车辆工程毕业设计13RL5090背式清障车改装设计说明书.doc
车辆工程毕业设计13RL5090背式清障车改装设计说明书
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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计13RL5090背式清障车改装设计说明书,车辆工程毕业设计论文
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1 第 1章 绪 论 1.1 研究本课题的目的和意义 随着经济的发展伴随着宽敞的道路、穿流不息的车辆和有序的交通管理系统，已成为现代都市的一种景观。这种有序是千千万万管理或参与交通行为的人共同维系和创造的，但由于各种复杂的交通环境和人为因素影响，各种交通事故仍然频频不断地在城市的不同路段发生，而且所呈现的状况也不尽相同。大多数情况下，车辆因碰撞或侧翻会导致不同程序的破坏，丧失行驶功能而抛锚。有的车辆或因自身原因在行车道上抛锚，或违章停车。这些情况都将会严重阻碍交通。因此，及时将这类车辆清理拖离现场，尽快恢复交通秩序，保障交 通安全已成为摆在交通管理部门面前的首要任务。以往对交通事故肇事车辆的清理，采用的都是比较原始笨拙的办法，或靠人力肩扛手抬，或临时找其它车辆生拖硬拽。对一般办法处理不了的肇事车辆，如大型重载车辆，只有请搬运公司的吊车加平板车联合作业才能应付。这些办法既费工费时，又严重影响了正常车辆通行，处理不当还会触发新的交通事故。随着城市车辆剧增，车流密度加大，传统的清障作业方法已不能 适应 现代城市交通安全管理的需要。道路清障车，一种专门用于处理肇事车辆的车辆，正是 适应 这种需要而诞生的产物。 在经济发达国家，随着道路交通和汽 车工业的发展，用于处理交通事故的专用车辆已经发展到比较成熟可靠的阶段，而且各种车辆和装备都达到了一个比较合理的比例。在我国，道路清障车还是近几年为 适应 高速公路的发展和城市交通安全管理的需要而出现的一种新型专用车辆。国家科技攻关项目 “高速公路紧急救援装备车的研制 ”，正是把握了交通安全管理这一脉博，为高速公路交通安全管理乃至城市交通安全管理起到了良好的引导作用。清障车的首要任务，就是要能把各种状态下的肇事车辆清离出事故现场。目前普遍采用的作业形式，是利用清障车尾部设置的起重托臂、附加托叉挂钩等装置，将肇事车辆的 前端或后端托起，利 用 肇 事车辆尚能行走的后轮 (或前轮 )，将肇事车辆拖离现场。对前后轴均已损坏的车辆，则可利用辅助行走装置，将肇事车辆的前轴 (或后轴 )垫起，替代原车行驶。对于豪华型轿车，为了保证拖车作业过程中不损坏原车，清障车通常还带有一套轮胎托举装置，以实现柔性作业。 1.2 道路清障汽车定义、组成、功用 道路清障汽车自上世纪初诞生以来，不断发展，日趋完善。已经是专用车中一个nts 2 大家族，根据其中作业能力，清障汽车可分为轻型，重中型及超重型；根据结构形式区分，道路清障汽车可分为臂架起重机型清障汽车，门架叉式清障汽车，简单叉 式清障汽车和背式清障汽车四个基本类型；从吊臂的作业功能来分，清障汽车有吊臂旋转型清障汽车，托臂负载折叠型，吊臂滑动型及吊臂固定型。从托臂的作业功能来分清障汽车有托臂负载折叠型，托臂折叠型，及托臂不折叠型；从整车结构来分，清障汽车有单功能型，双功能型及多功能混合型。典型清障车结构如图 1.1。 。 图 1.1 臂架起重机型清障车 臂架起重机型清障车 (简称臂架式清障车 )是清障车中最主要的一种类型，占全部清障车的 90%以上。臂架式清障车是在一类通用汽车底盘上驾驶室之后，纵向安装一台专用液压起重臂架，起重 臂呈 “之 ”字形，臂根铰接于车架中部，臂端紧贴车架尾部，极限位置接触地而，两支 腿 行程约 500mm 的举升油缸控制臂架做以铰点为圆心的俯仰运动，可实现对事故车辆的托起动作。清障车的起重臂架无须水平回转，臂架只在通过车辆纵轴线的垂直平而内做小范围的旋转运动，所以臂架受力简 支梁 ，强度要求较低，但应具有较大刚度。由于臂架无回转要求，整车制造成本大为降低。在臂架末端的摆动臂内装有小油缸驱动的可伸缩叉梁副臂，叉梁副臂外端可安装叉式拖架等起重属具，当臂架在举升油缸驱动起升时可以方便快捷地抬起事故车辆的前桥或后桥，固定后即可拖 离现场，实现清障目的。 1.3 国内外道路清障汽车的发展概况 1.3.1 国内 清障车市场 情况 我国清障车产业起步于 20 世纪 80 年代末。近 20 年来，我国清障车行业经历了整车引进、吸收仿制到自主研发的过程。随着我国城市交通与高速公路的快速发展，国产清障车的技术水平、制造工艺已取得突破性进展，形成了产品多功能化、智能化、人性化的技术特点，上装 (专用机构 )具有采用新材料、模块化设计和专用设备制造的nts 3 工 艺特点。我国一此企业通过采用专用设备和模块化设计，实现了清障车的流水线生产，产量提高，成本降低，并有一定上装产品出口。包括国有企业，日前我 国清障车生产企业有 10 家左右，生产 2 60t。 100 余个不同型号和规格的清障车产品。据悉，国内日前最 大 吨位的清障车为 48t，产品投入市场后很受欢迎我国自主开发的 60t 级清障车也已实现销售， 80t 级清障车的开发已开始筹划。可以说，国内清障车的设计与市场开发已进入一个新的时代。 1.3.2 国外 清障车 市场情祝 清障车创始于公路交通非常的国家，早在 20 世纪 50 年代美国就生产出第一辆清障车。当时这种车还比较简单，靠机械传动带动卷扬机，拉杆支撑，故障车一端被吊起拖离现场；往往采用自制底盘，功能较单一，这是清障车发展的第 1 阶段。第 2 阶段，以引入液压传动与控制技术为标志， 20 世纪 70 年代第一批采用全液压传动的清障车生产出来，涌现了一批著名的清障车企业，如美国的 ENTURY、 CHALLENGER、JERR-DAN、 WRECKER，奥地利的 EMPL、 日本的 TOKYU、 加拿人的 NRC。这一阶段的清障车技术和生产得到很大发展，首先是系列品种、规格增多，结构形式多样化，其次是所用专用底盘、二类底盘多样化。大型清障车最大为 4 桥。第 3 阶段，结构多样、功能齐全，具有托举、起吊、拖拽、牵引、背拖、破拆、清洁、维修等功能。第 4 阶段，工作能力更 大 ，拖举能力 最 大 达 25t， 拖牵能力达 48t， 起吊能力达 40t。第 5 阶段，操作方式更先进，工作环境更 舒适 。国外，专用底盘用户向底盘生产商供货时，后者会给前者一个软件，用户可据需在软件上对底盘布局进行修改，后者再根据用户的修改生产专用底盘。此外，还有专门的清障车底盘改装厂。按目前我国清障车销量约为国外的 1/10 推算，国外清障车年为需求 2 万辆。 1.4 道路清障汽车发展方向与前景 “十一五 ”期间，我国公路建设继续保持快速发展，以 “五纵七横 ”为主骨架的公路网将相继形成。 2010 年我国高速公路通车总里程将位居世界第 2 位。各省市高速公路争 相突破 1 000 km。公路的快速发展为清障车提供了良好的发展环境。我国汽车保有量近年来增民迅猛，给道路交通带来了很大压力，交通事故频发，许多城市道路交通拥挤不堪。所以，近几年各城市道路清障车的采购量逐年增长 。 2000 年至今，上海市新增近 1 680 辆，北京市新增近 2 000 辆，近 2 年广州市每年新增 300 多辆，江浙等地的增幅也较大。近 2 年沿海地区城市与当地部队靠近台湾地区采购了大量大吨位清障车。除了新修道路需要配备清清障车以外，还有大量老旧清障车等待更新。专家统计，清障车因使用频繁 5 年一换新。 道路救援工作社 会化使道路清障车市场扩展。上海从nts 4 2000 年 9 月建立 “清障施救协作网 ”，逐步推进清障救援的社会化、规范化、专业化和市场化 ； 为此，上海的交巡警支队全部退出了清障施救网络，将全部清障牵引车辆拍卖给了社会施救单位，车辆牌号换成地方牌号，交巡警变为管理者。近年广州交通集团交通拯救公司的成立，也掀开了广东道路救援上作社会化的序幕。 道路清障上作社会化、市场化之后，受委托的清障施救公司在交警部门的指导下，按照城市发展规划要求，完善施救网络，参与有序竞争，会考虑增加新的设备 ； 同时，也会通过招标方式选择技术含量高、质量好、价 格低、服务到位的产品和企业。 未来几年需求量预测，近年来，我国清障车有了一定发展，但功能齐全、外形 外观的清障车还较少，尤其是道 路 清理各级公路及城市道路肇事、故障车辆及违章停放车辆的清障车的缺口还很大。有专家预测，未来几年，我国清障车年需求量约 2 3002 500 辆，其中： “ 拖吊 ” 和 “ 旋转 ” 型 1 300 1 500 辆， “ 平板 ” 和 “ 升降平台 ” 型1100 1300 辆。预计 “ 十一五 ” 期间总需求量继续稳步增民，年均增民率约 15%。 1.5 本设计的主要内容 本设计的目标是设计一种载重 3t 的道路清障汽车。 本次道路清障 车装备有 平板 和液压 液压绞盘 两套装置。因此本设计主要研究的内容有： 总体布置 ， 进行二类底盘选型分析、副车架和 液压绞盘 的设计计算、卷筒的选取计算、液压传动装置设计计算 选型 ， 然后进行车辆的总体布置和性能分析，并用总布置 图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。 nts 5 第 2章 道路清障 车 结构方案分析 道路清障汽车装备有托举机构和液压卷筒两套装置，它能将车平移举升到一定高度后拖走。 对道路清障车进行改 装设计，一般应满足以下设计要求： （ 1） 具有一般清障汽车的功能 ； （ 2） 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度 ； （ 3） 拖拽功能 ； （ 4） 牵引功能 ； （ 5） 起吊功能 ； 2.1 方案一 四门架叉式清障车 2.1.1 结构 门架叉式清障车使用普通卡车改装，视不同起重吨位，可选用轻卡、中卡及重型卡车改装，只需制作一副起重门架，增加一套简单的液压系统即可改装完成。起重门架铰接在汽车底盘纵梁尾部，小型液压系统安装在汽车发动机功率输出端，利用汽车发动机的动力驱动油泵，提供清障作业时起重油缸和偏转油缸的动力图 2.14。 起重门架是矩形焊接结构件。以中型门 架为例，其轮廓尺寸 (长、高、厚 )为 1 200、 1 800、150mm，包括外门架 (图 2.15)和内门架 (图 2.16a)。内门架在外门架内滑动，山起重油 图 2.10 RL5090 背式清障车 nts 6 图 2.11 RL5090 背式清障车 工作过程 图 2.12 RL5090 背式清障车 运输状态 图 2.13 RL5090 背式清障车 缸控制内门架的升降。在内门架上装有叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁 (图 2.16b、 c、a)，用于托起事故车辆。整个起重门架能在偏转油缸作用下做小角度偏转。作业时将叉架伸入事故车辆前轮 (或 后轮 )，固定后，举升油缸驱动内门架上升即可抬 起事故车头 (或车尾 )，将事故车拖离现场。 图 2.14 门架叉式清障车 nts 7 门架叉式清障车的设计思想源于装卸用门架式叉车，其作业过程与叉车的作业过程极为相似。不同的是，叉车内门架行程大，一般达到 2m，而叉式清障车的内门架行程只 300mm。叉车由于输送距离短，一般利用门架偏转油缸使货物贴紧门架即可，不需捆绑货物，而叉式清障车输送距离长，应考虑捆绑锁紧方式。 2.2 方案二 RL5090 背式清障车 道路清障车 RL5090 背式清障车 道路清障车在作业时应十分注意对事故车辆的保护，特 别对一些新车、高档轿车应避免因为作业中的捆绑、挤压以及运输中的碰撞造成对事故车辆机件及外观上进一步的损伤。除采用文明作业方式外，还应在作业方法上 给 以注意，包括使用垫层、软接触、选择拖运部位、使用专用属具及注意拖行车速等多方而。 如果采用上述方法仍不能实现无损输送，就应选用 RL5090 背式清障车 如图 2.10， RL5090 背式清障车 能够最大限度地保护事故车辆。 RL5090 背式清障车 外形上类似自行平板车如图 2.11，具有一般平板车不具备的工作台翻转能力，运动形式类似翻斗卡车。 RL5090 背式清障车 在工作平台前 部装有液压传动钢丝绳卷扬机构，是装车卸车的动力来源。工作原理 :在二类通用汽车底盘上装有用油缸、连杆和底盘相联接的工作平台，工作平台、汽车底盘、翻转油缸及连杆共同构成在汽车纵向垂直平而内的四杆机构。当翻转油缸伸出时，工作平台平缓地后移和翻转，平台末端落地，与地面成 11 22角，位于事故车正前方。 2.2.1 装车作业过程 清障车以车尾接近事故车，翻转油缸工作使工作平台后翻落地。开动液压卷扬机构，用钢丝绳连接事故车辆的前桥 (也可连接事故车辆后桥，以倒拉方式装车，本文和图示均按正拉方式叙述，如图 2.11)，开动卷扬机，事 故车被缓慢地拉上平台，驱动翻转油缸，工作平台复位，固定事故车辆后即可实现无损输送如图 2.12。为了便于曳引事故车辆，可在工作平台上设置两条纵向由排列紧密的多支平行滚子组成滑道，使牵引阻力降低，即使前后桥均己损坏，车轮不能转动的车辆也能轻松装卸如图 2.13。到达目的地，卸车过程是装车过程的逆过程。 RL5090 背式清障车 的最大优点是实现了无损输送，这是臂架式清障车和门架叉式清障车难以做到的。 RRL5090 背式清障车 对前后桥均己损坏，不能拖行的全损车辆也能施救作业，此外， RL5090 背式清障车 可实现长途运输， 车速不受限制，而其它清障车在拖行时的速度低于 25km/h。 RL5090 背式清障车 的缺点是作业时间较长，尤其是装车时间较长，这一点对于繁忙路段的清障是不利的， RL5090 背式清障车 的成本也略高于其它类型清障车。 nts 8 2.3 方案三 臂架起重机型清障车 臂架起重机型清障车简称臂架式清障车是清障车中最主要的一种类型如图 2.7，占全部清障车的 90%以上。臂架式清障车是在一类通用汽车底盘上驾驶室之后，纵向安装一台专用液压起重臂架，起重臂呈 “ 之 ” 字形，臂根铰接于车架中部，臂端紧贴车架尾部，极限位置接触地而，山两支行程约 500mm 的举升油缸控制臂架做以铰点为 圆心的俯仰运动，可实现对事 故车辆的托起动作。清障车的起重臂架无须水平回转 ，臂架只在通过车辆纵轴线的垂直平 面 内做小范围的旋转运动，所以臂架受力简 支梁 ，强度要求较低，但应具有较大刚度。由于臂架无回转要求，整车制造成本大为降低。在臂架末端的摆动臂内装有小油缸驱动的可伸缩叉梁副臂，叉梁副臂外端可安装叉式拖架等起重属具，当臂架在举升油缸驱动下起升时可以方便快捷地抬起事故车辆的前桥或后桥，固定后即可拖离现场，实现清障目的。 图 2.7 臂架起重机型清障车 2.3.1 基本类型 所有臂架式清障车的基本结构是相似的，如果进行分类的话，只能从臂架形状和是否装有起重副臂来区分。在臂架形状上，轻小型清障车多采用直线梁臂架如图 2.8，中重型清障车有采用曲线梁的如图 2.9，是否装有起重副臂是指在起重臂架主梁内可套装一节可伸缩起重副臂 (参看图 2.8)，起重副臂端部装有钢丝绳滑轮，可用于简单的起重作业，以扩大清障车的工作范围。例如将翻下路基、掉到沟里或水中的失事车吊起或曳引送回地面，再用叉式拖架抬起拖走，或将翻滚的事故车扶正等。当要求起重或牵引功能时，应在起重臂架根部安装钢丝绳卷扬机构，用液压马达 驱动，使用吊钩或直接用钢丝绳捆绑作业，安装了起重副臂的清障车明显扩大了使用范围。 2.3.2 主要结构 2.2.3 起重臂架总成 起重臂架总成是清障车最重要的部分，也是基本工作装置，其功能是将事故车头抬起、nts 9 固定，以达到拖离现场排障的目的。如果遇到后桥严重损毁而前桥正常的事故车辆则采用倒拖，即托起后轮退行。遇到前后桥均损坏时应使用 RL5090 背式清障车 ，也可以托起前轮，同时在后轮下垫装滑板。主臂架为 “ 之 ” 字矩形截面箱型梁，由主臂、垂直副臂、摆动臂及摆动臂内套桑着的叉梁副臂构成，主臂架总成还包括两支主臂架举升油缸、摆动臂 油缸、叉梁副臂伸缩油缸共七部分组成。兼有起重机功能的起重臂架总成还包 主臂 举升油缸 起重副臂 摆动臂 叉梁副臂 图 2.8 带起重副臂的直线梁起重臂 图 2.9 曲线梁起重臂 括起重副臂和起重副臂伸缩油缸两部分。叉梁副臂是一个 “ T” 字矩形截面箱型梁，可由伸缩油缸作功而产生伸缩运动。在叉梁副臂的横梁上安装可调节相对位置的两组nts 10 叉式拖架，叉式拖架是用来插入事故车辆前轮并使之固定的专用装置，分为叉架前梁和叉架后梁两部分。主臂举升油缸的缸头铰接在 汽车底盘上，活塞杆头铰接在主臂中部的水平销轴耳座上，一般成对布置。举升油缸的作用是实现臂架的托起动作，为保证在拖行过程中事故车头不致下落，应考虑油缸的液压闭锁。 2.2.4 钢丝绳卷扬机构 采用低速大扭矩马达，通过离合器驱动钢丝绳卷筒实现牵引或起重作业。一般清障车上装有一台钢丝绳卷扬机构，为提高作业能力可安装两台卷扬机构，其优点是通过两根绳索的有效配合，可实现将事故车辆翻个、掉头并弥补单绳牵引力的不足。采用牵引作业方式时，应尽量使钢丝绳方向和车身方向相同，避免斜拉。在牵引作业时，用起重臂支承地而可起到支腿 作用，如被牵引车辆较重或地形过于陡峭时应考虑清障车的锚定。 工作过程 (按正拖方式叙述 )固定车轮的方式清障车到达事故现场，将起重臂架下放，清障车尾部接近事故车车头，在接近过程中，带有两支叉架后梁的叉梁副臂贴地而伸入事故车前轮，用液压卷筒将事故车辆驱动轮拽到叉架上。当叉架前梁和叉架后梁上的两个圆块稳稳地将事故车车轮卡紧时，用尼龙锁紧带或铁链将车轮和叉式拖架捆绑牢固，并用卷筒带上车辆，这样事故车辆就和清障车联结起来了。举升油缸工作，臂架将事故车头抬起脱离地而清障车起步将事故车拖走。 2.4 方案 固定轴荷式牵引型清障车 固 定轴荷式牵引型 清障车牵引举升装置的操作过程主要包括 ： 牵引铰盘 2 靠油马达带动钢丝绳来拖拽作业对象 ;可升降的变幅臂 4 通过举升油缸 5 的升降来托起或放下被拖车辆 ;支撑架 3 防止因液压系统泄漏而使变幅臂在运行途中下降，折叠臂 7 铰接在变幅臂的下端，带动伸缩臂 8 和车轮托叉 9 作收起与放下动作。整个操作过程靠多路换向阀 6 控制，如图 2.1 所示。其缺点是 :由于被拖车辆 10 的部分重量悬置在清障车 1的后部，使清障车的后轴荷增加，前轴荷减少，即使拖拽较轻的车辆就接近甚至超过清障车后轴额定负荷，从而限制了清障车拖拽能力的充分发挥，而且还会 因前轴负荷的减轻进而使清障车转向操纵性能恶化。如果在前轴上加重 时 ，又会使清障车在不拖拽作业时转向沉重。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nts 11 1 清障车 2 牵引铰盘 3 支撑架 4 变幅臂 5 举升油缸 6 多路换向阀 7 折叠臂 8 伸缩臂 9 车轮托叉 10 被拖车辆 图 2.1 固定轴荷式油障车作业示意图 2.4.1 可调轴荷式牵引装置 如图 2.2 和工作原理是 ： 在清障车 1 的后悬部位安装一对支撑架 4，可伸长的牵引梁 5 铰接在支撑架 4 上，它是可以上下运动的。梁 5 的后端装有一付轮框 6，用于安放被拖车辆 7 的车轮。在梁 5 的前端下部和清障车底盘之间装备有油缸 2，用来使梁 5升降，并调节清障车后轴与轮式托架 (由小车轮 9 和连接柄 8 组成，柄 8 可插人轮框 6的相应插孔中 )的载荷比。液压系统控制装置 3 包括调节油缸压力油的阀门、压力表等。 1-清障车 2 油缸 3-液压系统控制 4-装置支撑架 5-梁 6-轮框 7-被拖车 辆 8-连接柄 9-小车轮 图 2.2 可调轴荷式牵引装置结构示意图 在拖拽作业时，操纵控制手柄，可将梁 5 放到地面上，将轮框 6 卡住被拖车辆的车轮，再操纵手柄使梁 5 升到 和 道高度，以便轮式托架连接柄 8 插人梁 5 的相应孔中并加以坚固，如下图 2.3（ a）所示、然后慢慢放下梁 5，使小轮 9 正处于受压临界状态，此时控制装置的压力表显示出最大读数，表示被拖车辆前轮上的重量已全部转移到清障车后轴上，清障车前轴负荷也处于最轻状态。这时继续操纵控制装置以减小压力表读数，油缸 2 中油压下降，小轮 9 上负荷逐渐增加。这样被拖车辆前轴载 荷将由清障车后轴和轮式托架二者分担，其分担比例由操纵控制装置调节，可根据具体情况调至最佳轴荷状态，如图 2.3(b)所示。 nts 12 （ a）轮架进入轮下 (b) 轮架安装完成 2.5 优点和不足 起重臂架式清障车和 RL5090 背式清障车 价格昂贵，最低也需十几万元，而门架叉式清障车可以利用现有的普通卡车改装，改装费用只需三、四元，所以门架叉式清障车有投资小、见效快的优势。 门架叉式清障车和同吨位的臂架式清障车具有相同的功能，可以替代臂架式清障车完成相应的工作，而且门架叉式清障车可以一车两用，拆下门架仍是一台运输车 。 门架叉式清障车也有明显的不足 :度盘纵梁受力不合理，全部工作载荷作用在纵梁悬臂上，纵梁悬臂可能因刚度不够而变形至损坏，此外，减小前桥轴荷，对前桥的转向能力产生影响。解决方法是加强纵梁悬臂，保证其强度和刚度，在车厢前部道当放一些压重块，保证前轮有足够的附着力。当然，在改装时也应对后桥轴荷进行验算，保证在安全范围之内。 图 2.15 外门架 门架叉式清障车和同吨位的臂架式清障车具有相同的功能，可以替代臂架式清障车完成相应的工作，而且门架叉式清障车可以一车两用，拆下门架仍是一台运输车。 门架叉式清障车也有明显 的不足 :度盘纵梁受力不合理，全部工作载荷作用在纵梁悬臂上，纵梁悬臂可能因刚度不够而变形至损坏，此外，减小前桥轴荷，对前桥的转向能力产生影响。解决方法是加强纵梁悬臂，保证其强度和刚度，在车厢前部道当放一些压重块，保证前轮有足够的附着力。当然，在改装时也应对后桥轴荷进行验算，保证在安全范围之内。 nts 13 2.6 总体机构设计方案的确定 综合上述道路清障汽车道路清障车的各主要机构的选定方案， 综上优点所以选择最终所得到的整车装配结构如图 2.18 所示。 图 2.16 叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁 图 2.17 支承钢叉 图 2.18 RL5090 背式清障车 2.7 本章小结 本章采用对比分析以及 例 举的方法介绍了固定轴荷式牵引装置、臂架起重机型清nts 14 障车、 RL5090 背式清障车 道路清障车、门架叉式清障车的几大主要类型设计方案并分析了优缺点。经过仔细的研究确定为 RL5090 背式清障车 。 nts 15 第 3章 道路清障汽车 参数 的 确定 3.1 基本尺寸参数的确定 道路清障汽车与普通专用汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保证其整车性能参数与原车基本保持不变。常见二类底盘机构如图 3.1 所示。 图 3 .1 常见 二类底盘 3.2 质量参数的确定 3.2.1 额定装载质量 道路清障汽车 me是在二类地盘的基础 上 多加了一套举升和倾 卸装置，所以其装载质量差不多，而且道路清障汽车不需要太高的速度 ， 根据 初定额定装载质量为 me=3 000kg，所以 选择 BJ106VJEA-C1 车底盘最大承载质量为 3300kg。 3.2.2 整车整备质量 整车整备质量 m0 是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。参考同类普通专用汽车的整车整备质量，在此基础上在 增加装备质量，便可估算道路清障汽车整车整备质量。 所选 BJ106VJEA-C1 车底盘的整备质量为 3500kg,多，所，取为 m0=3500kg； nts 16 3.2.3 总质量 总质量 ma 的计算公式为 kgmmmm pea 699530 （ 2.1） 式中 mp乘员质量（ kg），按每人 65kg 计。 改装后 道路清障汽车 最大轴载质量的分配应基本接近原车底盘轴载要求。又由于车厢升高的同时，其质心向后移。 3.3 道路清障汽车底盘的选择 专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的 基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在 三 类底盘的上 ， 一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求： （ 1） 适用 性 ： 对于专用改装车底盘应 适用 于专用汽车特殊功能的要求，并以 此为主要目标进行改装造型设计 . （ 2）可靠性 ： 所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，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）先进性 ： 应使用整车在动力性、经济性、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 先进水平的汽车底盘；而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求 . （ 4）方便性 ： 所选用的底盘要便用 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 . 除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。 3.3.1 底盘型号的选定 专用汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件 、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工nts 17 作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能 适应 性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。 目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量 为 3t 左右的轻 型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。 表 3.1 底盘性能对比列表 解放 东风 红岩 适用 性 适用 于各类载重货车及专用 汽车特殊功能的要求 适用 于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用 于各吨位载重货车的改装设计要求以及部分专用车辆的特殊要求 可靠性 工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命 工作性能好，故障率低，零部件要有足够的强度和寿命 性能可靠，出现故障率低，各部件要有足够的强度 先进性 动力性、经济性、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 动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平 动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面 略低于同类车型 方便性 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 价格 较便宜 便宜 便宜 供货来源 市场拥有量多 市场拥有量多 市场拥有量较多 常见吨位 各种吨位车型 各种吨位车型 轻、中型载货车型 经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本次改装设计专用车的用途、最大装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽 车或专用车辆改装制造时，选用东风系列底盘相对较合理。所以选择 BJ106VJEA-C1 底盘作为本次道路清障汽车道路清障车的底盘，其主要技术参数见表 3.2。 nts 18 表 3.2 底盘参数表 底盘型号 BJ106VJEA-C1 外型尺寸（长宽高）（ mm） 6995 27003100 总质量（ kg） 9000 整备质量（ kg） 3750 最高车速（ km/h） 90 前轮距 /后轮距（ mm） 1665/1600 轮胎规格 7.50-16 前悬 /后悬（ mm） 1120/2075 轮胎数 6 3.4 本章小结 本章主要进行道 路清障车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们的适用性、可靠性、先进性、方便性、价格以及供货来源等各方面因素选择比较使用 BJ106VJEA-C1 底盘作为本次道路清障车的底盘。 nts 19 第 4章 清障车副车架的设计 4.1 道路清障汽车副车架的设计与分析 在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷。同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架 (副梁 )过渡。 在增加副车架的同时，为了避免由于副 车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定要求。 4.1.1 副车架的截面形状及尺寸 专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图 4-1 所示的槽形结构，其截面形状尺寸 图 4.1 所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。表 4.1 和表 4.2 列出了斯泰尔系列重型专用汽车副车架的截面尺寸 12。 图 4.1 副车架的截面形状 对于随车运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图 4.2 和图 4.3所示的方式用一 块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。 图 4.2 加强后的副车架截面形状 nts 20 图 4.3 加强腹板的位置 4.1.2 副车架的前端形状及安装位置 为了避免由于副车架截面高度尺寸的突 然变化而引起主车架纵梁的应力集中，副车架的前端形状应采用逐步过渡的方式。例如采用如图 4.4 所示的三种过渡方式。对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如图 4.4（ c）所示。 h0=1mm 、 l0=15 20mm。 如果加工上述形状困难时，可以采用如图 4.5 所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。对于钢质副车架 ： h0=5 7mm； l0=200 300mm 对于硬木质副车架 ：h0=5 到 10mm； l0=H、 副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能地往驾驶室后围靠近。 a-U 形 b-角形 c-L 形 图 4.4 副车架前端的三种形式 nts 21 图 4.5 为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装位置，在满足轴荷分配的前提下，其中 A 不宜过大，留足空压 机的位置即可 ;B 为副车架的前端离主车架拱形横梁的距离，一般在 100mm 之内 ;C 为固定副车架的前面第一个 U 型螺栓距拱形横梁的距离，一般控制在 500 800mm 的范围内。 a-钢质副车架 b-硬木质副车架 图 4.5 副车架前端简易形状 图 4.6 副车架的安装位置 4.1.3 副车架与主车架的连接 4.1.4 副车架与主车架的连接常采用如下几种形式 4.1.5 止推板连接 图 4.8 是斯泰尔重型专用汽车所采用的止推连接板的结构形状及其安装方式。连nts 22 接板上端通过焊接与副车架固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相 连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副车架与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个止推连接板之间的距离在 500 1 000 mm 范围内。 4.1.6 U 型夹紧螺栓 当选用其它连接装置有困难时，可采用 U 型夹紧螺栓。但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用 U 螺性。当采用 U 型螺栓固定时，为防止主车架纵梁翼面变形，应在其内侧衬以木块，但在消声器附近，必须使用角铁等作内衬 。 最终方案的选定结合专用汽车以及道路清障汽车的设计特点，本设计决定采用副车架前端形状为 U 型。而副车架与主车架的连接决定采用止推板 连接。 图 4.9 连接支架 1-上托架 2-下托架 3-螺栓 4.1.7 连接支架 连接支架由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与副车架和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上、下托架相连接，见图 4.9 所示。由于上、下托架之间留有间隙，因此连接支架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推连接板配合使用。一般布置是在后悬架前支座前用连接支架连接，在后悬架前支座后用止推连接板连接。 nts 23 1 副车架 2 止推连接板 3 主车架纵梁 图 4.8 止推板的连接结构 4.1.8 副车架尺 寸和材料的确定 副车架纵梁高 180mm 长 4970mm 材料 16MnR。 副车架和主车架之间用橡胶 热 隔离，并需要在主车架上钻 椭圆 形 通孔 。 4.1.9 钢的选取 经过以上的计算选取 钢 的形状为等边弯曲槽钢 160 160 对接焊成，壁厚为 6mm，形状 为 80 80 等边弯曲槽钢对接焊成。 4.2 销的校核 支架与支架地座之间用销连接；液压缸与支架之间用销连接；液压缸与液压缸底座之间用销连接托架上端与下端之间用销连接；所以销必须 得 校核 。 4.2.1 液压缸底座与和副车架之间螺栓的选取和校核 因设计要求选取直径 12mm 的螺栓，底座与副车架有 8 个螺栓连接而。因液压缸底座受力比托架底座小，所以 经 校核 满足要求 。 4.2.3 副车架主车架螺栓的选取和校核 副车架主车架间用 24 个 直径 12mm 螺栓连接 ,副车架与主车架受力每根约为2000N 经机械设计手册 经 校核成功。 4.3 本章小结 本章首先进行了道路清障汽车副车架的设计与分析。静载荷的分析，型钢的选取，销的校核 ， 平板 和副车架之间螺栓的选取和校核 和分析。 nts 24 第 5章 液压系统设计 道路清障车液压系统设计 的好坏，将直接影响整车的性能。道路清障车液压系统一般主要包括托举液压系统、液压卷筒液压系统。 本次道路清障车的改装设计主要偏重于机械机构的设计与分析，而其液压系统所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产供应；因此在改装设计中只需要进行液压元件计算选型。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及各种相关控制阀的选型等。 5.1 举升机构形式的选择 举升机构分为两大类 ： 直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为举升动力 直推式举升机构利用液 压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的 2 级或 3 级伸缩式套筒油缸。 按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置 (也称中置 )两种，如图5.1 所示。前置式 油缸支在车厢前部 ,油缸的举升力较小 ,油缸行程较大 ,一般用于重型自卸汽车上 ,油缸则通常采用多级伸缩油缸。 后置式 油缸支在车厢中部 ,油缸行程较小 ,油缸的举升力较大 ,多采用双缸双柱式油缸 。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况 则与前置式的相反。 (a)前置式； (b)后置式 图 5.1 直推式举升机构的布置 常用的连杆组合式举升机构布置有两种：油缸前推式 (又称 T 式 )和油缸后推式 (又称 D 式 )，如图 5.2 所示。 nts 25 1- 铰支座； 2-车厢； 3-油缸； 4-三角臂 图 5.2 连杆组合式举升机构 (a) 油缸前推式； (b) 油缸后推式 直推式和连杆组合式举升机构的综合比较见表 5.3： 表 5.3 直推式与连杆组合式举升机构的综合比较 类 别 项 目 直推式 杆系倾 卸式 结构布置 简便，易于布置 比较复杂 系统质量 较小 较大 建造高度 较低 较高 油压特性 较差 较好 工作寿命 磨损大，易损坏，工作寿命短 不易磨损，工作寿命长 制造成本 较高 较低 系统倾卸稳定性 较差 较好 系统耐冲性 较好 较差 直推式举升机构结构简单 ,较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢 ,为了达到一定的举升角度 ,往往需采用多级油缸 ,而为了提高整车的稳定性 ,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步 ,进而造成车厢举升受力不均。目前 ,该类举升机构主要用于重型自卸汽车。 连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性 ,减小了油缸行程 ,同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性 ,只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此 ,该类举升机构制造工艺相对简单 ,在生产实际中获得了广泛应用。 油缸前推式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后推式适用于中、轻型自卸汽车。 综 上所述 ， 对于 RL5090 背式清障车 ，本文选用油缸后推式举升机构。该种举升机构通过三角板于车厢底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支店在车厢中心附近，车厢受力状况较好。 nts 26 图 5.3 后推 连杆组合举升机构原理 油缸是液压系统执行元件，也是上述举升和倾卸两大机构的直接动力来源。通常油缸分为活塞式和浮拄式两类。活塞式均为单向作用，其缸体长度大而伸缩长度小、使用油压低（一般不超过 14MPa）。浮拄式为多级伸缩式油缸，一般有 2 5 个伸缩节，其结构紧凑，并具有短而粗、伸缩长度大、使用油压高（可达 35MPa） ,易于安装布置等优点。浮拄式油缸又分为单向作用式与双向作用式。双向作用式用油压辅助车厢降落，因此工作平稳，降落速度快。直推式倾卸机构多采用单作用多级油缸；而杆系组合式倾卸机构多采用单作用单级油缸 。 5.2 直接推动式举升机构的具体设计 5.2.1 工作原理 如图 5.4 所示：油缸两端 AB 的 A 点铰接于支架之座上， B 点铰接于 平板 底架之座之上。举升机构工作时，液压油泵由取力器带动旋转，从油箱吸入液压油，并将液压油经分配器压入油缸腔，油压所产生的推力 Q 使 平板 提升倾卸。当操纵手柄推到中立位置时，油泵卸荷，油缸中立， 平板 将停止升降。操纵手柄推到下降位置时，回油阀打开， 平板 在其自重的作用下，使油缸腔内的液压油返回至液压油箱，从而实现 平板 的复位。 图 5.4 直推式举升机构工作原理 nts 27 5.2.2 参数设计 油缸直推式举升 机构的几何分析：如图 5.5 所示： 图 5.5 直推式举升机构的几何分析 油缸柱塞由初始 B 点，逐步伸出至 B，油缸行程 L 行尽， 平板 翻至最大举升角 ，由 A B O 余弦定理可得： c o s*BO*AO*2OBAOBA 222 （ 3.1） 式中： LL 0 , 212 ha ， 222 hb 。 根据 清障车 的标准 015 及 平板 的 举升角 一般小于 16，可取 019 ，油缸初始长度0L可根据油缸标准系列尺寸和市面供货情况而定，可取0l 455mm。油缸装车后要留有一定的预伸量0l，0l的作用是使货箱降落之后与车架贴合，避免因误差影响造成油缸顶底而货箱未能完全落下。可取0l 10 15mm，0l过大则浪费油缸的行程和使油缸工作压力提高。 选取 、0L、0l的数值之后，待定的设计参数有 a 、 b 、 1h 、 2h ，油缸行程 L 、油缸直径 D 等。下面 就待定的设计参数进行讨论。 5.2.3 支点的选取 垂直方向：在货箱纵梁与车架纵梁之间可结合后支点结构来考虑，一般采用支座结构，此时后支点可取在车架纵梁面上约 50mm 处 。 水平方向：一般在车架后板簧吊耳后，如图 5.7 所示， C 680mm。考虑到 平板 底板倾卸 汽车 时，距地面的高度（如图 5.8 所示），底板距地面的高度 H： s in*c o s*)50100(850 dH （ 3.2） 根据表 5.2 所示 平板举升 角 ，本课题选取倾斜角 019 ，并带入式（ 2），可得：nts 28 008 5 0 ( 1 0 0 5 0 ) c o s s i n8 5 0 ( 1 0 0 5 0 ) c o s 1 9 ( 1 4 0 6 6 8 0 ) s i n 1 93 9 0 . 5 6Hd H 越大，货物倾卸后的堆放高度越高，后支点距货箱尾部距离 d： 00( 8 5 0 1 5 0 c o s 1 9 3 9 0 . 5 6 ) s i n 1 9 7 2 6d m m 图 5.7 后支点选取（水平方向） 则距后轮中心线距离 C： mm6807261406C ， 综合车架、货箱条件，可取 C 700mm。 5.2.4 平板与油缸联接点（中支点）的选取 水平方向：一般在后轮中心线附近，越往前，所需油缸的行程越大，但举 升货物的稳定性就越好，工作油压越低，可暂时取在中心线上。 垂直方向：应尽量贴近 平板 底板，使油缸的初始举升角较大，提高举升力矩。具体要结合中支点的构件来选取，一般中支点的结构为 平板 焊接油缸支梁，用销轴连接油缸。从 平板 受力角度考虑，油缸支梁应搭接在 平板 纵梁上，使推力经油缸支梁平板 纵梁 平板 横梁，均匀传给整个 平板 。若油缸支梁搭在 平板 横梁，则 平板那 横梁局部区域受力较大，可能会拱起而使 平板那 变形。如图 5.8 所示，根据液压缸安装条件，本例中可取高度为 50mm。 5.2.5 油缸前支点的选取 垂直方向：一般在车架纵梁 的高度范围内，过高则油缸的初始举升角太小，举升力矩小；过低则油缸地隙较小，支点构件的强度较低。一般油缸与车架的连接采用油缸支座搁在车架宽度方向中间纵梁上。这样拆装油缸时，油缸不会掉落下来，拆装方便
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