摘 要

人类科学发展的同时也给自然界带来了污染，其中核辐射污染是危害大、受重视的污染之一。核辐射危害人体时不能被轻易感知，因此，对核辐射的防护与安全检测十分重要。核辐射检测车辆用来检测驶离核污染区的车辆及行人是否受到核污染防止核污染的扩散。

本文以某款核辐射检测车为研究对象，设计核检测车的车辆检测通道。核检测车以奔驰某型号货车进行改装，根据车辆尺寸建立了该车的三维模型，设计了一种能够安装在车体上的核辐射检测通道。

论文对该检测通道的机构构型进行了运动设计，运用Creo对该机构构型进行设计建模，根据对该机构的受力分析和计算结果，为该机构的驱动型式及驱动元件（液压系统）选型，然后利用Creo 4.0软件对已完成的建模元件，即顶梁及下板等部分进行结构有限元分析，结合分析结果对机构元件尺寸和形状进行调整。将调整后的结构重新进行有限元分析、结果表明所设计的车辆通道检测机构方案可行。

关键词：核检测车；机构设计；仿真分析；结构优化

Abstract

The development of human science has also brought pollution to the nature, among which nuclear radiation pollution is one of the most harmful and important pollution. When nuclear radiation harms human body, it cannot be easily perceived, therefore, the protection and safety inspection of nuclear radiation is very important. Nuclear radiation detection vehicles are used to detect whether vehicles and pedestrians are exposed to nuclear pollution and prevent the spread of nuclear pollution.

In this paper, the vehicle detection channel of a nuclear radiation detector vehicle is designed. The nuclear inspection vehicle was modified by a certain type of truck of Benz, and a 3d model of the vehicle was built according to the vehicle size. A nuclear radiation detection channel which can be installed on the vehicle body was designed.

Paper for detecting the channel configuration for kinematic design, configuration design of the mechanism using Creo modeling, according to the result of stress analysis and calculation of this mechanism, as its driving type and driving element (hydraulic system) selection, then using Creo 4.0 software for modeling elements has been completed, the top beam and the lower part of the structure finite element analysis, combined with the results of the analysis of mechanism components to adjust the size and shape. The finite element analysis of the adjusted structure shows that the designed scheme of vehicle channel detection mechanism is feasible.

Key words: nuclear inspection vehicle; Mechanism design; Simulation analysis; Structure optimization

目录

第 1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2国内外发展状况 1

1.3本文主要研究内容 2

第 2章 车辆检测机构方案设计 4

2.1设计要求以及相关设计参数 4

2.1.1设计要求 4

2.1.2设计参数 5

2.2机构与方案设计 5

2.3 建模 6

2.3.1 上梁 6

2.3.2 环柱 7

2.3.3 检测通道部分设计 8

2.4 车辆通道检测机构的整体装配 10

2.5 本章小结 11

第 3章 动力控制系统的设计 12

3.1 液压系统方案设计 13

3.2力学计算及设计参数 14

3.2.1设计参数 14

3.2.2 力学计算 15

3.3 液压元件的选择 15

3.3.1 液压缸选型 15

3.3.2液压泵的选择 17

3.3.3 液压油箱的选择 18

3.4 本章小结 18

第 4章 基于Creo 4.0的仿真分析 19

4.1上梁的有限元静态分析 19

4.1.1对上梁设置受力参数： 19

4.1.2 设置模型材料 20

4.1.3 设置约束 21

4.1.4 划分网格 21

4.1.5 静态分析 21

4.1.6 结果分析 22

4.1.7 上梁优化 25

4.2 上夹板结构分析 26

4.2.1 设置受力参数： 26

4.2.2 设置模型材料 27

4.2.3 设置约束 27

4.2.4 划分网格 28

4.2.5 定义静态分析 28

4.2.6结果分析 29

4.3车辆通道承载能力测试 30

4.4 本章小结 34

第五章 总结与展望 35

4.1 总结 35

4.2 展望 35

第 1章 绪论

本章主要介绍了核检测车检测机构设计课题背景及意义，机构设计在国内外发展现状，以及本课题工作开展的具体过程。

1.1 课题背景及意义

人类科学发展的同时也给自然界带来了污染，其中核辐射污染是危害大、受重视的污染之一。核辐射危害人体时不能被轻易感知，因此，对核辐射的防护与安全检测十分重要^[1]。

核检测车是一种能够检测车辆核辐射大小的专用汽车。它通过将核辐射信号转化为电信号的方式检测出核辐射的强弱和变化^[2]。

本课题研究的目的在于对所给定的奔驰某型号货车底盘进行改装设计成一辆专用型核检测车，并为该车设计一种能够安装在汽车车体上的稳定的、可靠的能检测车辆核辐射大小的机构，该机构在满足安全、可靠、有效的条件下，应追求结构简单化、自动化，运行过程稳定^[3]，让核检测车到达指定地点后，该检测机构能够自动运行展开就绪^[4,5]，对驶离和污染区的过检车辆进行检测。在工作结束后该机构自动折叠，并且稳固的回装在核检测车后箱体上。

1.2国内外发展状况

机构作为机械的基本组成单位，其重要性在机械中一直属于一衣带水的地位，对机构进行优化和创新设计，是许多科人员致力发展的课题^[6]。目前，世界各地的科研人员对机械机构设计的理念，一直是向自动化、轻量化、精确化、智能化等方向发展^[7]。

随着科技的进步，如今对机构的设计与改良通常采取结合计算机技术进行模拟仿真及结构有限元分析的方法。

1）在机构创新方面

机构创新决定机械的创新。侯志利等人运用变拓扑结构设计、模块化设计及李群理论等设计方法,对五杆机构的可重构并联机构进行研究，并进行运动分析与实验验证，设计了一种新型的五连杆可重构并联机构，完善可重构并联机构的设计理论体系,响应了现代产品市场及制造工艺的需求^[8]；,吴培栋等人基于对6-SPS 机构的奇异位形及瞬时运动的研究，根据螺旋理论得出该运动是个并联机构6个杆件约束力的反螺旋,是一个瞬时的螺旋运动,并给出了瞬时螺旋运动的形成条件和数学证明^[9,10]；郭盛等通人过参数化建模，提出一种支链对动平台不存在自由度约束,只拥有尺度约束的新型3/6-SPS设计方法，并通过实验验证设计的可行性^[11,12]。

1. 在机构优化方面

李元生等人通过参数化建模，建立机构功能函数，采用一次二阶矩法分析等方法对基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法进行了研究,先采用特征造型法建模，再利用CAD二次建模，建立动态分析模型，利用极小变换法将动态问题转换为静态问题，最终提高了折叠机构寿命及可靠性^[13]；宋永强^[14]采用复合形法的方式，对机械压力机八连杆机构的运动仿真及优化设计进行了研究，对多连杆机构内、外滑块的运动情况进行优化设计；Zhang Wuxiang^[15]人基于多学科优化原理（MDO）,新提出了一种多态机制的机构优化方法，为对机构优化的研究提供了一个新的方向。

在机构运动的研究设计方面，巴凯先^[16]等人针对液压驱动单元基于位置/力的阻抗控制机理分析与试验，提出了基于力的阻抗控制响应速度大于基于位置的阻抗控制，而后者的阻抗模拟精度要优于前者等理论，王英^[17] 通过对十杆内的二自由度、三自由度的运动链进行计算机建模及仿真分析，提出运动链基本回路理论，获得了少量驱动件为连架杆的机构，丰富了多自由度混合驱动机构的理论基础。

在机构传动的优化设计方面，Lelai Zhou^[18,19]等人基于动态仿真的臂力方法，对机械臂的所有关节进行仿真分析，得到了轻型传动机构的优化设计方法；顾超^[20]等人通过对双输出轴大型车床进给系统进行研究设计，分析得出多轴输出的传动方式能有效的减少传动件的承载力。对承载力要求高的机械及系统有重要意义。

1.3本文主要研究内容

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