沙漠专用汽车设计Word格式.docx

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沙漠专用汽车设计

Abstract:

ItisnecessarytoprovidetruckssuitableforthetransportationofdesertareaofsouthXinJiangforthepetrolindustryinordertomeetthedemandofthedevelopmentofnationaleconomyofourcountrytohastentheexplorationandexploitationofthesourceofpetrolandgasintheWestArea.

Thispaperpresentsthedesignofheavydutytruckfordesertareaanddiscussingfromthechoiceofstructureandlayouttothedeterminationofprincipalparametersofthetruck.

KeyWords:

DesertSpecialPurposeTruckDesign

为了适应我国国民经济发展的需要，加速西部地区油气资源的勘探和开发．必须向石油工业提供能适应在国沙漠地区中行驶的运载车辆。

依据石油天然气总公司及石油物探局的要求，决定首先开发在沙漠中能装载质量15吨的沙漠专用运输车。

一、设计原则

开发适合于我国的沙漠专用汽车，要尽可能选用成熟的国产化总成进行装备。

我国重型汽车及与之相配套的零部件工业都已有较大发展，近年来又引进了许多国外先进技术和工艺装备，如Deutz系列风冷柴油机，Steyr系列重型车，ZF系列变速器等．这说明沙漠专用汽车已有条件依托于国内机械工业。

由于沙漠专用车运行于恶劣的地理环境和气候条件，设计中要特别注意：

1.强度可靠。

沙漠车在无路、无人地带行驶，加上沙漠地区非同寻常的恶劣地貌和气候条件，要求汽车的行路系统，如草桥、车架、悬架等，要十分坚实可靠。

2.穿越沙漠的通过能力。

沙漠地区周围障碍较多，汽车要涉水过河滩，穿过胡杨林带。

在沙漠中，沙土松陷，附着性能差，道路阻力大，普通车辆根本无法进入沙漠，汽车的越野通过能力，成为车辆能否在沙漠行驶的关键。

因此，要从结构选型、功率选择、总体设计等方面，确保车辆的通过性能。

3.操作人员的劳动保护。

沙漠地区多风少雨，夏天炎热，冬天寒冷，周围环境恶劣，劳动条件十分艰苦。

因此对驾驶室的要求更高，除了要求室内宽敞外，还要注意密封、隔热、隔离振动和噪声。

要给工作人员以舒适的环境。

4.使用维修保养方便。

重型车辆的部件沉重，拆装费力，故更应注意使车辆的维修容易，保养方便。

5.车辆的变型及系列化。

由于沙漠运输需求量有限，应考虑在基本型的基础上进行变型或选装其它总成，以提高企业的经济效益。

二、结构选型、布置及主要参数

1.车型选择

（l）轴数及驱动形式

汽车的轴数是由汽车的用途、总质量、使用条件、路面负荷能力及有关法规等因素决定的。

对重型沙漠专用汽车而言，通过性能是个关键。

采用增加轴数的方案，可减轻车轮接地压力，对提高汽车的通过性能有极大的好处。

目前重型汽车最多为四轴8×

8的，即前后各两根铀全都为驱动轴。

但8×

8形式大多用于军事目的，因它跨过壕沟的能力较强。

这种车辆的传动系统、转向系统很复杂，因此对于一般民用车，直尽量采用三轴式6×

6的。

为了进一步提高车辆的沙漠越野性能，应采用特种轮胎（大直径、低气压）。

这虽然带来了汽车质心提高的缺陷，但从我国沙漠油田对国外车辆使用的情况来看，采用三轴式6×

6全轮驱动车较适应我国国情。

由于质心提高造成的侧翻稳定性问题，可通过适当加宽轮距的方法来弥补。

（2）布置形式

重型汽车的一般布置形式有两种：

长头布置和平头布置。

平头布置的优点甚多，如铀距较短、自身质量小、机动性好，驾驶员视野开阔，车辆面积利用系数高等，但驾驶室内相对拥挤，对发动机进行保养不太方便。

作为批量不大的沙漠专用汽车，采用长头布置在工艺上、结构上，都较简便。

2.发动机功率及扭矩

发动机功率取决于汽车的最高车速．以及必要的功率储备。

但功率储备无法用分析式表达，而只能根据已有的经验和现有汽车的统计数据来估算。

据资料表明，一般而言，总质量在30吨以上的载货车，其每吨所需功率约为6~8千瓦左右。

对沙漠车的统计基本也符合这一规律，但偏上限。

如设计车的总质量为32吨，则所需发动机功率为220千瓦以上。

应该指出，对在沙漠越野行驶的车辆，关心的不应是最高车速，而是其大牵引力来充分利用地面的挂钩牵引力，求最大通过能力。

这样，还应重视发动机最大扭矩。

表1列出三种发动机供选择。

通过对汽车动力性能的分析，认为装用时由于受到其它因素的制约会有所改变。

因WD615.78发动机其动力性最好．其次为FlOL413F，最后为BF8L413F。

但实际选用时由于受到其它因素的制约会有所变化。

为WD615.78是水冷，它在沙漠中的散热和冷起动等问题，需要进一步考核和改进，其维修保养性能也不如风冷机。

FlOL413F在使用中虽证明其使用可靠、性能优良，但尚未国产化，无法采用。

而BF8L413F和FlOL413F属同一系列，性能有保证，虽然它的宽度尺寸给总布置带来一定困难，强化的发动机在沙漠中炎热天气使用也不十分理想，但按照“立足国内”的原则，还是应把它作为第一方案考虑。

3.轮胎与重力分配

汽车在沙漠中的通过能力，缸轮胎结构、尺寸、气压、汽车前后轴上车轮的布置方式以及其轴荷的分配有着极大的关系。

在松软的地面行驶的汽车，轮胎气压应低些，以增大接地面积，降低接地比压，从而减小其在松软地面上的沉陷与滚动阻力，并提高土壤的推力。

为此，沙漠汽车必须选用大直径的超低压轮胎，以有效增大接地面积，减少土壤阻力。

超低压沙漠专用轮胎的结构特点是，帘布层数较少，具有薄而坚固且富有弹性的胎体，在负荷下有较大的接地面积，同时又不使轮胎变形大而增加轮胎迟滞损失，并保证其使用寿命。

轮胎在不同的路面应有不同的气压。

其负荷能力，也随之变动，表2为所采用的沙漠轮胎24-21DT在不同气压、速度下能承担负荷的能力。

试验表明，在干沙地面上车轮第二次通过时，其压实阻力大约减30%。

因此设计时，采用前、中、后三轴上车轮轮距等宽置的形式，而且前、中、后轮都用单胎结构。

据有关资料，在轴荷分配上，让前轴的负荷适当小于后轴负荷，使前轮的接地比压较后轮小20%~30%，可使汽车在松软地面上的土壤阻力降到最小值。

因此在总体布置上，应充分体现上述原则，安排布置各总成的位置及相应定出轮距和轴距。

应该指出前轴负荷的减小，对减少转向阻力也十分有利。

4.传动系布置

为了简化结构，应采用传统的机械式传动系统。

为了提高汽车的通过性，各驱动桥都采用带轮边减速双级减速装置，以提高离地间隙。

采用组合式多档变速器，可获得较小的爬行速度和较大的牵引力。

中后桥及左右车轮间都备有差速锁，以保证在较小的附着系数的路面上有较高的通过能力。

传动系总成之间的联系，全部采用带两个开式十字轴万向节的传动轴，共四根，布置如图所示。

图传动系布置简图

为了减小传动轴夹角，发动机安装时在水平方向倾斜

。

由于十字轴万向节传动的不等速性，在布置双十字轴万向节传动轴时，要注意和悬架的结构形式相配合，使得传动轴与真输入端轴线及输出端轴线之间的夹角差在任何情况下（满载、空载、卸载）都不会超出

，以减少由于不等速性带来的不利影响。

由于沙漠汽车的轴距较大，传动轴长度容易超过1500mm（例如，分动器到前驱动桥，传动轴接近1800mm），而其间又不易布置中间支承，因此要特别注意临界转速。

其临界转速公式为：

D--传动轴断面的外直径，mm

d--传动轴断面的内直径，mm

L--传动轴长度,mm

上述公式仅适用于传动轴在其两端铰支处为刚性的情况。

但是，实际上由于传动轴两端支承的地方总在一定的弹性（如分动器是弹性支承在车上），而且传动轴在整个计算长度内不全都是空心轴管（如一端有带花键的轴头），轴套花键之间配合有一定的间隙，传动轴也不可能精确平衡等，故实际传动轴允许的最高转速要大大低于临界转速，一般用安全储备系数K来表示，即：

式中

--传动轴允许最大转速，r/min

为了提高传动轴的安全储备系数，除了增加其外径D（假定L不能变）以外，对其制造工艺、分动器输出轴的支承结构等，也要充分重视，以保证传动轴长时间可靠工作。

否则，随着使用时间的增长，传动间隙的增加，会因临界转速下降而引起早期损坏。

5.悬架系统

对沙漠车悬架的要求，相对来说不那么苛刻。

前悬架采用简单的非独立式铜板弹簧悬架，后部悬架采用平衡悬架。

为了不使铜板弹簧主片负荷过重，因此设计上把铜板弹簧主要当作弹性元件，前悬架另备有导向杆系，以传递制动力、牵引力。

前悬架还备有筒式减振器，增加前悬架的阻尼。

沙漠车轮胎大、质心位置高．驱动或制动时质量转移大，为此，悬架刚度不宜太软。

汽车前部的平顺性，应是前悬架、驾驶室悬置皮座椅三者综合的效果。

沙漠车后部悬架采用平衡悬架，可使中后桥负荷均匀，保证汽车在崎岖的路面上行驶时，中后桥上的车轮和地面有良好的接触，提高汽车的通过性。

由于汽车主要在沙漠中行驶，车速不高，轮胎气压较低，胎壁柔软．缓冲性能较好，因此采用刚性的平衡悬架．可满足使用需要。

6.转向系统

沙漠汽车的前轴负荷达7~8吨，因此必须采用液压助力转向。

由于沙漠汽车在沙地中行驶，转向阻力特别大，因此攘压助力转向布置的方式，应和一般重型汽车有所区别，更应接近工程车辆，其助力缸产生的推力应直接作用车轮，以免加重转向传动系统其它杆件的负担。

液压助力转向基本上有两种形式：

全液压转向系统及动力转向系统。

选择动力转向系统时，除考虑转向器的传动化、系统中油的流量及油压外，还应特别注意动力转向器本身所能适应的流量。

样车MolHF4066的前轴负荷为lOOOOkg，选用ZF公司7421型半整体式动力转向器，选配的叶片泵为ZF7677.其有关参数见表3

从表3中可以看出，在选取动力转向器时，其流量留有较大富裕量。

设计流量按照怠速时lr/s、正常时1.5r/s的速度打转向盘来计算，需16~24L/min。

计算值要比实际需要的大，但这反映了所选动力转向器在稳定性方面的椅度。

全液压转向结构十分简单，布置、安装、维修方便，在沙漠中使用反映良好，但路感较差，不太适合于高速（大于50km/h）行驶的车辆。

所选用的BZZl-315型转向器，其公称流量为23.6L/min。

表4为国内可供选用的动力转向。

7.车架

车架是汽车上一很重要基础件，驾驶室、货厢、动力总成、车桥总成等，都是通过各自的相关支承元件装在车架上而连成一个整体的车架设计首先应满足总体设计的要求，同时要考虑它对汽车总体布置带来的影响，以

及工艺对它的影响。

车架采用通常的边梁式，以便于各种总成的安装为了简化工艺，车架采用前后等宽式的。

纵粱为槽形截面复合梁式结构。

根据总体布置的要求，车架纵梁全长9米多，前段为变截面。

采取了非常措施，克服了重型车纵梁制造的困难。

车架横梁与纵梁，用高强度螺栓在腹板处连接。

采用螺栓连接，在工艺上孔的加工精度可以降低，但从设计上要求复合梁中的槽形主梁和副梁四周贴紧，以保证在万一螺栓松动的情况下，保证副梁仍然很好地起到加强作用。

横梁与纵梁腹板连接，有助于减少纵梁的扭转约束应力，同时也带来了扭转刚度的下降。

这要和其它装置件的设计综合考虑。

8.驾驶室与附件

车辆在沙漠地区行驶．周围环境恶劣，要特别注意驾驶室前围、底部的隔热和密封。

驾驶室内部座椅、操纵件的布置及仪表的安排都要符合人机工程学要求。

驾驶室要内部宽敞，夏天备有空调：

冬天有单独的采暖置。

驾驶室采用三点悬置，用橡胶垫隔振。

驾驶室悬置的设计从以下三个方面的因素考虑：

车架相对扭转刚度较小，要注意汽车在崎岖路面上行驶时，驾驶室不会被扭坏；

根据对发动机隔振的要求，当发动机悬置刚性相对较时，一定要用软的驾驶室支承，以减轻从车轮上来的激励对乘坐人员舒适性的影响（10~20Hz）；

由于汽车悬架相对较硬，要利用软的驾驶室支承来改善驾驶室内的行驶平顺性（2Hz以下）。

为了更快衰减驾驶室的振动，驾驶室弹性支承处要装筒式减振器。