电机、离合器、变速器和主减速器)布置成一体而使结构紧凑以外，还有下述优点因为发动机后置，汽车前部高度有条件降低，改善了驾驶员视野同时排气管不必从前部向后延伸，可以省掉传动轴。
（3）轮胎的选择
轮胎及车轮用来支撑汽车，承受汽车重力，在车桥(轴)与地面之间传力，驾驶人员经操纵转向轮可实现对汽车运动方向的控制。轮胎及车轮对汽车的许多重要性能，包括动力性、经济性、通过性、操纵稳定性、制动性及行驶安全性和汽车的承载能力都有影响。因此，选择轮胎是很重要的工作。
轮胎及车轮部件应满足下述基本要求足够的负荷能力和速度能力较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均匀性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；质量小、价格低、拆装方便、互换性好。
图 7 轮胎形式 |
图 9 牵引车布局 |
图 8 轮胎断面形式 |
车架的设计：
车架选择板式车架，如图 10所示。通常用低合金钢板冲压而成，一般为16Mn。。其断面形状有槽形断面、箱形断面、Z字形断面和工字形断面等几种。根据要求选择工字形断面。根据要求选择工字形断面。
图 10 车架 |
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[9] 成大先等.《机械设计手册》第一卷［M］．5版. 北京: 化学工业出版社2004.4. 研究方案
1.总体方案
本次设计的是电动牵引车，图 11所示。经过调查研究，最终确定本次的设计数据如表 1所示。
表 1 设计要求
额定牵引力（N） | 1500 |
牵引质量包括挂车(kg) | 6000 |
5min最大牵引力（N） | 2600 |
行驶速度(空载/满载) (km/h) | 9/4.5 |
爬坡度(空载/满载)（%） | 21/3 |
最小转弯半径(mm) | 2340 |
蓄电池电压 （V） | 24或48 |
图 11 牵引车布局 |
总体设计基本步骤如下
（1）分析给定的技术参数和工作条件，进行调查研究，搜集资料，分析判断设计的可行
性。
（2）确定整机型式，如机械类型、动力装置类型等。
（3）确定各构件的构造型式，初步确定主要尺寸及布置位置。
（4）确定轴距、轮距及前后车轮的支承方式。
（5）选定车轮驱动方式或前轮集中驱动，或前轮分别驱动，或后轮驱动。
（6）确定传动系统的构造型式及布置位置，确定动力装置的布置位置。
（7）确定制动器型式及布置位置，确定制动操纵装置的型式。
（8）确定转向器型式及转向器至转向轮的传动方式。
(10)选定车架型式，如构件（包括对重、蓄电池组等）和车架的联结方式等。
（11）进行牵引计算、稳定性计算、确定轴压并选择合适的轮胎。
综合考虑，我们这次设计的驱动方式采用42驱动，结构简单、制造成本低。电机采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，且不需要设置变速箱，有成本低、技术成熟等优点。轮胎采用普通断面的充气轮胎。本次报告只该出大致尺寸，如图 11所示。
2.车架的设计方案
图 12 板式车架 |
5. 工作计划
毕业设计前一学期末 完成英文翻译。
第1周 提交英文翻译；收集、查阅文献资料，完成开题报告初稿。
第2周 ①整理写出设计过程（步骤），写出必要的计算项目，修改、完善开题报告。
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