专用汽车设计常用计算公式汇集

1 一一一 专专用汽用汽车车的的总总体体设计设计 1 总布置参数的确定 1 1 专用汽车的外廓尺寸 总长 总宽和总高 1 1 1 长 载货汽车 12m 半挂汽车列车 16 5m 1 1 2 宽 2 5m 不含后视镜 侧位灯 示廓灯 转向指示灯 可折卸装饰线条 挠性挡泥 板 折叠式踏板 防滑链以及轮胎与地面接触部分的变形等 1 1 3 高 4m 汽车处于空载状态 顶窗 换气装置等处于关闭状态 1 1 4 车外后视镜单侧外伸量不得超出汽车或挂车最大宽度处 250mm 1 1 5 汽车的顶窗 换气装置等处于开启状态时不得超出车高 300mm 1 2专用汽车的轴距和轮距 1 2 1 轴距 轴距是影响专用汽车基本性能的主要尺寸参数 轴距的长短除影响汽车的总长外 还影响汽车的轴荷分配 装载量 装载面积或容积 最小转弯半径 纵向通过半径等 此 外 还影响汽车的操纵性和稳定性等 1 2 2 轮距 轮距除影响汽车总宽外 还影响汽车的总重 机动性和横向稳定性 1 3专用汽车的轴载质量及其分配 专用汽车的轴载质量是根据公路运输车辆的法规限值和轮胎负荷能力确定的 1 3 1 各类专用汽车轴载质量限值 JT701 88 公路工程技术标准 汽车最大总质量 kg 10000 15000 20000 30000 2 前轴轴载质量 kg 3000 5000 7000 6000 后轴轴载质量 kg 7000 10000 13000 24000 1 3 2 基本计算公式 A 已知条件 a 底盘整备质量 G1 b 底盘前轴负荷 g1 c 底盘后轴负荷 Z1 d 上装部分质心位置 L2 e 上装部分质量 G2 f 整车装载质量 G3 含驾驶室乘员 g 装载货物质心位置 L3 水平质心位置 h 轴距 21 lll B 上装部分轴荷分配计算 力矩方程式 g2 前轴负荷 例图 1 G2 上装部分质量 L2 质心位置 1 2 1 ll 例图 1 3 g2 前轴负荷 1 22 2 1 ll LG 则后轴负荷 222 gGZ C 载质量轴荷分配计算 g3 前轴负荷 G3 L3 载质量水平质心位置 2 1 1 ll g3 载质量前轴负荷 1 33 2 1 ll LG 则后轴负 333 gGZ D 空车轴荷分配计算 g空 前轴负荷 g1 底盘前轴负荷 g2 上装部分前轴轴荷 Z空 后轴负荷 Z1 底盘后轴负荷 Z2 上装部分后轴轴荷 G空 整车整备质量 Zg E 满车轴荷分配计算 g满 前轴负荷 g空 g3 Z满 后轴负荷 Z空 Z3 G满 满载总质量 g满 Z满 1 4专用汽车的质心位置计算 专用汽车的质心位置影响整车的轴荷分配 行驶稳定性和操纵性等 在总体设计时 必须要慎重全面考虑计算或验算 特别是质心高度是愈低愈好 1 4 1 水平质心位置计算 力矩方程式 A 已知条件 a 底盘轴距 21 lll 4 b 整车整备质量 G空与满载总质量 G满 c 空载前轴质量 g空与后轴轴载质量 Z空 d 满载前轴质量 g满与后轴轴载质量 Z满 B 空载整车水平质心位置计算 力矩方程式 L空 2 1 11 G lllllg C 满载水平质心位置计算 L满 至后桥水平距离 G lllllg 2 1 11 1 4 2 垂直质心高度位置计算 A 已知条件 a 整车各总成的质量为 gi b 整车各总成的质心至地面的距离为 Yi B 整车质心高度 hg a a ii G G xyg C 空载整车质心高度计算 hg 空 a ii G yg D 满载整车质心高度计算 hg 满 a ii G yg 2专用汽车行驶稳定性计算 2 1 专用汽车横向稳定性计算 A 已知条件 a 专用汽车轮距 B 5 b 专用汽车空载质心高度 hg 空 c 专用汽车满载质心高度 hg 满 d 专用汽车行驶路面附着系数 一般取 0 7 0 8 B 计算公式 保证汽车行驶不发生侧翻的条件 2 hg hg B C 保证空车行驶不发生侧翻的条件 hg B 2 D 保证满载行驶不发生侧翻的条件 hg B 2 2 2 专用汽车纵向稳定性计算 A 已知条件 a 专用汽车质心到后轴中心距离 L b 专用汽车质心高度 hg c 专用汽车行驶路面附着系数 一般取 0 7 0 8 B 计算公式 保证汽车行驶不发生纵翻的条件 hg L C 保证空车行驶不发生纵翻的条件 hg L D 保证满载行驶不发生纵翻的条件 hg L 3 专用汽车有关限值标准与计算 3 1 载质量利用系数计算 A 栏板类载货汽车与自卸汽车限值标准 6 N1N2N3 GB T15089 总质量 M 千克 M 35003500 M 12000M 12000 整车整备质量 m 千克 m 1100m 1100m 3500m 3500 0 65 0 75 0 85 载质量利用系数 自卸车 纵向 0 55 自卸车 纵向 0 65 自卸车 纵向 0 75 1 B 载质量利用系数计算公式 载质量利用系数 3 2 货厢栏板高度计算 栏板式载货汽车 栏板式半挂车和栏板式全挂车的货厢栏板高度大于 0 6 米时 高度 限值应按下列公式计算 式中取煤的比容 900 千克 立方米 货厢栏板高度 米 1 0 900 3 3 罐式汽车的总容量限值应按下列公式计算 式中取汽油的密度为 700 千克 立方米 总容量 立方米 05 1 700 3 4 半挂车的允许最大总质量 最大装载质量和整备质量应符合 GB6420 的规定 基本系列基本型 t 液罐车系列 t 粉罐车系列 t 序号轴数 总质量 装载 质量 整备 质量 总质量 装载 质量 整备 质量 总质量 装载 质量 整备 质量 1二轴4030 104040 2三轴5340 135353 7 注 液罐车与粉罐车的最大允许装载质量 总质量 整备质量 4 专用汽车主要性能参数选择与计算 4 1 专用汽车在平路行驶时发动机功率计算公式 发动机功率一般为选定值 Plmax kw VACfVG T aDD T aa 76140 72 2 3 maxmax 式中 Ga 专用汽车总质量 t T 传动系机械效率 0 85 0 9 f 滚动阻力系数 0 02 0 03 CD 空气阻力系数 0 8 1 0 AD 汽车正面投影面积 BD HD BD前轮距 HD汽车总高 m2 Plmax 发动机最大功率 kw Vamax 汽车最高车速 km h 4 2 专用汽车比功率标准 GB7258 标准要求专用汽车比功率 4 8kw t 4 3 专用汽车发动机最大扭矩计算 一般为选定值 Mlmax 9549PlmaxK np N m 式中 Mlmax 发动机最大扭矩 N m 一般为选定值 Plmax 发动机最大功率 KW 一般为选定值 K 发动机扭矩适应性系数 柴油机为 1 05 1 25 np 最大功率时的转速 1 4 2 0 nm nm 最大扭矩时的转速 K max p l M M 式中 Mp 9549 max mN n P p l 8 4 4 发动机输出转矩计算公式 Ml anl2 bnl c Ml 2 2 max max mNnn nn MM M lm mp pl l 式中 Ml 发动机输出转矩 N m nl 发动机输出转速 r min Mlmax 发动机最大输出转距 N m Mp 发动机最大输出功率时的输出转矩 N m np 发动机最大输出功率时的曲轴转速 r min nm 发动机最大输出转矩时的曲轴转速 r min a 2 max pm pl nn MM b 2 max 2 pm plm nn MMn c 2 2 max max pm mpl l nn nMM M 4 5 专用汽车运动平衡方程式 Ft Ff Fi Fw Fj N 式中 Ft 汽车驱动力 作用在汽车驱动轮上的圆周力 N Ff 滚动阻力 N Fi 坡道阻力 N Fw 空气阻力 N Fj 加速阻力 N 4 5 1 汽车驱动力计算公式 Ft 0 N r iiM d gl 9 式中 rd 驱动轮动力半径 m ig 变速器的传动比 i0 主减速比 传动系的机械效率 0 75 0 9 发动机外特性修正系数 0 75 0 85 4 5 2 汽车滚动阻力计算公式 Ff magfcos N g 重力加速度 9 81m s2 式中 ma 专用汽车 或汽车列车 总质量 kg 道路坡度角 f 滚动阻力系数 f f0 kva 50km h Va 100km h 一般取 f 0 010 0 020 4 5 3 专用汽车坡道阻力计算公式 Fi magsin N 4 5 4 专用汽车空气阻力计算公式 Fw CDADVa2 N 式中 AD 专用汽车的迎风面积 m2 AD 可按 AD BDHD估算 BD 轮距 HD汽车高 度 m CD 空气阻力系数 N h2 km2 m2 专用汽车 Cd 0 03858 0 06944 半挂车 的空气阻力系数增加 10 4 5 5 加速阻力计算公式 Fj maj N 式中 专用汽车旋转质量换算系数 j 专用汽车加速度 m s2 的计算公式为 10 2 22 0 2 1 rm iiI rm I a gf a w 式中 Iw 车轮的转动惯量 kg m2 If 飞轮的转动惯量 kg m2 r 车轮滚动半径 m 也可以按经验公式估算 值 1 0 04 0 06 i02ig2 0 008 0 013 nl r vii ag 377 0 0 k 滚动阻力比例系数 0 0 00023 4 5 6 专用汽车直线行驶时的运动微分方程式 maj AVa2 BVa C1 C2 fcos sin 式中 A DD d ag AC rr ii 2 33 0 142 0 B d bg rr ii 377 0 22 0 C1 d cg r ii 0 C 2 mag 4 6 专用汽车动力性参数计算 4 6 1 专用汽车最高车速 km h 计算公式 Vamax 2 2 hkm A DkCB 式中 D 4 201 2 2 CfCAkCB 4 6 2专用汽车最大爬坡度计算公式 imax 专用汽车最大爬坡度 tg max 11 式中 max 2 0 2 0 22 00 1arcsin 1 1 arcsinEfE f EffE E 2 1 2 4 4 AC ACB 4 6 3加速度计算公式 专用汽车最大加速度 jmax m s2 计算公式 jmax a mA D 4 2 4 6 4专用汽车加速时间计算公式 t 加速时间 h t 2 1 107716 0 021 2 4 a a V V aaa aa kVfCCBVAV dVm 或 t DkCBAV DkCBAV In DkCBAV DkCBAV In D m a a a aa 2 2 2 2107716 0 21 21 21 22 4 12 第二章第二章 粉罐汽粉罐汽车设计计车设计计算公式 以算公式 以 YQ9550GSN 为为例 例 1罐体容积计算 1 1 中间直筒容积计算公式 V1 4 111 2 1 LL 1 2 直角斜锥筒容积计算公式 V2 2 444 3 343 43 2 4 2 33 L L 1 3 封头容积计算 V3 2 h2 r h 3 式中 h 封头高度 r 封头球面半径 1 4 总容积计算公式 V决 V1 V2 V3 1 5 有效容积计算公式 V有效 V总 V总 ka ka容积系数 0 08 1 6 有效装载容积计算公式 Va 1000 3 mkgPkgm P m sl s l 1 7 扩大容积计算公式 Vb kb Va kb扩大容积系数 0 1 0 2 2罐体壁厚计算公式 2 1 筒体壁厚计算公式 圆筒 式中 P 设计压力取 0 3Mpa S1筒体壁厚 1 筒体内径 许用 C P P S t 2 1 1 应力 C 壁厚附加量 焊缝系数 13 2 2 锥筒壁厚计算公式 17 cos 1 2 1 2 cc c C P P S 2 3 封头壁厚计算公式 碟形封头 C P RPM S d 5 02 3 式中 S3 封头壁厚 R 封头球面部分内半径 r 封头过渡段转角内半径 Md 封头形状系数 3 4 1 r R 3轴荷分配计算公式 3 1 G空销 上装部分质量 罐体中心至承载桥中心距离 牵引销至承载桥中心距离 G空轴 上装部分质量 G空销 3 2 G满销 上装部分质量 最大载质量 罐体中心至承载桥中心距离 牵引销至承载 桥中心距离 G满轴 上装部分质量 最大载质量 G满销 4流态化床主要参数计算公式 4 1 临界流态化床气流速度计算公式 Vf 06 0 88 0 3 94 0 82 1 10 08 4 g gp d 式中 dp 颗粒直径 m 水泥取 88 10 6m 颗粒真密度 kg m3 水泥取 3200kg m3 g 气体密度 在气压 P 0 3Mpa 气温 T 373K 气体常数 Ra 29 28 时 14 3 75 2 mkg TR P a g 气体的动力粘度 Pa S 取 0 0218 10 3Pa S 4 2 罐体最大空床截面积计算公式 60 3 max smVsmQ V Q A f f 85 1 max QA 4 3 粉料带出气流速度 Vt 计算公式 粉料悬浮速度 水泥的带出气速 Vt 0 58m s 2 3 1 22 81 9 225 4 smgd g V p g g t 4 4最小空床截面积 Amin 计算公式 t V Q A 60 min 空压机排量 Q 与罐体 Amax Amin的对应值 对水泥 空压机额定排量 Q m3 min 4 85 25 47 最大空床截面积 Amax m2 8 889 629 9912 96 最小空床截面积 Amin m2 0 1390 1510 1570 203 4 5流态化条件计算公式 f V Q A 式中 A 流化床面积 m2 Q 气体体积流量 m3 s Vf临界流态化速度 m s 水泥为 Vf 9 10 3m s 5气力输送系统计算公式 5 1 输送空气量计算公式 15 g aa V kQ 式中 ka 输送系统的漏气系数 取 1 1 1 2 输送速度 即卸料速度 kg min V g 空气密度 kg m3 输送混合比 水泥取 40 80 物料质量 气体质量 Q 空气压缩机排量 m3 min gm单位时间内输料管排出的粉料 mg gQ V 体积 m3 min 5 2 输料管内气流速度计算公式 60 4 2 1 1 sm d VQ V s 60 4 2 2 2 sm d VQ V s 式中 V1 在入口处压力下空气流速 V2 在末端压力下空气流速 Q1 在入口处压力下空气流量 m3 min Q2 在末端压力下空气流量 s 颗粒密度 kg m3 d 输料管内径 m 计算结果 据经验 V1 1 3Vt 5 3 输送系统压力损失计算公式 H1 Hd HJ Hd H Hh H 式中 H1 系统全部压力损失 Pa Hd 动压损失 Pa 16 Hj 静压损失 Pa H 直管壁磨擦压力损失 Hh 垂直升高压力损失 H 各局部阻力压力损失 1 2 8 9 2 2 2 V V g V H m g d 式中 g 9 81m s2 Vm物料速度 V 气流速度 输送混合比 0 65 0 85 2 2 VVm 1 2 8 9 2 C dg VL H g 式中 摩擦阻力系数 查有手册 或当 d 100mm 时 取 0 0235 L 直管长度 挠性管接长度加一倍计算 m Hh 9 8 g 1 h h 垂直升高高度 m g CV H g 2 1 8 9 2 式中 各种局部阻力系数 截止阀 4 8 止回阀 1 0 2 5 90 弯头 1 0 2 0 三通 1 5 2 0 摩擦阻力系数 k 0 0125 d 0011 0 式中 k 管道内壁系数 无缝钢管取 k 1 0 新焊接钢管 1 3 旧焊接钢管 1 6 6专业性能和主要参数计算公式 6 1 平均卸料速度计算公式 式中 mb实际装载质量 t m 罐内剩余质量 t t 卸料时间 t mm V b 6 2 剩余率计算公式 17 ml额定装载质量 t 100 l m m i 6 3 输送混合比计算公式 Q m m m g s g s 式中 混合比 即质量浓度 ms 粉粒体质量流量 kg s mg 气体质量流量 kg s g 气体密度 kg m3 Q 气体体积流量 m3 s 18 第三章第三章 自卸汽自卸汽车设计计车设计计算公式 以日算公式 以日产产柴自卸汽柴自卸汽车为车为例 例 1前推连杆组合式举升机构计算公式 X G A C B A B C 0 0 0 CE F DBCE BFAD F 3A A4 FAF O A2 FAD0 D E Y 1 1 三角臂 A 点与举升质量质心 G 点在举升角为 的坐标 sincos 00AA A YXX cossin 00AA A YXY sincos 00GG G YXX cossin 00GG G YXY 式中 为 0 时的坐标值 0A X 0A Y 0G X 0G Y XA YA XG YG为 A 点和 G 点坐标 举升角为 时 A 点坐标 XA YA G 点坐标 XG YG 1 2 求举升角为 时 B 点坐标 XB YB 2 22 BDYYXX DBDB 2 22 BAYYXX ABAB 1 3 求举升角为 时 C 点坐标 求解方程组 2 22 BCYYXX BCBC 19 2 22 ACYYXX ACAC 可得举升角为 时的 C 点坐标 XC YC 式中 均为已知值BDBABCAB 1 4 求 BD 与 CE 交点下的坐标 XF YF 解方程 BD BD BF BF XX YY XX YY CE CE CF CF XX YY XX YY 式中 XB YB XC YC为上式可求值 XD YD为已知值 XE YE为已知值 1 5 求点 O 至直线的距离FA OFA D 22 AFAF FAFFAF OFA XXYY YYXXXY D 1 6 求任意举升角 时对车厢的举升力 对 O 点取力矩 AF F 则 G OFAAF xGDF OFA G AF D xG F 1 7 求 B 点到的距离CE OFA D 22 ECEC CECCECECBCEB BCE xxyy yyxxxyxxyyyx D 1 8 求 B 点到的距离FA BFA D 22 AFAF FAFFAFAFBFAB BFA xxyy yyxxxyxxyyyx D 1 9 任意举升角 时的油缸推力计算公式 取三角臂 ABC 为独立体 MB 0 得 对 B 点取力矩 则 BFAAFBCECE DFDF BCE BFAAF CE D DF F 式中 为任意举升角 时的油缸推力 CE F 20 设举升角 为 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 度 共 27 个点 计算空载与满载时的油缸推力和举升力 CE F AF F 1 10 举升机构最大举升角度计算公式 max 0 max 0 sincos AA A YXX max 0 max 0 cossin AA A YXY 2 22 BDYYXX DBDB 2 22 BAYYXX ABAB 2 22 BCYYXX BCBC 2 22 ACYYXX ACAC 2 max 22 ECYYXX ECEC 式中 XE YE XD YD为已知条件 求最大举升角 maxECBABCACBD max 解联立方程 1 11 求举升力 油缸推力和拉杆内力的斜率公式 AF F CE F DB F A 求 FA 的斜率和斜角 斜率公式 而斜角 AF AF XX YY k 11 1 3 ktgA B 求拉杆 BD 的斜率和斜角 斜率公式 而斜角 DB DB XX YY k 22 1 6 ktgA C 求油缸的斜率和斜角 斜率公式 而斜角 EC EC XX YY k 33 1 7 ktgA 1 12 求拉杆内力的计算公式 根据平面汇交力系力的平衡条件 DB F 0coscos 765 AFAFAF CEDBAF 21 式中 举升力 已知 油缸推力 已知 AF F CE F A5 举升力斜角 A3 1 1 3 ktgA A6 拉杆内力斜角 2 1k tg A7 油缸推力斜角 3 1k tg 1 13 用作图计算法求举升力和油缸推力的计算公式 利用 AutoCAD 中的自动 AF F CE F 测绘功能 计算过程可大于简化 举升力 OFA AF D aG F 油缸推力 BCF BFAAF CE D DF F X B E C F A G D O Y a CE F DBCE BFAD OFAD FAF 1 14 计算任意举升角 时的油缸油压和行程并作油压特性曲线 A 油缸油压计算公式 N 式中 系统效率取 0 8 d 油缸活塞直径 m 4 2 d PFCE B 油缸行程用作图法或解式计算法计算 22 1 15 液压泵选型计算公式 A 最高油压计算公式 MPa d F P CE 2 max max 4 式中 Pmax 液压泵最高工作压力 Mpa 车厢额定装载量时最大举升力 N maxCE F d 油缸活塞直径 m 系统效率 0 8 过载系数 2 B 液压泵流量和排量计算与确定 a 液压缸最大工作容积计算 式中 Smax S0 d 为 m 6 2 0maxmax 10 4 d SSV b 液压泵额定流量计算公式 式中 t 举升时间 s v液压系统容积效率 0 8 0 85 v t V Q c 液压泵排量计算公式 式中 nBl 液压泵额定转速 10 3 rml n Q q Bl d Pmax q 和 nBl确定后 即可对液压泵进行选型 C 油箱容积计算 max 3 VV D 高压油管内径计算公式 高压油管内径 1 1 6 4 V Q d 式中 Q 油泵的额定流量 V1为高压油管流量 smV 6 3 1 E 低压油管内径计算公式 23 低压油管内径 2 2 6 4 V Q d 式中 V2为低压油管中油的流量 smV 1 2 2举升机构运动干涉计算 2 1 分析图解说 a ABC 为举升三角臂 BD 为拉杆 O 点为倾翻中心 b 过 A 点作直线 MN 与车厢底面平行 c 以 O 点到直线 MN 的距离 OM 为半径作圆 该圆为倾翻基圆 d 在理论计算时可将 MN 线等效为车厢底面 在实际设计中 车厢底板线与 MN 线有 一定距离 N O 1 A C B D C B A N 1 1 1 2A N B2 2C 2 M M1 2M 2 2C 点不与车厢底面 MN 发生干涉的必须条件 CAB BAO OAM 180 CAB OAM 为已知 在 BAO 中 式中 BA OA 为已知 OABA BOOABA BAO 2 cos 222 1 当 BO 线通过 D 点时 BO 为最大值 BOmax BD OD 24 则 BAO 角为最大值 BAOmax 则举升机构不发生干涉的条件为 CAB OAM B1A1O 180 OABA ODBDOABA OAB 2 cos 222 1 11 2 3确定可能发生干涉现象时举升角 计算公式 AOA1 B1OA1 AOD OBOA ABOBOA OAB 11 2 11 2 1 2 11 11 2 cos ODOA ADODOA AOD 2 cos 222 1 式中 OA OD AD B1O BD OD OA1 OA B1A1 BA 均已知 2 4可用作图法分析举升机构的运动干涉情况和拟定解决办法 利用 AutoCAD 中的自 动测绘功能 可简化计算过程 3自卸汽车车厢 付梁 铰支点支座及焊缝强度计算或验算按理论力学 材料力学和机械 设计手册中有关公式进行和计算机辅助设计 4车厢后板与开合机构运动分析与计算 4 1 图示解说 25 O1 h G F A 1O 1O F1 3O O 3 1E E F 2O F B C A C1 A B1 1 a O1点一后栏板铰支点 G 点一后栏板质心 角为后栏板质心夹角 O1绕 O2点作圆 弧运动 b O2点为车厢倾翻中心 与付梁固定 c O3点为开合机构导臂铰支点 与车厢固定 绕 O2点作圆弧运动 d C 点为锁钩铰支点 与车厢固定 e 角为锁钩脱开而后门可打开时的车厢倾翻角 f F 为货物对后栏板的推力 4 2 开合机构与后栏板运动分析 车厢倾翻时 a 车厢倾翻时后栏板绕 O1点旋转 当车厢倾翻角 举升角 大于 角时 后栏板在无 任何机构约束的情况下 便可自动开启 反之 当车厢下降到倾翻角 角时 后栏 板在无任何机构约束的情况下 便能自动关闭 b 当开合机构导臂滚轮离开导轨的约束时 车厢举升角为 角时 锁钩在弹簧 的作 用下自动开启 而当车厢举升角 角时 导臂滚轮受导轨的约束 锁钩在弹簧 的 作用下 F弹簧 F弹簧 锁钩自动关闭 起锁定后栏板的作用 26 c 锁钩与后栏板运动协调条件 角 角 当车厢举升时 锁钩先开启 后栏板后开启 当车厢下降运动时 后栏板先关闭 而 锁钩后锁定的运动协调条件就是 角大于 角 角的大小可以通过后栏板质心位 置 G 和铰支点 O1至 G 的距离 h 来调整 角的大小可通过改变 O2O3的长度尺寸 进行调整 4 3 开合机构与后栏板受力分析 a 后栏板开启力下 货物对后栏板的推力 自卸车在运行过程中 后栏板受货物的推 力 使后栏板有自动开启的趋势 b 锁钩在导轨的约束和弹簧力 F弹簧 的作用下有锁定后栏板不会自动开启的功能 c 后栏板不会自动开启的约束条件 货物对后栏板的最大推力 max F CB CA FF 4 4 Fmax确定后 可对弹簧 弹簧 进行设计计算 对锁钩 拉杆 拉杆叉 轴锁 导臂 及支承件进行强度计算 应用材料力学有关公式 4 5 QCn29015 标准对锁紧机构的技术要求 a 锁紧装置 开合机构 应保证自卸汽车行驶过程中栏板不得自行开启 b 举升角小于最大关闭角时 栏板应能锁紧 举升角大于最大关闭角时 栏 板应开启 锁紧装置不得处于锁紧状态 c 举升角等于或大于完全开启角时 栏板应能完全开启 d 锁紧装置应开关灵活 锁紧可靠 无卡滞现象 27 第四章第四章 半挂半挂车设计车设计与与计计算算 1 半挂车的联结尺寸的确定 1 1 半挂车的前回转半径和牵引车的间隙半径 A 半挂车的前回转半径 是指牵引锁中心至半挂车前端最远点垂线的距离 Rf B 牵引车的间隙半径 Rw 是指牵引鞍座中心至驾驶室后围或其它附件的最近点 垂线距离 一般要求 Rw Rf 150mm 1 2 半挂车的间隙半径和牵引车的后回转半径 A 半挂车的间隙半径 Rr 是指在牵引销中心至鹅颈或支承装置上最近点垂线的距 离 B 牵引车的后回转半径 Rc 是指牵引鞍座中心至牵引车车架后端最远点垂线的距 离 一般要求 Rv Rc 70mm 1 3 半挂车牵引销板离地高度和牵引车牵引鞍座板离地高度 A 半挂车牵引销板离地高度 H3 是当半挂车处于满载状态下的高度 B 牵引车牵引鞍座板离地高度 H2 是指牵引车满载状态下的高度 其值必须 28 H3 H2 图中 A Rw L2 Rr B 为后轮宽度 H1 为牵引车车架上平面离地面高度 L1 为牵引座的前置距 牵引鞍座中心线至后桥中心的距离 H0 为牵引鞍座上平面 至地平面的距离 牵引车空载时 1 4 半挂车相对于牵引车的前俯角和后仰角 和 A 前俯角 是指半挂车前端最外点和牵引车车架相碰时 半挂车和牵引车之间 的相对夹角 7 14 B 后仰角 是仰角是指半挂车鹅颈处纵梁下翼板和牵引车尾端点相碰时的夹 角 8 10 对于越野车 16 左右 1 5 牵引销尺寸 A 50 号牵引销 结合直径为 50 8mm 最大牵引质量为 50t B 90 号牵引销 结合直径为 88 9mm 最大牵引质量为 100t 1 6 牵引销的强度计算 A 牵引销的强度计算载荷以承受冲击时的水平力为依据 水平力的大小是假定牵引车 紧急制动 而半挂车未能制动而撞击主车的工况考虑 此时所受到的水平力 Fd mb g 式中 mb 半挂车满载时的总质量 g 重力加速度 附着系数 B 美国汽车工程师协会 SAE 标准规定牵引销应承受磅 N 的拉力 而在牵引销工作 直径表面上各点都不产品残余应力 1 7 牵引销板 牵引面板 的强度计算 LFM d 1 29 22 22 2bc bc B LF M d r s rs Mn 1 6 式中 牵引面板厚度 5 牵引面板材料的屈服极限 ns 屈服极根的标准强度安全系数 取 ns 1 6 牵引面板材料的泊松比 1 8 牵引鞍座 1 8 1 牵引鞍座的分类 A 按牵引销直径大小分类 2 和 3 两种牵引鞍座 2 1 B 按牵引座的活动自由度分类 有单自由度和双自由度两种牵引座 C 按牵引鞍座材料分类 有钢板冲压焊接式和铸造两种牵引座 1 8 2 牵引鞍座的垂直和水平载荷 半挂半挂车车和和牵牵引座的引座的载质载质量系列量系列 半挂车载质量 t 牵引座载质量 t 106 8 157 12 2512 3012 16 4015 18 5020 牵引鞍座的水平牵引力 Fd KN dkc kc d mmm mm gF 6 0 式中 mc 牵引车允许总质量 t mk 半挂车允许总质量 t 30 md 牵引座上允许最大承载质量 t 1 8 3 德国约斯特公司常用牵引座技术参数 牵引 鞍座 规格 牵引鞍 座载质 量 kg 牵引力 KN 半挂车 总质量 kg 牵引座 结构质 量 kg 牵引座 高度 mm 纵摆角 横摆角 备注 2 6000593200071 150 185 150 2 80007638000110 150 185 150 2 1800012842000155200 150 2 1800015265000155250 150 2 2000015265000130 150 185 150 2 1 336000152 200190 150 2 1 336000260 265290 15 20 7 2 1 350000 290190 15 12 0 注 在约斯特 JOST 牵引座中 2 冲压焊接牵引座允许垂直载荷为 3 20t 牵引力为 22 152KN 2 铸件牵引座 其允许垂直载荷为 18 36t 牵引力为 128 260KN 铸 2 1 3 件牵座 其允许垂直载荷为 36 50t 牵引力为 152 260KN 英国约克 Rockinger 公司与 此类似 2 半挂车车架设计与计算 2 1 半挂车车架载荷分析 半挂车车架载荷简化为只考虑车架受静载时的弯曲强度和刚度 车架两梁作为简支 梁 且左右对称受载 自身的质量按均匀布置 载质量按集中载质量或均匀分布 2 2 半挂车车架的许用应力 按下式计算 21 nn s 式中 为纵梁材料的屈服强度 Q235 为 24000N cm2 而 16Mn 材料为 s s 31 35000N cm2 n1 安全系数取 n1 1 3 n2 动载系数取 n2 2 5 2 3 允许半挂车车架纵梁的最大变形量 Ymax Ymax 0 002 0 003 L L 半挂车轴距 2 4 半挂车车架纵梁 2 4 1 鹅颈纵梁高选定 A 载质量 15t 时 取 h 160mm 左右 B 载质量 20t 时 取 h 160 210mm C 载质量 20t 以上时 取 L 210 230mm 左右 对于阶梯式纵梁 鹅颈高度 尺寸 h 可加高选择 2 4 2 半挂车车架的主截面尺寸选定 A 载质量 15t 时 取主截面高度 H 300mm 左右 B 载质量 20 30t 时 取主截面高度 H 350 450m C 载质量 40 50t 时 取主截面高度 H 450 550mm 在纵梁受力较大的区段内可局部增设加强板或变为箱形截面 目前 国外半挂车车 架纵梁均采用高腹板结构 其截面高 H 和翼板宽 b 之比有大幅度的提高 1 8 左 b h 右 2 7 4 2 b H 2 4 3 半挂车车架纵梁腹板与翼板尺寸规格表 生产厂家翼板规格 宽 厚 mm2 腹板厚度 mm 英国约克公司130 12 130 16 190 165 6 8 32 美国富华公司127 12 7 152 12 7 152 9 5 152 194 2 4 6 6 4 武汉特汽150 12 150 166 8 本公司140 14 140 166 8 10 12 2 5 半挂车车架横梁 2 5 2 半挂车车架横梁的作用 横梁是车架中用来连接左右纵梁从而构成车架的主要构件 横梁本身的抗扭性能 好坏及其分布 直接影响着纵梁的内应力大小及其分布 而合理地设计横梁可以保证 车架具有足够的扭转刚度 2 5 3 常用横梁结构形式 A 圆管形横梁或矩形或长方形钢管 该结构形式横梁与纵梁焊接固定抗扭性好 有较高的扭转刚度 B 工字型横梁 从载荷过渡上考虑最为理想 但纵梁翼缘和横梁翼缘连接 对扭转 约束较大 翼缘可能产生较大的应力 有产生裂纹的可能 C 槽形横梁 多用钢板冲压或折弯成形 制造工艺简单 成本低 但扭转刚度较差 D 箱形横梁 和圆管形横梁一样 具有较好的抗扭性 传递载荷理想 2 5 4 半挂车车架横梁布置间距为 700 1200mm 一般以 800 宜 2 5 5 半挂车车架纵梁和横梁间的连接结构 A 横梁和纵梁上下翼缘相连接 如图 a 这种结构有利于提高车架的扭转刚度 但在受扭严重的情况下 产生约 束扭转 纵梁翼缘处会产生较大的应力 该种结构一般在半挂车鹅颈区 支承装置 处和后悬支承处采用 33 B 横梁和纵梁的腹板连接 如图 b 这种结构刚度较差 允许纵梁截面产生自由翘曲 不产生约束扭转 这种 结构形式多用在车架中部横梁上 因一般车架中部扭转变形小 C 横梁同时和纵梁上翼缘及腹板相连接 如图 c 这种结构兼有以上两种结构特点 故采用较多 其缺点是 作用在纵梁上 的力直接传到横梁上 因而要求横梁具有较高的刚度 D 横梁贯穿纵梁腹板相连接 如图 d 这种结构减少了焊缝 使焊接变形减少 同时还具有腹板承载能力大和 在偏载较大时 能使车架各处所产生的应力分布较均匀的优点 是目前国内外广泛 采用的新型半挂车车架结构 2 6 车架宽度 车架宽度根据轮胎和车轴不同型号而取不同宽度 但从提高整车的横向 稳定性以及减少车架纵梁外侧横梁的悬伸长度来看 希望尽可能增大车架宽度 本公司 钢板弹簧中心距一般选定为 1000mm 则车架宽度为 1000mm 2 7 半挂车车架支承反力计算 以单轴半挂车为例 34 L L L Lq R k a aa A 2 AaaB RLqR BBB RRR 2 1 式中 RA 前支承 牵引销 反力 RB 后支承反力 后钢板弹簧前支承反力 B R 后钢板弹簧后支承反力 B R L2 后钢板弹簧两支承点距离 L1 L L2 L3 LK L2 2 1 2 1 车架单位长度线载荷 式中 G 为车架总质量 G0为 a q a t a a L GG L G q 0 车架自身质量 Gt 车架满载均布载荷 2 8 半挂车车架内力计算 半挂车内力计算公式 ab qab FQQ abab FMM 式中 b 截面的剪力 b Q a 截面的剪力 a Q b 截面的弯矩 b M a 截面的弯矩 a M a b 两截面之间线负荷 q 图形面积的代数和 ab q F a b 两截面之间剪力 Q 图形面积的代数和 ab Q F 半挂车车架的内力计算和绘制剪力图 Q 和弯矩图 M 可以较清楚地看出在 35 设计负荷作用下 各截面的内力变化规律 从而得到设计的控制值和控制截面位 置 2 9 半挂车车架纵 横梁常用截面力学性能计算 2 9 1 抗弯截面惯性矩 Jx及截面 Wx计算 2 iixix aFJJ max a J W x x 式中 各简单几何图形对其本身中性轴的轴惯矩 xi J 各简单几何图形的面积 i F 各简单几何图形中性轴与组合截面中性轴的距离 i a 组合截面中性轴主截面外边缘的最大距离 max a 2 9 2 抗剪截面系数 W 计算 max S dJ W x 式中 Jx 截面轴惯矩 d 截面中性轴处宽度 Smax 截面最大静矩 2 9 3 抗扭 纯扭 截面惯矩 Jk及截面矩量 Wk计算 槽形截面 3 3 1 iik hJ 槽形截面 max k J W 式中 h 各简单图形的长宽尺寸 系数 取 1 12 2 10 半挂车车架应力的验算 弯曲应力 x W M 剪切应力 W Q 36 式中 M 车架需验算截面的静弯矩 Wx 车架需验算截面的抗弯截面模量 Q 车架需验算截面的剪力 W 需验算截面的抗剪截面系数 车架材料抗弯许用应力 车架材料抗剪许用应力 0 3 0 5 37 各国各国牵牵引引销销尺寸尺寸 ISO西德与法国日本英国美国 苏联 中国参 数50 号90 号50 号90 号50 号90 号50 号90 号50 号90 号50 号90 号50 号90 号 A50 8 189 0 150 8 189 0 150 8 188 9 0 1 50 8 0 12 7 88 9 0 12 7 50 8 0 188 9 0 150 8 188 9 0 150 8 0 189 0 1 B73 0 1114 0 173 0 1114 0 173 0 1113 9 0 1 73 025 0 127 113 9 0 2 5 73 0 1113 9 0 173 0 1114 0 173 0 1114 0 1 C71 5 0 4111 0 471 5 0 4111 0 471 5 0 4111 0 471 4 0 38 113 9 0 2 5 71 4 0 38 111 1 0 3 8 71 5 0 4111 0 471 5 0 4111 0 4 D35 321 3 35 1 5 35 3 21 1 5 21 3 35 321 231 75 34 9320 6 0 2531 75 34 9320 6 0 3835 319 235 1 521 1 5 E70 1 559 1 570 1 559 1 570 1 558 1 569 85 1 5 58 73 0 2 5 70 0 6658 7 0 3870 2 657 270 1 559 1 5 F84 1 574 284 1 574 284 1 673 1 584 13 1 5 73 025 0 25 84 0 773 0 3884 273 284 1 574 2 R3 0 53 0 53 0 53 0 53 0 53 0 53 173 172 92 3 432 92 3 433 0 53 0 53 0 53 0 5 0 60 60 60 60 6 6 0 56 0 50 6 0 6 39 第五章第五章 液罐汽液罐汽车设计车设计与与计计算算 1 罐体材质选用 1 1 普通低碳钢板 Q235 普通低碳钢板机械性能好 有足够的强度 韧性及良好的焊接性能 工艺性好 价格 比较低廉 是常用的罐体材料 适用于装运粮食 水泥 煤灰 油类 水 粪便等物料 1 2 低合金钢板 16Mn 低合金钢板有较高的强度及韧性 适用于装运液化石油气 LPG 液化天然气 LNG 丙酸 氨水 液氧 液化亚硫酸气和乙烯树脂等要求罐压较高的材料 1 3 不锈钢板 1Cr18Ni9Ti 或 304 等 不锈钢板耐腐蚀 不生锈 不易污染 易清洗 易除味 机械性能比较稳定 是一种 优质罐体材料 适用于装运食品 面粉 奶粉 啤酒 乳类 动植物油等 纯度较高的 化工物料 石碳酸 甲醛 乙二醇 醋醛 苛性苏打 氧乙烯等 以及腐蚀性较强的酸类 物质 如淡硝酸 稀硫酸等 1 4 铝制罐体 铝制罐体多用于装运甲醇 乙醇 航空燃料 浓硝酸 冰醋酸 醛 苯 无水酒精 有 机溶剂 过酸化氢等石油化工产品以及仪器类物料 1 5 聚四氟乙烯罐 PTFE 聚四氟乙烯罐适用于装运硝酸 浓硫酸 盐酸 王水 烧碱 酮 醇 醚等有机溶剂 使用温度 100 250 1 6 聚氯乙烯罐体 PVC 聚氯乙烯罐适用于装运酸 碱及有机溶剂等 对浓硝酸 发烟硫酸 芳香烃类 酮类 耐蚀性欠佳 使用温度 10 65 40 1 7 聚乙烯罐体 PE 聚乙烯罐适用于装运除硝酸外的各种酸 碱 盐溶液 使用温度 80 以下 1 8 玻璃钢罐 FRP 玻璃钢罐在 60 以下有良好的耐酸 耐碱性能 酚醛玻璃钢罐耐酸性好 而呋喃玻 璃钢罐具有较好的耐酸 耐碱 耐高温等性能 总之 玻璃钢罐适用于装运盐酸 废酸 次氯酸钠 硫铵 氢铵等化工物料 1 9 衬里钢罐 A 塑料衬里碳钢罐按塑料的有关性能进行应用 B 橡胶衬里碳钢罐 其耐蚀性随橡胶的种类而异 硫化天然橡胶耐大多数无机酸 有 机酸 碱类 盐类 盐酸 醇类等介质的腐蚀 但对强氧化剂 硝酸 浓硫酸 铬酸 过氧化氢等 及某些溶剂 苯 二硫化碳 四氯化碳等 的耐蚀性差 合成橡胶中的 J 睛橡胶耐油性 耐酸性 耐碱性均较好 氯橡胶的综合耐蚀性好 聚 醚橡胶对水 油 氨 碱等介质均稳定 2 罐体容积计算 2 1 圆形罐体有效总容积计算 3 4 3 0 21 2 mV LL L d V 式中 L 圆柱体长度 m d 圆柱体内径 m L1 L2 封头长度 m 2 2 椭圆形罐体有效总容积计算 3 4 3 0 21 mV LL L ab V 41 式中 L 椭圆体长度 m a 椭圆长轴 m b 椭圆短轴 m L1 L2 封头长度 m 2 3 梯形罐体有效总容积计算 3 3 0 21 mV LL LSV 式中 S 梯形罐体横截面积 m2 其它尺寸含义与上相同 注 1 罐体的有效总容积还应除掉罐体内部附加装置所占的容积 V0 2 罐体的有效总容积大小应符合第一章 3 3 条要求 2 4 罐体额定容积计算 V 2 5 罐体膨胀容积计算 V V总 V额 2 6 罐体膨胀空间计算 一般为 5 和用户要求 100 V V 3 罐体强度计算 薄壳理论 3 1 圆筒形罐体的薄壳应力计算 A 在横截面 内应力 t S Rp 1 1 1 2 B 在纵截面 内应力 42 t S Rp 1 1 2 C 在球面封头内 2 2 3 2S Rp 式中 罐体内压 Mpa 圆筒 封头内壁半径 m p 1 R 2 R 圆筒 封头壁厚 m 材料许用应力 Mpa 1 S 2 S t 焊缝系数 取 0 7 3 2 椭圆形截面罐体薄壳应力计算 A 小圆弧区 A 点和 C 点应力 t r A S ap t r C rR S p cossin 22 B 大圆弧区 B 点和 C 点应力 t R B S bp t R C rR S p cossin 22 式中 2 2222 mmbbababaR 2 2222 mmabababar 椭圆长 短轴半径 mm a b arctg ab 小圆弧壁厚 mm 大圆弧壁厚 mm r S R S 3 3 梯形截面罐体薄壳应力 仅供参考 计算 A 小圆弧 A 点应力和 B 点应力 t A S ap 2 43 t B S ap 1 B 大圆弧 C 点与 D 点应力 t C S hp 2 t D S hp 1 3 4 液体罐体壁厚计算 仅供参考 3 4 1 圆筒形罐体壁厚计算 从 3 1 圆筒薄壳应力分析 则壁厚取式计算 2 1 2 式中 C 为壁厚附加量 C Rpp S t 121 1 式中 罐体自重 装载物液自重和动载荷引起的压力 2 p 10 05 0 6 3321 2 MPa SgLGGGG p 式中 G1 罐体自重 G2 装载质量 G3 每个隔