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半挂车简介 2020 1 7 1 组长 朱鑫 组员 徐彤彤 周润豪 郑燕杰 赵冬辰 张越 2020 1 7 2 一 半挂车及其分类 1 半挂车及半挂列车的概念 1 半挂车 由半挂牵引车牵引且部分质量由其牵引车承受的挂车 2 半挂列车 半挂车与半挂牵引车一起称为半挂列车 2020 1 7 3 2 半挂车的分类 1 按驱动方式分牵引车的驱动方式通常有4 2型 6 4型 6 6型和8 8型 2020 1 7 4 按轴数分 1轴 2轴 3轴 2020 1 7 5 按公告长度分 8 6m 10m 11 16m 12 1m 12 5m 13m按吨位分 9T 15T 20T 22T 25T 26T 28T 30T 31T 32T按用途分 一般用途车 专用汽车 特种用途挂车 按车型分 普通栏板 仓栏半挂 拉煤半挂 自卸半挂 低平板半挂 集装箱平板半挂 集装厢骨架式运输半挂 厢式半挂等 2020 1 7 6 下面是几种常几的半挂车图片展示 2020 1 7 7 2020 1 7 8 2020 1 7 9 2020 1 7 10 2020 1 7 11 自卸半挂车 2020 1 7 12 2020 1 7 13 半挂车车架主要形式 1 平板式 2020 1 7 14 2 鹅颈式 2020 1 7 15 3 凹梁式 2020 1 7 16 半挂车的结构与设计 2020 1 7 17 一 总体结构与设计 根据载重要求选择车头型号车架形式以及主要尺寸我们小组讨论后决定设计一辆载重25t的货运半挂车由此我们选择了车头型号 斯太尔型号ZZ4253N27C1E1N总质量25000轴数3轮胎8前悬 后悬1500 1110后轮距1830尺寸7110 2496 3225驾驶室高3225 2020 1 7 18 车架我们选取鹅颈式二轴车架 2020 1 7 19 二 车架的结构尺寸设计三 支撑装置的结构与设计四 牵引连接装置的结构与设计五 车轴及悬架设计六 车厢设计 2020 1 7 20 二 车架的结构尺寸设计 2020 1 7 21 2020 1 7 22 车架 纵梁横梁纵梁和横梁的连接车架宽度车架底板结构 2020 1 7 23 1 纵梁 车架的纵梁结构是根据货台形式要求 相应的有平板式 阶梯式 鹅颈式 凹梁式三种 2020 1 7 24 1 1纵梁结构的选用 平板式 整个货台是平直的 且在车轮之上 故有较大的货台面积 结构简单 制造容易 多用于超重型挂车 阶梯式 货台平面在鹅颈之后 从而使货台平面降低 便于货物的装卸和运输 但受力情况不如平板式 凹梁式 货台平面呈凹形 承载平面较低 便于运输大型和超高的设备 在此 我们选用阶梯式 2020 1 7 25 1 2纵梁截面的选择 纵梁截面有工字形 槽形 箱形等 工字形截面有较高的抗扭强度 且便于与横梁连接 因此 选用工字形截面 载质量15t 主截面高300mm左右 载质量20 30t 主截面高350 450mm 载质量40 50t 主截面高450 550mm 查阅型钢规格表 选取型号为40a的热轧工字钢 主截面高为400mm 一般宽为142mm 腹板厚度为10 5mm 2020 1 7 26 2 横梁 圆管形 具有较高的扭转刚度 多用于纵梁两端 工字形 对载荷传递较为理想 但纵梁翼缘和横梁翼缘连接 对扭转约束较大 因而翼缘产生的内应力较大 槽形 多用钢板冲压成型 制造工艺简单 成本低 为许多厂家采用 但扭转刚度较差 箱形 和圆管形横梁有类似的特点 具有较好的抗扭性 布置方式 在纵梁两端布置圆管型横梁 这样可以增加车架整体扭转强度 其余采用槽形横梁 根据载荷分配情况不同采用疏密程度不同的布置方式 其间距一般在700 1200mm之间 2020 1 7 27 3 纵梁和横梁的连接 选用贯穿式横梁结构 由于采用了整体横梁减少了焊缝 使焊接变形减少 同时还具有腹板承载能力大 并且在偏载较大时 能使车架各处所产生的应力分布较均匀的特点 2020 1 7 28 4 车架宽度 车架宽度与挂车整车的宽度 前后轮距 轮胎数量 钢板弹簧位置和片数有关 暂定车架宽度为1130mm 待校核 2020 1 7 29 5 车架底板结构 因木头易腐烂 切下雨时会沉积雨水 会导致车架生锈 故采用铁地板 2020 1 7 30 三 半挂车支撑装置的结构和设计 2020 1 7 31 半挂车应在前部左右两边设支承装置 以便在牵引力分离时得以水平放置 支承装置的手摇驱动机构还能升降半挂车前部高度 以利于牵引车的接挂和拖挂 支承装置作用 2020 1 7 32 一 对支承装置的要求 1 在脱挂时能可靠地保证半挂车处在水平位置 2 在脱挂和接挂时能迅速升降 且能轻便地调整其高度 3 结构简单 有足够的强度和支撑刚度 工作安全可靠 4 支承装置在半挂车上的位置 应符合半挂车与牵引车连接装置的互换性尺寸要求 2020 1 7 33 二 支承装置的分类 1 按齿轮传动机构分类分为单级 双级和三级齿轮传动 1 单级 支承装置结构简单 但速比不大 手操纵力较大 只适用于中小型半挂车 2020 1 7 34 2 两级 在单级齿轮传动机构的基础上加入一附加的齿轮箱构成 齿轮3和4啮合时为无负荷快速升降 齿轮2和1啮合时为有负荷慢速升降 适用于装载质量10 30t的半挂车 3 三级 三级齿轮传动的支承装置增加了一级圆柱齿轮减速 升降速度更慢 手柄操纵力更小 二 支承装置的分类 2020 1 7 35 二 支承装置的分类 2 按操纵方式分类 联动支承和单动支承 单动支承 两边支承装置单独操纵 应用于重型货车 联动支承 两支承装置间加一个连接杆 只需一边操纵就可以使两边支承装置同时升降 应用于中型货车等 2020 1 7 36 二 支承装置的分类 3 按支承管的结构分类 基本式和折叠式折叠式支承管在支承位置和折叠位置时是靠插销分别插入不同的孔来定位的 2020 1 7 37 二 支承装置的分类 4 按支承装置接地拖盘的形式分类 铰链式 橡胶垫式 球铰式 接地面积大 接地压力相对较小滚轮式支承 对地面冲击小 挂车容易移动 对地面接触压力大 2020 1 7 38 5 按支承管截面形状分 有圆管 方管 八角管支承 本车采用联动 二级齿轮 基本式 铰接式支承装置 支承管截面为方管 2020 1 7 39 三 支承装置设计 1 支承装置的位置应保证半挂车在满载时 支承装置上的载质量不超过半挂车总质量的一半 支承装置相对牵引销中心的位置 2 支承装置的高度和行程支承装置的高度和行程是按总布置确定的半挂车承载面的高度 并根据支承装置收起时要求的最小离地间隙确定 2020 1 7 40 3 支承装置的质量支承装置应根据半挂车的总质量及支承装置的位置等参数 求出作用在每一支承装置上的承载质量 考虑到支承时支承装置的不同步 装载不均性 地面倾斜以及装载时的冲击载荷等 需要乘以一个附加载质量系数K 1 1 1 3 即为支承装置的支承质量 2020 1 7 41 一般来说 半挂车载质量10 15t 支承质量为20t 半挂车载质量15 30t 支承质量为24t 半挂车载质量30 60t 支承质量为32t 本车车载质量25t 因而支承质量为24t 2020 1 7 42 4 手柄力的大小及升降速度手柄力F的计算公式 Q 支承装置的支撑载荷 N d 螺杆的节圆直径 mm L 手柄臂长 mm 一般300 400mm i 齿轮传动总传动比 2020 1 7 43 5 接地支承盘接地支承盘的选择主要由其接地压力决定为减少接地压力 可采用具有接地盘的接地装置且具有落地自动找平的滑移垫或底垫 如橡胶式 球铰式和铰接式的接地装置 2020 1 7 44 四 牵引连接装置的结构与设计 2020 1 7 45 连接装置 本次设计的车型为在高速上行驶的轻型牵引半挂车 行驶路况良好 根据半挂车通用标准 牵引车鞍座离地高度 空载 为1220mm 半挂车与牵引车鞍座结合面离地高度 空载 为1150mm 选用轻型50号销和单自由度固定型牵引座 牵引销和半挂车的连接方式为A型 牵引座型号初选FW50S 185 25t 2020 1 7 46 五 半挂车悬架设计 2020 1 7 47 挂车悬架是把挂车车架与车轴式车轮连接起来的装置 其主要功能是传递作用在车轮和车架之间的各种力和力矩 并减轻和消除路面通过车轴传给车架的冲击载荷和振动 以改善挂车行驶的平顺性 一 挂车悬架 2020 1 7 48 钢板弹簧平衡悬架 2020 1 7 49 2020 1 7 50 刚性平衡梁悬架 1 轮胎 2 制动毂 3 中央枢轴 4 平衡梁 2020 1 7 51 2020 1 7 52 2020 1 7 53 液压悬架 2020 1 7 54 橡胶悬挂 橡胶悬挂适用于某些需谨慎运输的货物如汽油 电器元件及危险品等 以及需经常越野路面行驶的车辆等 它主要有三角形橡胶悬挂和四边形橡胶悬挂两种形式 1 悬挂外管 2 悬挂内管 3 摇臂 4 轮胎 5 车轴 6 车架 2020 1 7 55 2020 1 7 56 橡胶棒示意图 2020 1 7 57 传统的钢板弹簧悬架以其结构简单 价格便宜 维护安装简便的特点 过去在半挂车上的应用较为广泛 但随着公路运输量的日益增长以及对车辆行驶安全性 平顺性的更高要求 使得钢板弹簧悬架的不足之处日益彰显 从而使性能更优越的空气悬架取代钢板弹簧悬架逐渐成为一种趋势 2020 1 7 58 空气弹簧悬架 2020 1 7 59 1 空气弹簧分类a 囊式空气弹簧 a 单曲气囊 b 双曲气囊 c 多曲气囊 2020 1 7 60 b 膜式空气弹簧根据橡胶气囊止口与接口的连接方式不同 膜式空气弹簧又有约束膜式和自由膜式两种 约束膜式空气弹簧一般用螺栓夹紧密封 自由膜式空气弹簧则采用气囊内压力自封 2020 1 7 61 c 复合式空气弹簧复合式空气弹簧的结构介于囊式与膜式之间 并具有膜式空气弹簧刚度较低的特点 复合式空气弹簧制造复杂 成本略高 2020 1 7 62 2020 1 7 63 2 导向机构 由于空气弹簧只能承受垂直载荷 所以在空气悬架中必须设计导向机构来传递纵向力和侧向力 在半挂车中通常采用钢板弹簧导向机构 钢板弹簧不仅起导向作用 也兼起一部分弹性元件的作用 对于混合式空气悬架来说 汽车的纵向力 侧向力及其力矩均由钢板弹簧承受 这就要求钢板弹簧具有很高的强度和刚度 2020 1 7 64 3 高度控制阀 高度控制阀是空气悬架系统的一个重要组成部分 其作用是调节空气弹簧的内部气压 并使空气弹簧保持在一定的高度范围内 来平衡外界的载荷 高度控制阀根据阀门开闭对车身振动反应时间分为即时型和延时型 所谓即时型高度控制阀即当车身有相对位移时 高度控制阀就有充放气动作 延时型高度控制阀避免了这种频繁工作的现象 延时型高度控制阀一般延时时间为1 6s 通常使用时间为2 4s 延时型高度控制阀的延时装置主要是用来产生阻尼 延缓阀门的动作 延时装置常采用弹簧 油压 风压或它们的联合结构 从国内外来看 延时型高度控制阀是普遍采用的一种阀体 2020 1 7 65 空气悬架系统原理图 1 压力调节阀 2 9 储气筒 3 10 排放阀 4 车轴提升控制阀 5 提升气囊 6 升降阀 7 高度控制阀 8 气囊 11 空气滤清器 2020 1 7 66 1 提升支承架 2 车轴支架 3 车轴 4 橡胶缓冲块 5 提升臂 6 提升气囊 2020 1 7 67 空气悬架系统工作原理 气囊所需的压缩空气通过气压制动系统的溢流阀提供给储气罐 储气罐压力约为750 850kPa 各气囊由空气管道互相连通 通过在系统管路上装备各种控制阀来控制气体的流向与压力大小 使不同车轴在所有车辆运行条件下所承受的静轴载和动轴载基本相同 通过控制阀调节气囊的高度快速升降车身 适应各种装载状态的要求 使车高基本不变 并可在高等级公路上行驶时降低车辆重心高度 提高车辆的行驶稳定性 减小空气阻力 空气悬架系统的调平阀根据不同的载荷相应调节气囊的压力 使车辆总能保持恒定的高度 通过控制升降阀 可以实现对半挂车前轴的提升和降落 2020 1 7 68 3 空气弹簧的特点 空气弹簧有比较理想的非线性弹性特性 在相同的载荷 如F1 作用下 空气弹簧的静挠度f1比钢板弹簧的静挠度f1 大很多 因而可以获得较低的振动频率 提高汽车的行驶平顺性 2020 1 7 69 3 空气弹簧的特点 空气弹簧本身的质量比较轻 因而簧下质量小 又因为气囊内空气介质的内摩擦小 工作时几乎没有噪声 对高频振动的吸收和隔声性能均良好 除此之外 空气弹簧的寿命是钢板弹簧的2 3倍 采用空气弹簧时 必须设置能传递除垂直力以外的其他各种力和力矩的杆系 因此悬架结构复杂 空气弹簧对密封要求严格 不得漏气 除此之外 还有悬架制造复杂 成本较高等缺点 2020 1 7 70 方案简要说明 1 二轴并联挂车悬架结构每轴都采用复合式空气悬架 双片钢板弹簧作为导向臂 钢板弹簧导向臂支点前置 头片板簧支点连接处采用橡胶衬套结构 二片板簧与支点座不连接 包围在头片卷耳外 横向拉杆分别布置在每根车轴正上方 空气弹簧布置在车桥后方 选择合理杠杆比 空气弹簧向里侧偏置 三轴并联悬架采用一个高度阀控制 高度阀安装在第二轴位置 2020 1 7 71 结构示意图 耦合剂 更换考个 二 2020 1 7 72 2 性能参数初步选取悬架偏频初步选取1 4Hz 相对尼比取0 35 气囊与板簧导向臂的刚度之比选取0 4 减振器拉伸阻力与压缩阻力比选取5 0 0 4g侧向加速度下 侧倾角 8 车轮跳动 上跳65mm 下跳65mm 2020 1 7 73 3 气囊选型初步选择 每轴采用两个气囊 第一轴前加上一个提升气囊 两轴共用5个气囊 同侧的三个气囊气路串通连接 气囊选用 360mm膜式气囊 初始安装高度290mm 青岛四方的空气弹簧总成 2020 1 7 74 4 高度阀采用延时响应型阀 三轴的同侧气囊串通连接并用一个高度阀控制 且高度阀设计在后悬架第二桥车轴上 克诺尔公司 2020 1 7 75 5 减振器减震器布置在空气弹簧导向臂前支座和车轴之间 并与水平成65度角 暂定 度 萨克斯公司产品或淅川公司产品 2020 1 7 76 6 标杆比确定i L1 L2 0 568L1 导向臂前支点到车轴中心的距离 取值500mm L2 导向臂前支点到之空气弹簧中心的距离 取值880mm 2020 1 7 77 二 挂车车轴 车轴结构 2020 1 7 78 车轴选择 半挂车车轴是非驱动轴 可看作是刚性横梁 支点位于轮胎中 最大应力通常发生在气囊附近 车轴主要由轮胎 车轴和制动器 轮毂等组成 半挂车可选装性能优良的FUWA BPW YORK ZS10180车轴 亦可采用外购总成件或零部件组装 其轴头和轴体均为优质钢材制造 轴体为整体式或焊接式矩形空心截面 2020 1 7 79 安徽爱拓BPW方管车轴 BPW13t车轴一体式轴头端盖 安装 拆卸方便 便于管理 同时又是储油罐 超强承载能力 长寿命 低滚动阻力轴承 结构轻巧紧凑 车轴采用外倾1度设计 轮胎受力更加合理 专用润滑脂无论在何种气候条件下油膜都有良好的均匀性和润滑效果 轴承密封采用滚动式挡油环结构的设计 安装简便密封可靠 2020 1 7 80 半挂车车轴的受载及车轴结构尺寸 车轴受载情况 车轴结构分析 2020 1 7 81 初步选取的车轴参数 挂车轴参数 单位 mm 总成型号BPW型最大轴荷 Kg 20000轮距1840最大外廓2182制动器型式气制动车轮螺栓10 M22 1 5车轮螺栓分布圆直径 335 2020 1 7 82 六 车厢设计 2020 1 7 83 鹅颈半挂车总质量37t车厢外形尺寸98000 2496 2000材料车身前端的鹅颈部分栏板选装竖瓦棱 侧防护和后下部防护采用5mm厚Q235板材压制成槽形结构 焊接在车辆上 后防护装置断面尺寸为140mm 60mm 离地高度为550mm 2020 1 7 84 2020 1 7 85 2020 1 7 86 2020 1 7 87 车厢侧板高600mm长9900mm车厢后板高600mm宽2450mm车厢板厚度10mm车厢地板厚度20mm选用材料Q235密度7 858g cm 3车厢质量5t 2020 1 7 88 半挂车是车轴置于车辆重心 当车辆均匀受载时 后面 并且装有可将水平或垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车 半挂车是主要运输体积大 且不易拆分的大件货物 比如挖掘机等等 栅栏式比较适合拉鲜活类的货物 比如蔬菜 水果等等 厢式比较适合拉散货及防湿较贵重货物 与 单体式 汽车相比 半挂车更能够提高公路运输的综合经济效益 运输效率可提高30 50 成本降低30 40 油耗下降20 30 更重要的是 半挂车的使用 还能对我国物流的组织形式起到一定程度的促进作用 2020 1 7 89 半挂车的制动系统 2020 1 7 90 一 制动系统的要求 挂车的制动系统除了必须具备对一般汽车制动系要求的减速 驻车等功能和制动力大 制动平稳 散热性能好等性能外 还应满足以下要求 1 挂车与牵引车的制动系统相互关联 工作可靠 2 牵引车和挂车的制动应协调 即满足一定的制动顺序 半挂车的制动顺序是牵引车前轮 半挂车车轮及牵引车后轮 3 当挂车以外自行脱挂 制动管路切断时 挂车制动系统应立即使挂车自行制动 4 当汽车列车满载拖挂时能在 16的坡道上停驻 此外 挂车应另设驻车制动系统 以保证脱挂停放时稳定制动 2020 1 7 91 二 制动系统工作原理 双管路制动系统 是具有两套独立的管路的制动传动装置 即行车制动器是由两个互不相通的传动回路操纵 如果其中一路出现故障 不影响另一路正常制动工作 2020 1 7 92 2020 1 7 93 三 性能和特点 配有双管路充气制动的半挂车在下长坡连续制动时 可一直向挂车贮气筒充气 当半挂车和牵引车意外脱挂或挂车充气