1.重型汽车结构与设计

载货汽车结构与设计一 概述1. 汽车的分类 汽车有很多分类方法，通常可按发动机排量、乘客座位数、汽车总质量、汽车总长、行驶道路条件以及用途的不同等分类。1.1 现行国家标准GB/T3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义把汽车分为乘用车（M1类）和商用车（M2、M3、N类、O类）； 乘用车 是指在设计和技术特征上主要用于运载乘客及其随身行李和临时物品的汽车，包括驾驶员座位在内最多不超过9个座位，它也可以牵引一辆挂车。乘用车还可细分为：普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、舱背乘用车、旅行车、多用途乘用车（MPV）、越野乘用车及专用乘用车等。 商用车 是指在设计和技术特征上用于运送人员和货物的汽车，并且可以牵引挂车。商用车又可细分为：客车（指用于载运乘客及随身行李的商用车辆，包括驾驶员在内的座位数超过9座。还包括城市客车、长途客车、旅游客车、专用客车等）、货车（普通货车、厢式货车、自卸车、越野货车、专用货车、专用作业车等）以及半挂牵引车等。 汽车类型客座位数最大设计总质量/t说明M类至少有四个车轮并且用于载客的机动车辆M1类9包括驾驶员座位在内，座位数不超过9座的载客车辆M2类 22 14.0根据发动机相对驾驶室位置，货车又可分为平头、长头、短头和偏置等。平头式是将发动机布置在前轴上方、驾驶室下方。这种布置的优点是：载货面积利用率高，驾驶员性视野好，转向系统布置紧凑，发动机维修接近性好。缺点是：整车高度较高、迎风面积大，空阻系数高、驾驶室内操纵布置困难，与发动机隔热性差等。长头式是将发动机布置在驾驶室前，其优缺点与平头式相反，其最主要的特点的是空气阻力系数较低，载货面积利用率低，自重较大。短头式是将发动机布置成一部分伸出驾驶室前面，而发动机的后半部分伸进驾驶室内部，其特点介于平头和长头式之间。 客车 客车主要是供公共服务用，用于载运人员及行李物品的汽车，客车按车身总长度La（m）可分为: 微型客车轻型客车中型客车大型客车 特大型客车车身长度/m3.53.57710101212（铰接车） 轿车 轿车是供个人使用乘坐29人的汽车，按发动机排气量V(L)分级： 微型轿车普及型轿车中级轿车中高级轿车高级轿车发动机批量/L1.01.0L 1.6L 1.6L2.5L2.5L 4.0L 4.0L1.2.1.2专用汽车 专用汽车是用基本车型改装，装上专用设备或装置，完成某种或某些专门作业任务的汽车，按其用途可分为作业型专用汽车和运输型专用汽车。 作业型专用汽车 作业型专用汽车是指在汽车上安装各种特殊设备进行特定作业的汽车。例如：医疗救护车、消防车、流动售货车、洒水车、垃圾车、抢险救援车、石油地质作业车、机场作业车等。 运输型专用车 运输型专用车是车身经过改装，用来运输专门货物的汽车。例如：厢式货车、厢式冷藏车、自卸车、运输液体和粉状固体的罐车、以及挂车、半挂车、集装箱运输车等。 按照GB/T17350-2009专用汽车和专用挂车术语、代号和编号规则的规定，我国的专用汽车划分为厢式汽车、罐式汽车、专用自卸车、起重举升车、仓栅式汽车和特种结构汽车。国家工信部对专用汽车市场准入管理的分类如下：1）专用客厢车 装备有整体封闭结构车厢（与驾驶室连成一体），采用三类底盘或整车改装的 、用于专业人员使用或运输特殊物品、货物，或者具有专用作业功能的专用汽车。2）专用货车 GB/T 3730.1标准规定的专用货车（专用客厢车除外）。3）专用作业车 GB/T 3730.1标准规定的专用作业车（专用客厢车除外）。4） 通用货车挂车 包括平板、低平板、厢式、仓栅、自卸、罐式等运输类挂车。5）其它挂车 除通用货车挂车、特种作业挂车（超限挂车）外的其他挂车。6）特种作业车（包括特种作业汽车及挂车、超限车） 具有特殊结构或特殊作业装置，在特定场所内使用或用于特殊作业的专用汽车或挂车。特种作业车的品种包括油田车、沙漠车、清障车、混凝土泵车、汽车起重机、桥梁检测车等，还包括车辆特性参数超出GB 1589标准规定的车辆。7） 罐式结构消防车 装备有罐状容器，用于完成特定消防作业任务的罐式消防车。 举高结构消防车 装备有可升降作业台（斗）和/或起重设备，用于完成特定消防、救援 作业任务的消防车。 特种结构消防车 具有特殊结构或特殊作业装置，在特定消防环境下使用或用于特殊消防作业的消防车，包括车辆特性参数超出GB 1589标准规定的消防车。 8） 特种作业车底盘 最大设计总质量不小于25吨、具有与特种作业车（超限车）功能和性能匹配的动力、传动、行驶、取力输出装置、有专门设计的固定连接位置及其他专用附属装置的非通用性底盘（非完整车辆），包括特种结构消防车底盘。1.2.2非公路用车辆 非公路用汽车分为两类： 一类是其外廓尺寸和单轴负荷等参数超过公路用车辆法规的限制，只能在矿山、机场、工地、专用道路等非公路条件下使用的车辆。 另一类是能在无路地面上行驶的高通过性汽车，称为越野汽车。越野车可以是轿车、客车、货车或其他用途的汽车。按GB/T3730.1-2001标准的规定，越野汽车按总质量分为：轻型越野汽车中型越野汽车重型越野汽车总质量/t 5.0t5.0t 13.0t13.0t1.3 汽车产品编号规则国家标准GB9417-1988汽车产品型号编制规则规定了汽车的产品型号由企业代号、车辆类别代号、主参数代号、产品序号和企业自定代号组成；载货汽车1专用汽车5越野汽车2客车6自卸汽车3轿车7牵引汽车4半挂车及专用半挂车81.4 汽车识别代码（VIN）现在世界各汽车公司生产的汽车大部分使用了VIN（Vehicle Identification Number）车辆识别代号编码。“VIN车辆识别代号编码”由一组字母和阿拉伯数字组成，共17位，又称17位识别代号编码。它是识别一辆汽车不可缺少的工具。VIN的每位代码代表着汽车的某一方面信息参数。按照识别代号编码顺序，从VIN中可以识别出该车的生产国别、制造公司或生产厂家、车的类型、品牌名称、车型系列、车身形式、发动机型号、车型年款、安全防护装置型号、检验数字、装配工厂名称和出厂顺序号码等。车辆识别代号由三个部分组成：第一部分，世界制造厂识别代号（WMI）；第二部分，车辆说明部分（VDS）；第三部分，车辆指示部分（VIS）：（1）第一部分：世界制造厂识别代号，必须经过申请、批准和备案后方能使用。世界制造厂识别代号的第一位字码是标明一个地理区域的字母或数字；第二位是标明一个特定地区内的一个国家的字母或数字。第一、二位字码的组合将能保证国家识别标志的唯一性。第三位字码是标明某个特定的制造厂的字母或数字。第一、二、三位字码的组合能保证制造厂识别标志的唯一性。对于年产量500辆的制造厂，世界制造识别号由以上所述的三位字码组成。对于年产量500辆的制造厂，世界制造厂识别代号的第三位字码为数字9。此时车辆指示部分的第三、四、五位将与第一部分的三位字码作为世界制造厂识别代号。（2）第二部分：车辆说明部分由六位字码组成，如果制造厂不用其中的一位或几位字码，应在该位置填入制造厂选定的字母或数字占位。此部分应能识别车辆的一般特性，其代号顺序由制造厂决定。（3）第三部分：车辆指示部分由八位字码组成，其最后四位字码应是数字。第一位字码指示年份，年份代码按规定使用。 第二位字码可用来指示装配厂，若无装配厂，制造厂可规定其他的内容。如果制造厂生产的某种类型的车辆年产量500辆，第三至第八位字码表示生产顺序号；如果制造厂的年产量500辆，则此部分的第三、四、五位字码应与第一部分的三位字码一起来表示一个车辆制造厂。二 载货汽车用柴油机2.1 车用发动机分类 现代汽车发动机基本是采用四冲程往复活塞式内燃机，按不同特征分类为； 按所用燃料种类不同分类 可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机。 按行程数分类 按完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机，汽车发动机广泛使用四行程内燃机。 按冷却方式分类 可分为水冷发动机和风冷发动机 按照气缸数目分类 按气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。 按照气缸布置形式分类 按气缸布置形式可分为L型（直列式）发动机、V型发动机、斜置发动机和对置式发动机。 按照进气系统状态不同分类 按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。 2.2 柴油机的工作原理柴油机是一种将柴油燃烧产生的热能转变成机械能的转换机构。要完成这个能量转换必须经过进气把新鲜空气引入气缸；然后将进入气缸的空气压缩，压缩接近终点时将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃；可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。这种进气、压缩、作功、排气的四个过程就是一个工作循环；通过工作循环不断地重复，就实现了能量转换，使发动机能够连续运转。完成一个工作循环，曲轴转两圈(720)，活塞上下往复运动四个行程。 四冲程柴油机工作过程 柴油机每个工作循环都是由进气、压缩、做功和排气组成；由于柴油自燃温度低、粘度大，不容易蒸发、因此柴油机采用压缩终点自燃点火，其工作过程如下：1）进气冲程 柴油机进入气缸的工质是纯空气；进气冲程中，活塞从上止点向下止点运动；随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空，新鲜工质在汽缸内真空的作用下被吸进汽缸。柴油机的进气阻力较小，进气终了时气缸内气体压力小于大气压，约为0.075MPa0.095MPa，工质由于受到残余废气、汽缸壁、活塞顶等高温机件的加热，温度总是高于大气温度，进气终了温度约为300K340K。进气冲程用曲线ra表示。2) 压缩冲程 压缩冲程用曲线ac表示，在这个过程中，排气门关闭，进气门也在下止点后不久关闭，活塞从下止点向上止点运动，气缸内气体受到压缩后压力和温度不断上升，气体被压缩的程度称为压缩比；柴油机的压缩比1622。压缩开始时进入汽缸的新鲜气体温度较低，随着压缩过程的进行，气体温度不断升高，在压缩结束时的温度和压力为：Pc=3.0MPa5.0MPa，Tz=750K1000K。大大超过柴油机的自燃温度（约520K）。 3) 做功冲程 当压缩冲程接近终了时，在高压油泵的作用下，柴油将以10MPa左右的高压通过喷油器喷人气缸燃烧室中，在很短时间内与空气混合后立即自行发火燃烧，气缸内气体压力急剧上升，高达5mpa9MPa。最高温度达1800K2000K,这个过程用曲线zb表示，作功过程是一个多变过程。膨胀终了的压力和温度越低，说明气体膨胀和热量利用越充分。柴油机的压缩比高，活塞的冲程长，气体膨胀和热量利用更充分，柴油机膨胀终了的温度和压力为：Pb=0.2MPa0.5MPa，Tb=700K900K。4) 排气冲程 作功冲程接近终了时，排气门提前开启，进气门仍然关闭，首先靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中，活塞到达上止点附近时，排气冲程结束。但由于气体流动存在惯性，排气门在活塞到达上止点之后关闭，曲线br表示这个过程。在实际工作中，常把排气温度作为检验发动机工作状态的技术指标。如排气终了温度偏高，说明发动机工作过程不良，热效率低。柴油机在排气终了的温度和压力为：Pr=0.105MPa0.120MPa，Tr=700K900K2.3 柴油机的总体构造发动机是一部由多个机构和系统组成的复杂机器，尽管发动机的结构形式很多，但其构造基本相似。都是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、点燃系、冷却系、润滑系及起动系等组成；不同的是，柴油机是压燃式，所以没有点燃系统。 四冲程柴油机的总体构造如下：2.3.1. 机体组机体是发动机装配的基体，由汽缸体、汽缸盖、油底壳等组成；汽缸体的内壁与汽缸盖共同组成燃烧室的一部分，汽油底壳共同组成曲轴箱；曲柄连杆机构直接装在缸体内部，实际上也可以把缸体和曲柄连杆看作是一套机构。 2.3.2. 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的功用是将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，把燃气推动活塞所做的功转换为曲轴的转矩对外输出。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴组构成；2.3.3 配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作循环和发火次序，定时开启和关闭进气门和排气门，以便每个缸按工作顺序换气，使可燃混合气或空气进入气缸，并使燃烧后的废气从气缸内排出，保证发动机连续不断地进行热功转换。配气机构可分为气门组、气门传动组； 2.3.4. 燃料供给系统供给系统包括燃料供给系、空气供给系和排气系，其中空气系和排气系的组成，对不同的发动机都类似。空气系是保证向气缸供给定量的清洁空气，主要有空滤器、进气总管及进气支管组成；排气系的主要作用是将气缸内燃烧作功生成的废气及时的排出。由于气缸内燃烧气体膨胀作功后仍有一定强度的排气压力脉动，因此为了顺利排气同时降低噪声，排气出口处还设有排气消声器。2.3.5. 冷却系统 发动机冷却系的作用是适当冷却高温零部件的温度，维持发动机的正常工作温度，以保证润滑油的正常工作温度。一般将冷却水温控制在80C90C之间。水温过低过高都不利于发动机润滑和正常工作。所以，冷却系要能保证发动机在最适宜的温度状态下工作。现代汽车用发动机常用强制水冷方式，冷却系通常由冷却水箱、水泵、风扇、缸体内的水道及节温器等组成。采用硅油离合器风扇，可随发动机工况过温度控制冷却风扇的转速，控制风扇的扇风量。2.3.6 润滑系统 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。同时也起到对零件表面进行清洗和冷却作用，保证发动机的可靠运行。由于摩擦损失约占发动机机械损失的62%75%，因此如何改善润滑条件降低摩擦损失，也是提高发动机效率和汽车的经济性的重要措施之一。使用过程中应正确选择润滑油，控制润滑油品质；润滑系通常由机油泵、机油滤清器、润滑油道和一些阀门等组成。2.3.7 起动系统 使发动机从静止转入自行运转，包括起动机、冷启动加热器及附属装置。2.4 柴油机的性能指标 2.4.1 动力性指标 有效转矩Te 指发动机对外输出的转矩，用Te表示，单位:Nm。有效转矩与前轴角位移的乘积即发动机对外输出的有效功。 有效功率Pe 指发动机在单位时间内输出的有效功，以Pe表示，单位:kw。 实际是通过台架试验测出转矩和转速，计算出发动机的有效功率Pe。 Pe =Ten/9550。 发动机转速n 单位: r/min 发动机的有效功率随曲轴转速的不同而改变，因此，在说明发动机功率的大小时，必须同时指明其相应转速。在发动机铭牌上规定的功率及相应转速，分别称为标定功率和标定转速，发动机在标定功率和标定转速下的工作状态称为标定工况。标定功率是发动机所能发出的最大功率，是根据发动机用途而制定的有效功率的最大使用限度。所以同一型号的发动机，当用途不同时，其标定功率并不相同。有效转矩也随发动机工况而改变。因此，汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。2.4.2 经济性指标 有效燃料消耗率 有效燃料消耗率是单位有效功的耗油量，又称有效比油耗，用be表示，单位: g/kwh。 有效燃料消耗率是评定发动机实际循环经济性的重要指标之一， 柴油机的有效燃料消耗率：be=215g/kwh290g/kwh2.4.3 运转性能指标 排放性能柴油机排放的有害气体主要是氮氧化合物（NOx）、微粒（PM）；排放颗粒是指发动机排出的除水以外的任何液态和固态微粒。发动机排出的有害物质对大气的污染已经造成公害，为此，各国采用了许多措施，制定了控制法规。我国的排放法规也日趋严格，其中有：GB18352.3-2005轻型汽车污染物排放限值及测定方法（中国、阶段）、GB17691-2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国、阶段），从2007年开始我国开始对轻型柴油车实行阶段限值，对重型柴油车实行阶段标准，2013年开始，北京已率先实行阶段标准。 噪声 发动机及其附属系统的噪声是汽车的主要噪声源，GB/T1495-2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法对不同分类的汽车以及同一分类不同总质量不同及发动机功率不同的汽车，详细制定了限值。 冷启动性能 冷启动性能是指发动机在低温条件下启动的可靠性，是评定发动机工作可靠性的重要指标。我国标准规定，不采用特殊低温起动措施，汽油机在-10C，柴油机在-5C以下的气温条件下，15s内发动机用起动机应能顺利启动。2.5. 发动机工况 发动机的特性是发动机综合性能的反映，它是指发动机性能指标随调整情况和使用化的关系，称为使用特性，如速度特性、负荷特性等。车用发动机工况 车用发动机的功率和转速都是独立地在很大范围内变化，二者之间没有特定关系；发动机曲轴转速取决于车速，可以从在低转速一直到最高转速；而发动机发出的功率取决于运行中所遇到的行驶阻力，即装载质量、车速和路面情况。同一转速下，功率可由零变到最大功率。当汽车下坡需要采用发动机制动时，发动机由汽车传动装置倒拖而做负功。根据国家标准的规定，发动机制造厂要根据产品的用途和特点，规定该产品在标准大气压下所输出的有效功率及其所对应的转速。发动机依不同用途标定功率如下：1）15min功率。 适用汽车、军车和摩托车用发动机功率的标定。2）1h功率。适用拖拉机、工程机械和船舶用发动机功率的标定。3）12h功率。适用拖拉机、农业灌溉机械和电站等也发动机功率的标定。4）持续功率。适用农业灌溉、电站、船舶和铁路牵引等用发动机功率的标定。 2.5.2 发动机的速度特性 当燃料供给调节机构固定不变时，发动机性能参数（有效转矩、功率、燃油消耗率等）随转速改变而改变的曲线称为速度特性曲线。当燃料供给调节机构的位置达到最大时，得到的是总功率特性，即外特性曲线；而把燃料供给调节机构其他位置下得到的特性称为部分速度特性。发