中型道路清障车总体设计与计算.pdf

1、中型道路清障车总体设计与计算 李祥贵代汝泉王慧君 ( 济南交通高等专科学校山东济南250023) 摘要 阐明了道路清障车的总体设计和计算方法。介绍了 ST5100TCZ 型道路清障车总体设计方 案, 并对有关性能参数进行了计算和说明。 关键词: 清障车总体设计计算 中图分类号:U469. 6+92. 02文献标识码:A文章编号: 1004-0226(2001)04-0007- 03 Integrated Design and Calaulating of Medium Road-block Removal Truck Li Xiang- gui et al Abstract This pape

2、r showed the Integrated design and calculating methods of the road-block removal truck.It also introduced the Integrated design plan of ST5100TCZ road-block removal truck,and put forward calculation and explain for concerned performance parameters. Key wordsroad- block removal truck; Integrated desi

3、gn; calculation 1引言 随着国民经济的发展, 高等级公路的建设得到 了迅速的发展。及时将事故车拖离现场以清除道路 障碍, 保证公路的畅通, 是充分发挥高速公路运输效 率的重要措施之一。为此我们开发了具有救助事故 及故障车辆功能的道路清障车。清障车的性能不仅 取决于各部件的性能, 还与各部件之间的协调及配 合有着密切的关系, 这种合理的协调与配合主要取 决于总体设计。 因此, 总体设计在清障车设计中是极 其重要的。 2总体设计 2. 1设计思想 根据我国目前的实际情况, 经过反复的研究论 证, 确定如下设计原则: a. 既可在高等级公路上使用, 也可在城市道路 中使用, 且适宜救

4、援的车辆范围应尽量宽; b. 合理地选择底盘及有关总成, 以保证各总成 之间的匹配和整车性能; c. 整车结构布置合理, 结构紧凑, 造型新颖, 美 观大方; d. 车辆运行机动灵活, 工作可靠, 功能齐全, 附 件装夹迅速, 操作使用方便, 成本低; e. 为便于车辆的维修, 结构设计要最大限度地 贯彻“ 标准化、 系统化和通用化” ; f. 符合国家、 行业有关标准和法规; g. 整车技术应达到国内先进水平。 2. 2总体设计方案 通过技术经济分析, 如果开发专用底盘, 虽有布 置更加灵活、 结构更趋合理的优点, 但所需资金投入 太大, 研制周期也太长。鉴于市场急需清障车, 而且 利用定型

5、的二类底盘还有质量性能稳定和成本较低 的优势。 因此, 采有定型的二类底盘更为适宜。 针对 我国目前定型车辆的类型和所开发清障车的特点, 经过各方面的分析和比较, 最终确定采用 EQ1090E 型二类底盘。这样设计的清障车, 既可救援小型车, 又可救援重型车辆。 由于 EQ1090E 二类底盘的后悬较清障车总体 布置所需后悬的长度大, 故将原底盘车架纵梁的后 端进行了缩短改造, 并在改造后的底盘上加装工作 装置, 以满足清障车功能的要求。 该车底盘上安装有全液压控制的吊臂、 拖吊机 构、 液压支腿及液压绞盘, 用以实现清障车的托、 拖 及远距离牵引( 如事故车掉到路边沟内) 等功能; 吊 臂形

6、式采用固定转轴的液压升降具有自锁装置, 在 行车过程中锁住吊臂以免油缸过载, 拖吊机构利用 液压驱动可以折叠及伸缩。多路换向阀操纵手柄通 过连接杆布置于车身的两侧。为了保证清障车在任 何救援过程中工作可靠, 防止某些情况下( 如较松软 的路面上拖吊事故车) 清障车本身陷入困境, 在车辆 后部设有液压支腿, 为保证车辆载荷的合理分配, 在 清障车前悬加有适当的配重; 从整车的造型效果考 虑, 车身后部采用左右分置的两个封闭箱体, 左箱体 7 20014专用汽车Special Purpose Vehicle 内放置随车附件, 右箱体内设置液压管路; 箱体与主 车架之间增设的副车架分别靠螺栓和 U

7、型骑马螺 栓连接; 为了保证清障车顺利地执行救援任务, 在驾 驶室后端的厢体护栏上装有醒目的警报装置( 警灯 和喇叭) 。 图 1ST5100TCZ型道路清障车总体布置 2. 3主要技术参数 总长: 6 430 mm 总宽: 2 400 mm 总高: 2 500 mm 轴距: 3 950 mm 轮距( 前轮/ 后轮) : 1 810/ 1 800 mm 整车整备质量: 5 900 kg 最大托举质量: 4 000 kg 满载最高车速: 50 km/ h 工作伸缩范围: 1 610 mm 绞盘钢丝最大拉力: 98 kN 接近角: 25 离去角: 22 最小离地间隙: 240 mm 最小转弯直径:

8、 16 m 最大爬坡度( 空载/ 满载) : 54%/ 12% 空车最高车速: 90 km/ h 最大牵引力: 29 kN 最大托举高度: 1 300 mm 3动力性计算 动力性是汽车的主要性能之一。 对清障车而言, 空载要求其有较高的车速; 拖载运行时考虑其操纵 稳定性和制动性, 故限其拖载运行车速在 50 km/ h 以内, 在动力性方面着重要求其爬坡能力。 由二汽提供的发动机外特性曲线按 Pe= Pe外 90%确定特性曲线。 汽车行驶过程中, 发动机功率等于机械传动损 失功率与行驶阻力消耗功率之和: Pe= 1 ?T Gf vacos? 3 600 + Gvasin? 3 600 + C

9、DAv 3 a 76 140 + Gva 3 600g dv dt 式中: G清障车总质量, N; ?T传动系数; f 滚动阻力系数; va行驶速度, km/ h; ? 坡道角度( ) ; CD空气阻力系数; A 汽车迎风面积, m 2; 旋转质量换算系数; dv/ dt汽车行驶加速度, m/ s 2。 已知 ST 5100T CZ 型道路清障车的变速器各档 传动比 ig1= 7. 31, ig2= 4. 31, ig3= 2. 45, ig4= 1. 54, ig5 = 1, i0= 6. 33, r= 0. 50 m, ?T= 0. 88, A = 4. 2 m 2, C D = 0. 9

10、, f = 0. 015。求得: 空载最高车速( ? = 0, dv/ dt= 0) : Vmax= 90. 6 km/ h; 空载最大爬坡度( dv/ dt= 0) : i = 54. 3% ( 坡度角 ?= 28. 5 ) ; 满载时最大爬坡度( dv/ dt= 0) : i = 12. 4% ( 坡度角 ?= 7. 09 ) 。 4最大托举质量和配重的确定与计算 4. 1最大托举质量的确定 为保证清障车所能救援车型的范围尽量广, 根 据不同车型的前轴轴荷( 主要考虑救援类似黄河吨 位载重车托举其纵梁时能满足要求) ( 下转第 46页) 8 李祥贵等: 中型道路清障车总体设计与计算 传统的

11、夜视仪不同, 驾驶员视力增强器根据周围环 境温度的极小变化产生图像, 它能使驾驶员在完全 黑暗的条件下看到地平线, 并且能看到 360 英尺远 处的 22 英寸物体。它的仰角为 35 度, 俯角为 5 度, 并能向左右两个方向各旋转 170 度。驾驶员视力增 强器有希望成为战斗勤务保障部队的一种非常宝贵 的工具。 整装整卸车已经过多次试验, 证明是一种能力 很强和可靠的运输工具, 是几十年来美军陆地运输 的最大创新。 它的无可比拟的机动性、 有效载重量和 广泛的用途, 再加上各种功能增强装置, 使之成为战 斗勤务保障的重要装备。 它已配备到整个陆军, 并且 准备充当 21 世纪美军的重要战斗运

12、输工具。 最近的 一次整装整卸车的定购为2 626 辆车和11 030 个货 物托盘。 ( 收稿日期: 2001- 09-03) ( 上接第 8 页) 并结合 EQ1090E 型货车及轮胎的承 载能力, 确定最大托举质量。 中型载重汽车一般采用 9. 0020 轮胎, 高速时 ( 90 km/ h) , 承受最大负荷 2 200 kg, 能满足空车高 速的行驶。当拖载时, 此时负载超过轮胎的额定负 荷。由轮胎的特性可知, 车速越低, 轮胎承受的负荷 越大。当轮胎的速度为 35 km/ h 时, 可承受的负荷 ( GB2981- 82) 。 驱动轮为: 4 2304 860 kg, 转向轮为:

13、3 160 3 620 kg, 拖载额定负荷时限速为 50 km/ h, 经过综 合考虑, 确定托举机构的最大托举质量为 4 000 kg。 4. 2配重的确定 轴荷分配的适当与否对车辆的操纵稳定性和制 动方向稳定性都将产生极大的影响。由于清障车拖 挂运行时限制车速为 50 km/ h, 故可允许其前后轴 的轴荷分配较原车有所变化, 但前轴轴荷也不可过 小。 首先确定托举机构托举最大质量, 然后再确定清 障车前悬加装配重的大小, 保证前轴轴荷大于 1 500 kg ( 总质量的 15% ) , 这样基本上能满足限速 50 km/ h 的稳定性要求。 托举机构托举最大质量G2= 4 000 kg

14、 时, 确定前悬加装配重 G1。根据力矩平衡原 理 Gb + G1( L + c) = F1L + dG2 G1= F1L + dG2- Gb L + c 式中代入相应数据, 可计算得 G1= 6 500 N, 需在清 障车前悬加装的配重至少为 650 kg。 5绞盘钢丝绳的拉力计算与纵翻校核 5. 1绞盘钢丝绳的拉力计算 绞盘及钢丝绳的主要作用是远距离拖拽掉到路 边沟内的事故车。 支腿为尖角支撑时, 清障车拽车的最大拉力为 98 kN( 98 kN 为钢丝绳的额定拉力) 。 支腿为平角支撑时, 钢丝绳拉力的水平分力最 大为清障车的附着力, 且其大小随 ?变化而变化。 其 方程式为: ( G

15、+ Fsin? ) != Fcos? 式中 G 为清障车重, N; F 为钢丝绳拉力, N; ?为钢 丝绳与水平方向夹角; !为附着系数( 轮胎与地面、 支腿与地面, 取其最小值) 。所以 F = G! cos?- ! sin? 其中: G= 57 820 N, 取 ! = 0. 7。 当 ?= 0 时, F= 40 474N; 当 ? = 15 时, F= 51 577N; 当 ? = 35 时, F= 96 909 N; 当 ? = 36 时, F= 101 808。 故当 ? = 035 时, 钢丝绳拽车拉力可在 40 474 96 909 N 范围内; 当 ?大于 35 时, 钢丝绳拽车拉 力达到 98 kN。 5. 2拽车时纵翻校核 在钢丝绳拽车时, 由于钢丝绳的拉力, 会产生清 障车以支腿与地面接触点为支点旋转产生纵倾现 象。为保证安全, 对清障车进行纵翻校核。 安全条件: G( a+ b) eF 式中: ( a+ b) 为汽车重心到支腿与地面接触点 距离, m; e 为支腿与地面接触点到