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五吨载重量工程洒水车车架改造设计和后悬架校核【优秀洒水车车架课程毕业设计含1张CAD图纸】

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关键词：: 工程洒水车车架改造汽车设计悬架课程毕业设计五吨载重量工程洒水车车架改造设计和后悬架校核

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工程洒水车设计（五吨载重量）车架改造设计和后悬架校核

五吨载重量工程洒水车车架改造设计和后悬架校核【优秀洒水车车架课程毕业设计含1张CAD图纸】

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工程洒水车设计（五吨载重量）车架改造设计和

后悬架校核

摘要

本文详细介绍了此次设计的内容和相关的设计指导思想、方法。此次设计的内容是五吨载重量工程洒水车的设计（改装），其中重点介绍和研究分析车架的改装设计和整车的总体布置。在各个与车架进行联的接部件联接方式的设计中，要根据总体布置时确定的各总成的位置来进行布置这些联接件的位置，既要能使联接合理、可靠，又要符合专用车改装原则中对车架进行改装的要求，以保证在不影响车架强度和刚度的前提下对车架改装和保证联接可靠。同时，还需根据各联接部件不同的受力情况，进行具体设计与计算。在联接部件结构设计中，根据其功能、位置进行合理的结构设计，在选材方面以“标准化”原则选择。在车架改装设计中，在满足总体布置方案的同时，对其进行轴荷分配、车架强度和刚度的校核，以保证其在满足各种技术性能要求的同时，使各总成布局合理、紧凑、可靠，并兼顾整车外型的美观。本文同时介绍了整车设计的其他方面设计，有水管总成、水罐总成的设计，还有取力器总成的设计和变速器的改装设计。本车载重量5-8吨，主要用于城镇绿化及街道清洗、降尘，也可用作紧急消防和移动泵站，由于其功能多，载重量适宜，所以目前具有广阔的市场。

关键词：车架，联接，强度，标准化，洒水量

MODIFICATION DESIGN OF FRAME AND

CHECK REAR SUSPENSION OF ENGINEERING

SPRINKLER (5 TONS LOAD)

ABSTRACT

This paper describes the current design of content and related design total guiding ideology, and methods. This design is 5 tons deadweight works for sprinkler design (modified), which focuses on research and analysis of the car frame design modifications and integral layout of car. In the design of each component which connected to car frame. According to determine the overall layout of the assembly location for the layout of these pieces connected to the location, it is necessary to make a reasonable connection, reliable, but also consistent with the principle of exclusive cars modified to modify the frame, in order to ensure not affect the strength and stiffness of the chassis under the premise of the chassis modifications and ensure reliable connectivity. Meanwhile, specific design and calculation should be done, according to the different frame condition of each connection component. Connected components in structural design, based on their function and location for a reasonable structure design, in the choice of material to "standardize" the principle of choice. In the chassis design modifications, in meeting the overall layout of the program at the same time, its axle - load distribution, chassis strength and stiffness of the coupling, to ensure their performance meet the technical requirements of the same time, the assembly rational layout, compact, reliable, take into account the vehicle's aesthetic appearance. This paper also introduced the design of the other vehicle designs, pipe assembly, and tank assembly design; there edge assembly was for the design and transmission design modifications. The 5 -8 vehicle weight tons, mainly for urban greening and cleaning the streets, dust, also can be used as a emergency fire and mobile pumping station, because of its multi-functional, load appropriate, there is vast market.

KEY WORDS: frame, connectivity, strength, standardization, sprinkler volume

第一章前言.............................................1

第二章洒水车的总体设计.................................3

§2.1总体设计要求....................................3

§2.2各总成的布置或参数要求..........................6

第三章车架的改装设计..................................9

§3.1整车质心的计算..................................9

§3.1.1 各总成质量的估算...........................9

§3.1.2质心的计算与轴载质量的分配.................10

§3.2 车架的改装设计................................13

§3.2.1车架联接件的设.............................13

§3.2.2车架强度的校核.............................25

§3.2.3后悬架的校核...............................28

§3.2.4后轮轮胎的校核.............................30

第四章管路系统的设计.................................31

第五章水罐总成的设计.................................33

第六章变速器的改装设计...............................34

第七章取力器、减速机构设计............................39

第八章成本估算........................................45

第九章结论............................................46

参考文献..............................................47

致谢.............................................48

第一章前言

随着国民经济的发展，道路建设、城市化进程不断加快，各种附属园林绿化得以推广开来，对园林绿化的需求不断扩大，包括城市、道路园林设施的绿化、植保喷药、树林冲洗、行道树的灌溉以及城市、厂矿和学校等企业事单位的路面和园林的洒水作业。尤其是在“构件和谐社会”方针政策的引导下，人们开始更加关注自身生活环境的舒适与优美，城市环境的整洁和园林的推广成为人们日益强烈的需求。

同时基于中国国情的特点，国内城市建筑、设施多属于上个世纪早中期的产物，这些陈旧的面貌与现代化城市的形象是相悖的，所以各大中小城市加快了对陈旧社区、道路的改建和翻修的步伐，但随之而来的的严重的扬尘污染问题成为困扰。城市社区和道路两旁多为人口和商业密集区，施工引起的扬尘会危害人体健康，影响植物生长、破坏生态的平衡，不仅造成极坏的社会影响，而且会给国家和企业造成极大的经济损失。

针对上述情况，对能进行喷洒农药护林、植被浇灌、道路冲洗、净化空气降尘，同时要求有安全消防灭火及用作移动泵站的可满足市政、环卫、环保、工业及民用等方面的多功能工程洒水车成为社会的需求，所以对洒水车的改装设计是完全符合当前的实际需求的。

国外发达国家洒水车起步较早，其技术和市场均十分先进和成熟，其中以美国、欧洲和日本为突出代表。这些国家的工程洒水车早已从只注重其功能性转向提高劳动生产率、降低人工劳动强度的智能化、多功能化方向发展，同时还十分注重其专用底盘性能的可靠、技术先进性，专用装置最大限度发挥其功能，因此大量的先进技术被移植到洒水车上。零件设计标准化、模块化，注重互换性设计，整车轻量化、多功能更环保的突出发展趋势，功能越来越多，技术越来越细腻，体积越来越精巧，产品自动化程度越来越高，是国外工程洒水车的现状特点。

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内容简介：: 1 工程洒水车设计（五吨载重量）车架改造设计和后悬架校核摘要本文详细介绍了此次设计的内容和相关的设计指导思想、方法。此次设计的内容是五吨载重量工程洒水车的设计（改装），其中重点介绍和研究分析车架的改装设计和整车的总体布置。在各个与车架进行联的接部件联接方式的设计中，要根据总体布置时确定的各总成的位置来进行布置这些联接件的位置，既要能使联接合理、可靠，又要符合专用车改装原则中对车架进行改装的要求，以保证在不影响车架强度和刚度的前提下对车架改装和保证联接可靠。同时，还需根据各联接部件不同的受力情况，进行具体设计与计算。在联接部件结构设计中，根据其功能、位置进行合理的结构设计，在选材方面以“标准化”原则选择。在车架改装设计中，在满足总体布置方案的同时，对其进行轴荷分配、车架强度和刚度的校核，以保证其在满足各种技术性能要求的同时，使各总成布局合理、紧凑、可靠，并兼顾整车外型的美观。本文同时介绍了整车设计的其他方面设计，有水管总成、水罐总成的设计，还有取力器总成的设计和变速器的改装设计。本车载重量 5-8 吨，主要用于城镇绿化及街道清洗、降尘，也可用作紧急消防和移动泵站，由于其功能多，载重量适宜，所以目前具有广阔的市场。关键词：车架，联接，强度，标准化，洒水量 nts 2 MODIFICATION DESIGN OF FRAME AND CHECK REAR SUSPENSION OF ENGINEERING SPRINKLER (5 TONS LOAD) ABSTRACT This paper describes the current design of content and related design total guiding ideology, and methods. This design is 5 tons deadweight works for sprinkler design (modified), which focuses on research and analysis of the car frame design modifications and integral layout of car. In the design of each component which connected to car frame. According to determine the overall layout of the assembly location for the layout of these pieces connected to the location, it is necessary to make a reasonable connection, reliable, but also consistent with the principle of exclusive cars modified to modify the frame, in order to ensure not affect the strength and stiffness of the chassis under the premise of the chassis modifications and ensure reliable connectivity. Meanwhile, specific design and calculation should be done, according to the different frame condition of each connection component. Connected components in structural design, based on their function and location for a reasonable structure design, in the choice of material to standardize the principle of choice. In the chassis design modifications, in meeting the overall la yout of the program at the same time, its axle - load distribution, chassis strength and stiffness of the coupling, to ensure their performance meet the technical requirements of the same time, the assembly rational layout, compact, reliable, take into account the vehicles aesthetic appearance. This paper also introduced the design of the other vehicle designs, pipe assembly, and tank assembly design; there edge assembly was for the design and transmission design modifications. The 5 -8 vehicle weight tons, mainly for urban greening and cleaning the streets, dust, also can be used as a emergency fire and mobile pumping station, because of its multi-functional, load appropriate, there is vast market. nts 3 KEY WORDS: frame, connectivity, strength, standardization, sprinkler volume nts 4 目录第一章前言 .1 第二章洒水车的总体设计 .3 2.1 总体设计要求 .3 2.2 各总成的布置或参数要求 .6 第三章车架的改装设计 .9 3.1 整车质心的计算 .9 3.1.1 各总成质量的估算 .9 3.1.2 质心的计算与轴载质量的分配 .10 3.2 车架的改装设计 .13 3.2.1 车架联接件的设 .13 3.2.2 车架强度的校核 .25 3.2.3 后悬架的校核 .28 3.2.4 后轮轮胎的校核 .30 第四章管路系统的设计 .31 第五章水罐总成的设计 .33 第六章变速器的改装设计 .34 第七章取力器、减速机构设计 .39 第八章成本估算 .45 第九章结论 .46 参考文献 .47 致谢 .48 nts 5 第一章前言随着国民经济的发展，道路建设、城市化进程不断加快，各种附属园林绿化得以推广开来，对园林绿化的需求不断扩大，包括城市、道路园林设施的绿化、植保喷药、树林冲洗、行道树的灌溉以及城市、厂矿和学校等企业事单位的路面和园林的洒水作业。尤其是在“构件和谐社会”方针政策的引导下，人们开始更加关注自身生活环境的舒适与优美，城市环境的整洁和园林的推广成为人们日益强烈的需求。同时基于中国国情的特点，国内城市建筑、设施多属于上个世纪早中期的产物，这些陈旧的面貌与现代化城市的形象是相悖的，所以各大中小城市加快了对陈旧社区、道路的改建和翻修的步伐，但随之而来的的严重的扬尘污染问题成为困扰。城市社区和道路两旁多为人口和商业密集区，施工引起的扬尘会危害人体健康，影响植物生长、破坏生态的平衡，不仅造成极坏的社会影响，而且会给国家和企业造成极大的经济损失。针对上述情况，对能进行喷洒农药护林、植被浇灌、道路冲洗、净化空气降尘，同时要求有安全消防灭火及用作移动泵站的可满足市政、环卫、环保、工业及民用等方面的多功能工程洒水车成为社会的需求，所以对洒水车的改装设计是完全符合当前的实际需求的。国外发达国家洒水车起步较早，其技术和市场均十分先进和成熟，其中以美国、欧洲和日本为突出代表。这些国家的工程洒水车早已从只注重其功能性转向提高劳动生产率、降低人工劳动强度的智能化、多功能化方向发展，同时还十分注重其专用底盘性能的可靠、技术先进性，专用装置最大限度发挥其功能，因此大量的先进技术被移植到洒水车上。零件设计标准化、模块化，注重互换性设计，整车轻量化、多功能更环保的突出发展趋势，功能越来越多，技术越来越细腻，体积越来越精巧，产品自动化程度越来越高，是国外工程洒水车的现状特点。国内洒水车发展较晚，受相应技术和法规的限制，整体水平远落后于发达国家。整体表现为：产品做工不精良，性能不够稳定，防腐性差，多功能和自动化程度不高，外型不够美观。但近几年来也出现了新工艺、新材料应用的新型环保洒水车，说明国内部分产商开始注重起整车的性能稳定和环保nts 6 性，同时开始出现对国外先进技术的吸收，使新工艺、新材料的应用及机、电、液一体化成为今后发展的另一方向。 nts 7 第二章洒水车的总体设计作为洒水车设计来说，应该属于整车设计的范畴，所以本设计应该是以总体设计开头的，只有总体设计（总体布置）做好以后才能在其原则方案中进行其他部件总成的设计。 2.1 总体设计要求一、洒水车设计的要求：作为一种专用车，其设计也应该符合专用车设计的要求。专用车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此，在设计上除了要满足基本车型汽车的性能要求外，还要满足专用车功能的要求： 1、专用车设计多选用定型的基本车型汽车底盘进行改装设计，一般选用二、三类底盘进行改装。 2、专用车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配：设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受影响。 3、专用车设计应考虑产品的系列化，以便于根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。对专用车零部件的设计，应该按“三化”的要求进行，最大限度的选用标准件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。 4、对专用车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产特点，要更多地考虑通用设备加工的可能性。 5、对专用车工作装置中的某些核心部件和总成，如水泵等，要从专业生产厂家中优选 6、要对一些重要的总成结构件进行强度校核。 7、应满足交通安全法规，了解掌握行业相应的规范、标准。专用车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求： 1、适用性：对各种专用改装车的总成应适用于汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装选型设计，例如各种取力器的输出接口。 nts 8 2、可靠性：所选的总成工作应可靠，出现故障的机率少，零部件要有足够的强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。 3、先进型：所选的底盘活总成，应该使得整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平，且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。 4、方便性：便于安装、检查、保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。还有：汽车底盘价格，它是专用车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受；汽车底盘供货要有来源。二、总体布置的原则：专用车总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件，使取力器装置、专用工作装置、其它附件与所选底盘构成相互协调和匹配的整体，达到设计任务书所提出的整体基本性能和专用性能的要求。其原则是： 1、尽量避免对底盘各总成位置的改变。 2、应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分的发挥。 3、应对装载质量、轴载质量等参数的估算和校核。 4、应避免工作装置的布置对车型造成集中载荷。 5、应尽量减少专用车的整车整备质量，提高其装载质量。 6、应符合相关法规的要求。三、总体参数的要求：总体参数包括总体布置参数和整车性能参数，在选用时应考虑其专用功能、使用条件等因素。外廓尺寸属于总体参数，我国法规规定：车辆高不超过 4m，车宽不超过2.5m，外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过 250mm，车长货车不超过 12m。轴距和轮距是影响汽车基本性能的主要尺寸参数。轮距则对汽车的机动性和横向稳定性有较大的影响，减少轴距可提高其通过性，但轴距过短，将导致制动或上坡时轴载质量转移增大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏。在设计洒水车时，其质心位置及轴载质量应满足以下条件：根据 JT701-88公路工程技术标准对各种汽车的轴载质量规定如下： nts 9 汽车最大总质量（ Kg） 10000 15000 20000 30000 前轴轴载质量（ Kg） 3000 5000 7000 6000 后轴轴载质量（ Kg） 7000 10000 13000 2 12000 轴载质量不得超过法规的规定。取力器传动比应根据水泵的转速、功率、和发动机外特性来选择，在满足水泵所需功率的前提下，选择较低的发动机转速和较高的发动机功率，这样发动机的燃油经济性会比较好。四、主车架改装注意事项由于本车结构的特点，为布置管路系统、水罐、水泵，工作台，需要对车架进行一些改装。车架是受载荷情况最恶劣的部分，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行驶时的动载荷。为保证主车架的强度和刚度，在改装车架时要注意一些基本的事项，具体要求如下：在车架上钻孔和焊接时，应避免在高应力区钻孔、焊接。车架的纵梁高应力区是轴距之间纵梁的下翼面和后悬上翼面。因为这些部位受力较大，钻孔和焊接易产生应力集中。对车架纵梁非高应力区进行钻孔时，应注意尽量减少孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和规范见图 2-1 和表 2-1。表 2-1 尺寸重型车中型车轻型车孔间距 A 70 60 50 B 50 40 30 C 50 40 30 孔直径 15 13 11 ABC图 2-1 nts 10 禁止在纵梁的边、角区域钻孔和焊接，因为这些区域极易引起车架早期开裂，严禁将车架纵梁和横梁加工的翼面加工成缺口形状。按照以上的要求，五吨洒水车属于中型车，在改装主车架的时候严格遵守以上的规范，保证主车架的强度和刚度。 2.2 各总成的布置或参数要求一、底盘的选取洒水车目前市场上还没有为之专门生产的专用底盘，故选用定型汽车二类底盘进行改装。根据任务书，要求设计五吨载重量的工程洒水车，而市场上现有汽车厂商供应的通用二类底盘中，有平头、长头类五吨汽车通用底盘。长头货车的优点有：发动机及其附件的接近性好，便于检修；满载时前轴负荷小，有利于在坏路面上行驶时提高其通过能力；发动机的噪声、气味、热量和振动对驾驶员影响小；正面碰撞时，驾驶员及前排乘员受到的伤害比平头货车好得多。缺点是：总长及轴距较长，转弯半径较大，机动性不好；整备质量大；驾驶员的视野不如平头货车；面积利用率低。平头货车的优点是：机动性好；整备质量少；视野宽；面积利用率高。缺点是：空载时前轴负荷较大，在坏路面的通过性变坏；进、出驾驶室不如长头货车方便；发动机的工作噪声、气味、热量和振动对驾驶员等均有较大影响；正面碰撞时，易使驾驶员和前排乘员受到严重伤害的可能性增加。为秉承以人为本的原则，增强驾驶员和乘员的舒适及安全性，本设计选用长头式货车进行改装设计。经查资料筛选，选取东风长头 EQF140 中型货车底盘。东风 EQF140 货车底盘的上户吨位为五吨，相关尺寸和技术参数如下： 1、一般数据：驾驶室座位数 3 装载质量 5000kg 外形尺寸：总长 6910mm 总宽 2170mm 总高 2370mm 轴距 3950mm nts 11 2、使用数据：最高车速 90km/h 最大爬坡度 15 38（ 28） 3、发动机参数：最大功率 135PS/3000r/min 最大扭矩 36kgf m/1200-1400r/min 4、底盘结构参数：变速器：型式与排挡数五个前进挡、一个倒车挡，二、三、四、五挡装有锁环惯性式同步器各挡变速比：一挡 7.31 二挡 4.31 三挡 2.45 四挡 1.54 五挡 1.00 倒挡 7.66 排挡位置驱动桥减速比 6.33 车架结构型式边梁式纵梁断面尺寸 235 80 6.5 车架上平面离地面高度 805mm 车架纵梁宽 861mm 轮胎型式普通帘线宽轮车用轮胎规格 9.00-20-10 气压前轮普通轮胎 4.0kgf/ 2cm 后轮普通轮胎 5.3kgf/ 2cm nts 12 轮辋 7.0-20 等辐盘式二、变速器参数的要求根据洒水车洒水量的要求，原装底盘的变速器的相应挡位下的速度是不能满足其要求的，所以要对原变速器的一、二挡（洒水工作挡）进行速比改装设计。洒水车变速器改装的目的就是要根据洒水量的要求，通过增加原变速器一、二档的传动比，从而降低车速，通过取力器给泵传递功率，达到洒水的目的。三、取力器参数的要求取力器是水泵的动力传递源，它由变速器传出的速比及扭矩同样关系到整车洒水工作性能能否达到任务书的要求。一般取力器的布置有前置式、中置式、后置式，本设计则确定采用中置式，即取力器布置在变速器的上，从变速器的中间轴上取力。取力器的最终传动转速要求为 1000 r/min,即水泵要求的转速。四、水罐参数的要求水罐的容积关系到本车设计要求的装载水的吨位问题，所以要对它的要求是上户吨位为五吨，实际要求为 5-8 吨。由于所选车型底盘的特点，要求水罐在保证装载容积的前提下，其长度不超过 3940mm，宽不能超过 2500mm，它置于底盘之上时的高度不能超过 4000mm.其联接副车架应与管道系统的走向进行相应的配合，开出水管通过的口子。五、管道系统的布置及要求洒水车要求前面有能向两边同时提供路面冲洗的喷头，后部要求有位于车两边的同时提供喷水的喷头；以及一个能提供可以在喷射柱状和雾状水之间进行调节的射程大于 40m 的人工操作水炮（喷枪），使其能提供冲洗、雾化喷药、和消防功能。 nts 13 第三章车架的改装设计车架的改装设计要求对整车的质心进行确定从而进行轴载质量的校核，车架强度的校核，后悬架强度校核及轮胎负荷的校核；还包括对相应与车架联接部件的联接设计。 3.1 整车质心的计算 3.1.1 各总成质量的估算一、作台质量的估算：（ 1）工作台底板选用 GB3277-1991 扁豆花纹钢板，其厚度 mm0.5 ，其理论质量为 2/5.40 mkgW ,则其质量为 kgm 7.45105.402)8080190550(10301000 61 （ 2）工作台护拦钢管选用 GB13793-1992 直缝电焊钢管，小管外径 D=15mm，厚度 mm0.1 ，其理论质量 mkgW /345.0 ；大管外径 D=25mm，厚度mm0.1 ，其理论质量 mkgW /592.0 ，则其质量为 59 2.0)103.117 5.099 5.023.027.0473.0(2m 34.0)3.019.027.02535.069.0( kg0 6 6 2 9.62 5 9 2 5.18 0 7 0 4.4 （ 3）工作台支撑梁选用 GB6723-1986 冷弯等边槽钢，腰高 H=180mm，厚度mm0.4 ，翼宽 B=80mm，其理论质量为 mkgW /184.10 ，长 L=750mm，两根，其质量为 kgm 276.15184.10275.03 则工作台的总质量为 kgmmmm 1.672 7 6.150 6 6 2 9.67.45321 其质心位置定于距工作台尾部边缘 400mm 的中心线上。二、水罐质量的估算：水罐外型为椭圆状截面，其长轴 a=2000mm,短轴 b=1200mm,水罐长mml 3740 ,厚 t=6mm。其体积为： nts 14 1 2 0 02 0 0 0)121 2 0 0)(122 0 0 0(43 7 4 0)2)(2(441 abtbtalablV 31132.0 m 边缘封板及隔板体积： 32 0 4 5 2.061 2 0 02 0 0 044 mabtabtV 水罐采用 Q235 钢板制造，其密度是 3/85.7 cmg 水罐质量为 kgVVVm 44.1243)0452.01132.0(1085.7)( 3211 水罐总成的质量是水罐加上副车架和工具箱的质量，取其他部分质量为75kg，则水罐总成的质量为： kgm 44.1 3 1 87544.1 2 4 3 3.1.2 质心的计算与轴载质量的分配：由于选用的 EQF140 型底盘提供的数据资料是其原装货车的参数，故得分别对其原车和除去货抖之后的质心及轴载质量进行计算和校核 r e a rf r o n t图 3-1 空车的载荷分布如图 2-1 所示，其中，汽车货抖质量 G2 1000kg，汽车底盘质量 G1 3080kg，前轴承载质量 N1 = 1930kg, 后轴承载质量 N2 = 2150kg, 货抖质心距后轴轴线水平距离 x2=1970mm, 底盘质心距后轴轴线水平距离为 x1, 轴距 L=3950mm。 nts 15 由力矩平衡得 LNxGxG 12211 得 mmG xGLNx 1 8 3 63 0 8 0 1 9 7 01 0 0 03 9 5 01 9 3 012211 去掉货抖之后的底盘轴载质量分配情况如下： r e a rf r o n t图 3-2 由力矩平衡得 111 xGLN 得 kgL xGN 14323950 18363080111 kgNGN 1 6 4 81 4 3 23 0 8 0112 表 3-1 洒水车各总成、部件位置及自身物理特征参数：序号总成名称 0im （ kg） iy （ mm） ix （ mm） 1 3 人 +随车工具 65 3+15=210 1222 1034 2 底盘 3080 840 2114 3 水罐总成 1318.44 1710 3140 4 工作台总成 67.1 841 5666 5 水泵总成 50 650 2300 6 取力器总成 30 800 900 7 备胎 170 500 4880 nts 16 8 前部水管 18 550 650 9 水泵附近水管 15 940 2200 10 后部水管 25 840 5881 0im为各总成部件在装备好的质量，iy为各总成或部件质心离地面的高度，ix为各总成或部件质心距前轴轴线的水平距离，加上额定装载质量的水 5 吨后对其进行质心的计算和轴载质量的计算及校核。由以下公式可以求得整车的质心高度和水平位置： 001 i iim xml(3-1) 00i iig m ymh(3-2) 示中：1l为整车质心距前轴的水平距离 gh为整车质心的离地面的高度计算得 23 005056 661.6731 4088.63 1821 1430 8010 3421 00 ii xm2.2 8 1 1 1 6 7 55 8 8 1252 2 0 0156 5 0184 8 8 01 7 09 0 030 kgm i 54.99 8325151817 030501.6744.63 1830 8021 00 mmm xmliii 8.281554.99832.2811167 5001 则后轴载质量由力矩平衡原理可得 12 GlLN 求得 kgLGlN 9.71153950 8.281554.998312 则后轴分配的载质量系数为 %3.7154.9983 9.711622 GN则前轴为 %7.281 21 满足专用车设计中要求的对长头货车前轴分配轴载质量不小于 25%的原则，同时也接近汽车设计中对长头货车满载时的前轴载质量占 25%27%的要求，所以本车轴载质量是合理的，其总体布置算是成功的。 nts 17 由式（ 3-2）可求得整车的质心高度： 650508411.67171 054.631 8840308 0122 22100 ii ym 5.1 3 8 6 9 6 8 384025940155501850017080030 mmm ymhiiig 26.138954.99835.13869 68300 为保证汽车在行驶时的安全稳定性，不发生侧翻要求 ghB2；保证汽车不发生纵翻，要求 ghL2 。其中： B 表示汽车的轮距 2L表示汽车质心到后轴中心的距离 gh表示汽车质心高度表示路面附着系数，一般取 =0.70.8 B=2400 mm, 取 =0.75， 2L =1134.2 mm 则由上两式可得： 75.0224002 gg hhB 求得 mmhg 160075.02.1 1 3 42 gg hhL 求得 mmhg 26.1512由前面质心的计算结果可知，整车的质心高度 mmmmmmh g 160026.151226.1389 因此满足不发生侧翻和纵翻的质心高度要求。 3.2 车架的改装设计 3.2.1 车架联接件的设计一、水泵支座联接的设计与强度校核： 1螺栓结构的设计：采用如图 3-3 所示的结构，螺栓数 z 4，对称布置。 2螺栓的受力分析： nts 18 (1).支座采用 6mm 厚的热轧钢板冲压而成，由 GB709-1988 查得其理论质量 W 47.1kg/ 2m , 横（纵）板质量为2m=(350 200+350 20 2) 47.10=3.9564kg 水泵在出厂之前都进行过动平衡实验，故不考虑水泵本身工作时其旋转件的离心力冲击，即不考虑水泵自身旋转件给水泵支座与车架相联接的螺栓组的轴向力。但是由于水泵工作时，流过水泵的水流的不均匀性，应适当考虑一定的离心冲击力，也就是给螺栓组的轴向力，水平向右，作用于螺栓组中心，以 5% 图 3-3 的重力计hF=G 5%=50 9.8 5%=24.5 N 横向力（作用于结合面，垂直向下） vF=1mg +2mg =(50+2 3.9564) 9.8=567.5 N 翻转力矩（逆时针方向） M=1mg (140+2170)+ 2mg 2350=50 225 9.8+3.9564 175 9.8=7275.2 N mm (2).在轴向力的作用下，各螺栓组所受的工作拉力为 aF= hFz=24.5/4=6.125 N (3).在翻转力矩 M 的作用下，下面的螺栓受到加载作用，而上面两螺栓受到减载作用，故下面的两螺受力较大，所受的载荷为 nts 19 maxF=ziiLML12max(3-3) 其中maxL表示螺栓中心到螺栓组的旋转中心线的最大距离，iL表示各螺栓到螺栓组的旋转中心线的距离 maxF=ziiLML12max=2504502.7275 36.376 N 所以下面的螺栓所受的轴向力工作载荷为 maxFFF a 6.125 36.376 42.501 N (4).在横向力vF的作用下，侧面联接接合面可能会产生滑移，根据侧面不发生滑移的条件 vsmb m FKCC CzFf )( 0(3-4) 由机械设计查得接合面为轧制表面的摩擦系数 3.0f ,并取螺栓联接的相对刚度mbbCC C=0.2 ，则mbmCCC= 8.01 bm b CC C，取防滑系数sK=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为 )(10 hmbbvs FCC CfFKzF = )5.248.03.0 5.5672.1(41 =572.4 N （ 5）下面两个螺栓每个螺栓所受的总拉力为 2F ，按公式 FCC CFF mb b 02可以求得，即 FCCCFFmbb 02=572.4 + 0.2 42.501=580.9002 N 3.确定螺栓直径选择材料为 Q235，性能等级为 4.6 级的螺栓，由机械设计查得材料的屈服极限 240s Mpa，查得螺栓联接在静载荷情况下， M6M16 的安全系数 S=54，取 S=4，故螺栓材料的许用应力 =Ss=4240=60Mpa。 nts 20 根据公式3.14 21 Fd 可以求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径 1d ）为 3.14 21 Fd = 60 9002.5803.14 = 4.003 mm 考虑到洒水车行驶至有一定不平度的路面产生颠簸冲击，故应适当选用大的螺栓尺寸，按照粗牙螺纹标准（ GB196-81），选用螺纹公称直径为 d=12 mm（螺纹小径1d=10.106 mm4.003 mm）。 4校核螺栓组联接接合面的工作能力（ 1） .联接接合面上端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎，由下面公式可求得 WMCCCzFA mb bp )(10m a x（ 3-5） 62352002.7275)5.246.0175.5714(23520012004.00483.0 0523.0 Mpa 由机械设计查得 1922408.08.0 sp Mpa max pp ,故联接接合面上端不致压碎。联接接合面下端应保持一定的残余应力，以防止支座受力时接合面间产生间隙，即 0min p，根据公式（ 3-5-a）可求得 WMFCC CzFA hmb bp )(1 0m i n（ 3-5-a） 004.00483.0 0443.0 Mpa 0 故接合面下端受压最小处不会产生间隙。 5校核螺栓所需的预紧力是否合适对碳素钢螺栓，要求 10 )7.06.0( AF s 已知 MPas 240 ， 22211 2 1 4.801 0 6.1044 mmdA ，取预紧力下限，nts 21 即 NAs 8.11550214.802406.06.0 1 要求的预紧力 175.5710 FN，小于上值，故满足要求。每组两个螺母 GB6170-86 M12 选取螺栓 GB5782-86 M12 45 选取两个螺母与螺栓配套，既可以省去考虑垫圈的程序，也可以实现对顶螺擦防母的摩松。二、水泵进出口附近水管支架联接的设计与强度校核 1结构的设计：采用如图所示的结构 ,螺栓数 z = 2 G图 3-4 2螺栓的受力分析：（ 1）在总载荷F的作用下 ,螺栓组联接承受以下的力和力矩的作用：由于此处附近水管有三处分别与水泵进水口、水罐、车架相连，可视为定位和固定，使得水管对螺栓组无轴向力的施加，而只受横向力（作用于接合面，垂直向下）和倾覆力矩（顺时针方向）。横向力 NmgF v 1478.915 倾覆力矩 NmgM 29400200147200 （ 2）在倾覆力矩 M 的作用下，上面螺栓受到加载作用，而下面的；螺栓受到减载的作用，故上面的螺栓受力较大，而受的载荷按公式（ 3-3）计算，nts 22 其中maxL表示螺栓中心到螺栓组的旋转中心线的最大距离，iL表示各螺栓到螺栓组的旋转中心线的距离 NLMLFzii196752 7529400 212m a xm a x 故上面的螺栓所受到轴向工作载荷为 maxFFF a = 0 +196 =196 N （ 3）在横向力vF的作用下，底板联接接合面可能产生滑移，根据底板不发生滑移的条件 vsmb m FKCC CzFf )( 0由机械设计查得接合面为轧制表面的摩擦系数 3.0f ,并取mbbCC C=0.2 ，则mbmCC C= 8.01 bm b CC C，取防滑系数sK=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为 NFCCCfFKzF hmb bvs 294)08.03.01472.1(21)(10 （ 4）上面螺栓受的总拉力为 NFCCCFFmbb 2.3331962.029402 3.确定螺栓直径选择材料为 Q235，性能等级为 4.6 级的螺栓，由机械设计查得材料的屈服极限 240sMpa，由机械设计查得螺栓联接在静载荷情况下，M6M16 的安全系数 S=54 ，取 S=4 ，故螺栓材料的许用应力 =Ss=4240=60Mpa。根据公式3.14 21 Fd 可以求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径 1d ）为 nts 23 3.14 21 Fd = 60 2.3333.14 = 3.03 mm 考虑到洒水车行驶至有一定不平度的路面产生颠簸冲击，故应适当选用大的螺栓尺寸，按照粗牙螺纹标准（ GB196-81），选用螺纹公称直径为 d=12 mm（螺纹小径1d=10.106 mm3.03 mm） 4校核螺栓组联接接合面的工作能力（ 1） .联接接合面上端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎，由公式（ 3-5）得 WMCCCzFA mb bp )(10m a x6235402 9 4 0 0)08.02942(2354012079.00626.0 1416.0 Mpa 由机械设计查得 1922408.08.0 sp Mpa max pp ,故联接接合面上端不致压碎。联接接合面下端应保持一定的残余应力，以防止支座 0 受力时接合面间产生间隙，即 0min p，根据公式（ 3-5-a）求得 079.00626.0 0 故接合面上端受压最小处会产生间隙，故应加大预紧力，由 0)(1 0m i n WMFCC CzFA hmbbp得 .742023540079.00 mbb CC CWMAF6 N 取 .7440 NF 下端螺栓 )23540 6294007432(23540 1)(1 20m i n WMFCC CzFA hmbbp WMFCCCzFA hmb bp )(10m i nnts 24 M P a23.008.01 5 8.0 p=192 pa 从而保证下端接合面无间隙 5校核螺栓所需的预紧力是否合适对碳素钢螺栓，要求10 )7.06.0( AF s已知 MPas 240， 22211 2 1 4.801 0 6.1044 mmdA ，取预紧力下限，即 NAs 8.11550214.802406.06.0 1 要求的预紧力 7440 FN，小于上值，故满足要求。每组两个螺母 GB6170-86 M12 选取螺栓 GB5782-86 M12 45 选取两个螺母与螺栓配套，既可以省去考虑垫圈的程序，也可以实现对顶螺母的摩擦防松。三、工作台支撑梁的联接设计与校核螺栓组受力分析：由于工作台的结构知，工作台由两根支撑梁支撑，故可简化为对一根支撑梁进行分析。如图 3-5 所示，转矩为 mmNmgGT 25.2 1 1 8 8 82/8.93 5 0)25652 1.67(2/3 5 02/)4 0 07 5 0(作用在联接接合面内，在转矩 T 的作用下，接合面支撑梁的底板将绕通过螺栓组中心 O 并与接合面垂直的轴线转动。为了防止它的转动，可以采用普通螺栓联接，也可以用绞制孔用螺栓联接。其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同。采用普通螺栓，此时靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩 T。假设各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力均为 F，则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，并假设此摩擦力集中作用于螺栓中心处。为阻止接合面发生相对转动，各摩擦力应该与各该螺栓的轴线到螺栓组对称中心 O的连线（即力臂 ir ）相垂直。根据作用在底板上的力矩平衡及联接强度的条件，应该有 TKrrrrfF s )( 43210 nts 25 O图 3-5 由上式可得各螺栓所需的预紧力为 ziissrfTKrrrrfTKF143210 )(（ 3-6）示中： f 表示接合面的摩擦系数； ir表示地 i 个螺栓的轴线到螺栓组对称中心 O 的距离； z表示螺栓数目； sK表示防滑系数，sK=1.11.3。取sK=1.2 ， f =0.3 ， mmrrrr 27.67901 0 021 224321 则预紧力为 NrfTKrrrrfTKFziiss 8.314927.6743.025.21188 82.1)(143210 螺栓危险截面的拉伸强度条件为 43.1210 dFcaMPa60 nts 26 可得 mmFd 322.960 8.314943.1 43.1 01 考虑到工作中由于路面不平造成的颠簸冲击力，根据粗牙普通螺纹标准（ GB196-81 ），选用螺纹公称直径 mmd 16 ( 螺纹小径mmmmd 32 2.983 5.131 )。为达到防松效果选配两个螺母与一个螺栓组合。螺栓为 GB5782-86 M16 55 螺母为 GB6170=86 M16 由专用车设计知，对车架钻孔的限制仅限于对车架承载区，由本车底盘结构可知，工作台处在非承载区，故对于其要求的在承载区钻孔孔径10.46mm） ,由于车架纵梁的结构与标准 U 型螺栓的样式不能匹配，故选用标准双头螺柱进行相应弯曲： GB-88 M20 550-Q 五、止推联接板工艺分析：图 3-6 此联接样式是目前较为新颖的板式联接，与大梁联接的部分采用四组螺栓各分两组紧固在大梁侧面，它与上装副梁联接部分为图示形状。在与上装副梁焊接后，相对于直接用矩形板焊接的长度要长，故上装联接牢固可靠，其外型也很美观。在板的下侧中间部位预留两孔，可视上装要求考虑是否增加联接螺栓，同时也起到车辆行驶颠簸时板自身应力的释放。此联接件为板式原料， 45钢，其外型需采用冲压成型，所以其主要加工部分为六个孔的钻取。以其竖直对称线为工艺基准，用自动对心夹紧机构夹紧板的左右侧面，此时定位基准和工艺基准重合，无基准不重合误差。热处理为调质。 nts 29 工艺流程为：冲压钻 6 个孔 mm11 热处理检验入库 3.2.2 车架强度的校核：在所有总成都已经设计好以后，要根据他们各自的分布情况，对车架进行强度的校核。将前端横向水管、工作台处水管、水罐不计入整车时，对其进行轴载质量的分配计算得： 103 4210220 015488 017090030230 050211 4308 00 ii xm =7732860 kgm i 355 5210151703050308 00 3555773 28 6

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