平板式清障车设计.docx

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平板式清障车设计

摘要

清障车是指装有各种道理运输抢险装备的专业汽车。

汽车在公路上行驶，不可避免的会发生一些事故，清障车的任务就是在事故发生后用最快的速度到达事故现场并在第一时间把故障车或者事故车脱离现场，确保交通道路能够畅通。

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，应必免因为作业中捆绑、挤压以及运输对事故车辆机件及外观上的进一步的损伤。

平板式清障车作为专用清障车的一种，它利用附加的液压绞盘、液压举升装置、平板等能够对事故车辆施行装载运输，实现对事故车辆的快速处理。

在查阅大量相关资料的基础上，深入分析了平板式清障汽车设计的总体方案，对底盘、升降机构、液压系统、取力器、液压绞盘以及相关附件等进行了合理设计与选择。

最终完成平板式清障车的设计。

关键词：

清障车设计；平板；取力器；升降机构；液压系统

Abstract

Wreckeristhetruthtransportemergencyequipmentfittedwithavarietyofprofessionalautomotive.Carsonthehighway,willinevitablybesomeaccidents,wreckertaskisaftertheaccidentthefastesttoreachthesceneoftheaccidentandthefirsttimethefaultcaraccidentorcarfromthescenetoensurethatroadtransportcansmooth.Wreckerinthejobshouldpaygreatattentiontotheprotectionofvehicleaccidents,especiallyforsomeofthenewcars,luxurycars,willbebundledfreebecausethejob,squeezingfurtherdamageandtransportationvehicleaccidentonmechanicalandappearance.Flatbedwreckerwreckerasaspecial,whichusesadditionalhydraulicwinch,hydraulicliftingdevice,tablet,etc.canbeloadedontheimplementationofthetransportvehicleaccident,fasthandlingoftheaccidentvehicles.

Accesstorelevantinformationonthebasisofalarge,in-depthanalysisoftheflatbedwreckercardesignoverallprogramofchassis,liftingmechanism,hydraulicsystem,PTO,hydraulicwinchesandrelatedaccessoriesforareasonabledesignandselection.Flatbedwreckertofinalizethedesign.

Keyword:

Wreckerdesign;flat;takepower;liftingmechanism;hydraulicsystem

目录

1绪论1

1.1研究本设计的目的和意义1

1.2道路清障车结构方案分析1

2清障车底盘结构设计计算3

2.1设计依据3

2.1.1清障车作业工况简介3

2.1.2清障车设计参考标准3

2.2整车结构与主要技术参数4

2.2.1整车总体设计参数4

2.2.2主要技术参数4

2.3底盘的选型4

2.4动力匹配计算5

2.4.1动力匹配概述5

2.4.2发动机选择6

2.5离合器设计计算7

2.5.1离合器主要参数的选择7

2.5.2膜片弹簧基本参数的选择8

2.5.3扭转减振器的设计9

2.6变速箱的选型10

2.6.1变速器最小传动比10

2.6.2确定最大传动比10

2.6.3档位数确定11

2.7万向传动轴设计计算12

2.7.1万向节选择12

2.7.2传动轴结构分析与计算13

2.8驱动桥设计14

2.8.1驱动桥整体方案设计14

2.8.2主减速器结构与差速器14

2.8.3驱动桥壳设计15

2.9悬架设计计算15

2.9.1悬架类型的选择15

2.9.2悬架主要性能参数确定15

2.9.3悬架钢板弹簧计算16

2.10转向系设计计算17

2.10.1机械式转向方案选择17

2.10.2循环球式转向器设计计算17

2.10.3转向梯形计算18

3举升机构液压系统设计20

3.1工况分析20

3.2确定液压系统方案20

3.2.1确定执行元件的类型20

3.2.2确定压力控制方式21

3.3拟定液压系统原理图22

3.3.1举升22

3.3.2下降23

3.4各个换向阀的作用23

3.4.1溢流阀的作用23

3.4.2三位四通换向阀的作用23

3.4.3单向阀的作用23

4液压传动系统设计与计算24

4.1载荷的组成及其计算24

4.2初选系统工作压力25

4.3确定液压缸内径和液压杆外径25

4.3.1选液压缸内径和液压杆外径25

4.3.2确定液压缸的行程26

4.3.3液压油泵的选型26

4.4液压绞盘的选择28

5取力器概述及基本结构的确定29

5.1取力器的功用和要求29

5.2取力器取力方式的介绍29

5.2.1发动机前端取力30

5.2.2飞轮前端取力31

5.2.3飞轮后端取力31

5.2.4变速器上盖取力32

5.2.5变速器后端盖取力33

5.3取力器结构方案的选定33

5.4取力器具体结构参数的确定35

5.4.1取力器传动比的确定35

5.4.2斜齿轮螺旋角的选择35

5.4.3压力角的选择36

5.4.4齿轮基本参数的确定36

5.4.5齿轮弯曲应力计算38

5.4.6齿轮接触应力计算40

5.4.7轴的直径的初步确定43

5.4.8轴的校核计算44

5.5主要部件的选择47

5.5.1同步器的选择47

5.5.2取力器轴承的选择47

5.5.3键的选择48

5.5.4取力器操纵机构48

5.5.5取力器箱体48

5.6材料的选择49

5.6.1取力器齿轮材料的选择49

5.6.2轴材料的选择50

5.6.3箱体材料的选择50

5.7密封与润滑51

6技术经济性分析52

7结论53

致谢54

参考文献55

附录A译文56

附录B外文文献61

1绪论

1.1研究本设计的目的和意义

随着经济的发展，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度的破坏，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。

清障车最大的受力作业方式是举升事故车辆并拖走，清障车尾部还设置了起重托臂等装置，将肇事车辆的前端托起，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。

1.2道路清障车结构方案分析

设计平板式清障车，实现背拖两用，主要内容包括：

底盘设计、取力器设计、执行机构设计及控制系统设计，其中控制系统采用液压控制系统。

平板清障车的设计，对其底盘进行改造（包括选取发动机型号，变速箱等等），并安装取力器来驱动清障车的执行机构。

其上装为全液压操纵，其动力来源于底盘发动机，取力器取力，发动机的输出动力通过传动轴到达齿轮泵。

油泵输出高压油，流经多路换向阀、液压阀，然后到达各执行元件。

各个部件的动作均由换向阀手柄控制，操纵手柄设置在左右后侧工具箱，每一侧的操纵手柄均可实现全功能操作。

操纵手柄旁边的标志牌上清楚地标明了控制手柄的用途和动作方向。

2清障车底盘结构设计计算

现有一拖二型清障车采用二类改装底盘，最大承载质量为3吨。

根据设计任务书和清障车作业工况，参考相关设计标准，对平板式清障车底盘进行结构设计计算并对主要零部件进行选型。

2.1设计依据

2.1.1清障车作业工况简介

一拖二型清障车作业形式主要有两种：

牵引和托举

牵引系统：

高压油驱动液压马达带动绞盘。

当液压马达工作时，其控制阀手柄在“放”的位置，可以自动放钢丝绳，将控制阀手柄扳到“收”的位置，此时牵引车辆或收起钢丝绳。

将车辆拉到平板上进行托运。

托举装置：

此型车使用轮胎托架，轮胎托架分为前托架和后托架。

前托架套在摆臂两端，并用弹簧销固定，后托架插在前托架的方孔内，并用销子固定好，同时用紧固拉锁将轮胎锁牢。

将被拖车辆前轮托起，利用被拖车辆后轮进行牵引作业。

在进行道路清障任务时，承受力最大的是举升车辆作业。

因此最大承载质量是衡量清障车作业能力的一项重要参数。

2.1.2清障车设计参考标准

清障车底盘应满足客户要求并适用各种路况，满足国家和行业的各种法规要求。

主要参考标准如下：

QC/T645-2005清障车

JB/T6042-2006汽车起重机专用底盘

GB7258-2004机动车运行安全技术条件

GB/T23914.2-2009道路车辆装载物固定装置

GB4780-1984载货汽车车身名词术语

2.2整车结构与主要技术参数

2.2.1整车总体设计参数

依据提供的设计任务书和相关标准，其整车结构和主要技术参数如下。

1）整车总体设计参数

总质量为7490kg，整备质量：

5495kg，额定拖举质量：

1800kg，最高牵引时速：

40km/h，牵引质量：

4000kg，承载质量：

3000kg，最高车速为95km/h，最大爬坡角度为30%,平台尺寸（mm）5470×2300（长×宽）

2）整车结构形式

整车结构形式选择如下：

（1）轴数：

2轴

（2）驱动形式：

4×2后轮驱动

（3）布置形式：

采用发动机前端纵置、“平头车”布置、后桥驱动的形式。

2.2.2主要技术参数

根据市场上已有车型的参数和JT/T325-2006和GB7258-2004等标准，对性能参数

做如下要求：

1）动力性参数：

最高车速：

≥95（km/h）；爬坡能力：

≥30%（16.7°）。

2）最小转弯直径：

≤20m

3）通过性几何参数：

最小离地间隙：

≥300mm，接近角34°，离去角26°

4）耐久性：

第一次大修里程在60万公里以上。

5）可靠性：

平均故障率间隔为里程2万公里以内。

6）排放：

按照GWPB1-1999标准执行。

2.3底盘的选型

底盘是保证清障车具有机动性好的关键，应选择质量好、经济性好、承载能力大的底盘。

表2-1底盘性能对比列表

Table2-1chassisperformancecomparisonlist

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

参照各底盘性能，选择底盘型号为东风EQ1070TJ9AD3

2.4动力匹配计算

2.4.1动力匹配概述

车辆动力匹配计算主要是通过计算选择发动机，从而使整车动力能够满足车辆各种工况要求。

在计算估计值后，取车辆运行过程中的三种特殊工况：

平地空载、平地满载最高车速和30%坡度满载。

设计车辆整车装备质量估计为5.459t，轮胎选用12−20型，外直862mm，满载质量7490kg，设计时速

，最大爬坡度30%，公路滚动摩擦系数f=0.028。

重力加速度g=9.8m/s2，传动系效率

。

2.4.2发动机选择

设计最高车速

，可以用下式估算发动机最大功率

（2-1）

式中：

为选定发动机最大功率（kw）；

为传动系效率，参考货车底盘为0.9；

Ma为汽车总质量（kg）；

g为重力加速度（m/s2）；

为滚动摩擦系数，取0.02；

用设计最高车速代入；

CD为空气阻力系数，参考货车取0.9；

A为汽车正面投影面积（即迎风面积），根据任务书取5.75m2。

经计算发动机最大功率估计值为107.8kw

然而整车所选用的发动机功率还必须满足车辆在各种工况下的动力要求。

以下为车辆

运行时3种工况下所需功率:

1）平地公路空载情况

（2-2）

2）平地满载最高车速情况

（2-3）

3）30%坡度满载、速度10km/h

图2-1爬坡时车辆受力分析图

Figure2-1whenclimbingvehiclemechanicalanalysischart

匀速爬坡时底盘需要的牵引力：

（2-3）

则满载爬坡所需功率为：

（2-4）

根据计算结果，选择东风康明斯ISDe14030型号，其额定功率为103kw，额定转速2500PM，最大扭矩450N·.m，排量：

4500ml

2.5离合器设计计算

2.5.1离合器主要参数的选择

通过对清障车结构方案分析，选用双片拉式膜片弹簧离合器。

1）初选摩擦片外径D、内径d、厚度b

外径D与内径d之间的关系有

（2-5）

对于（双片）重载汽车，取A=45。

解得D=316.2mm

查表D=325mm，d=190mm,厚度b=3.5mm

外径确定后，应对摩擦片最大线速度进行验算。

（2-6）

按推荐经验值最大线速度不超过65~70ms，以免摩擦片发生飞离。

故所选φ325离合器满足设计要求。

2）后备系数β

对于重载清障车，经常需要坡起、换档以及拖挂，使用条件较为恶劣，后备系数宜取较大值，参考中型和重型货车β=1.5~2.25；越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽β=1.8~4.0，取β=2.0。

3）单位压力Po

摩擦面上的单位压力Po值和离合器本身的工作条件，摩擦片的直径大小，后备系数，摩擦片的材料及质量等因素有关。

离合器使用频繁，发动机后备功率较小时，Po应取小些；当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外缘热载荷，Po应取小些；后备系数较大时，可适当增大[1]。

表2-2摩擦片单位压力的取值范围

Table2-2thescopeofunitpressureoflining

摩擦片材料

单位压力Po/MPa

石棉基材料模压

0.15-0.25

石棉基材料编织

0.25-0.35

粉末冶金材料模压

0.35-0.50

粉末冶金材料编织

0.35-0.50

金属陶瓷材料

0.70-1.50

选择粉末冶金材料编织，Po取0.26MPa

4）摩擦因数f=0.4，离合器间隙∆t=3mm，摩擦面数Z=4

2.5.2膜片弹簧基本参数的选择

1）膜片弹簧外型几何尺寸

（1）比值H/h和h的选择；

离合器膜片弹簧的H/h一般为1.5~2mm[2]，板厚h=2~4mm。

故初选h=4mm,H/h=1.54则H=1.54h=6.16mm

（2）R/r比值和R、r的选择；

由于摩擦片平均半径计算:

Rc=（D+d）/4=（325+190）/4=128.75（2-7）

对于拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于Rc，取r=130mm，再结合实际情况取R/r=1.21,则R=157.3mm

（3）α的选择

（2-8）

=arctan（6.16/27.3）=12.7°

结果满足9°~15°的范围[1]

2.5.3扭转减振器的设计

扭转减振器主要的技术参数如下：

1）极限转矩

一般可取

（2-9）

式中，货车取1.5，轿车取2.0。

参考货车选取1.5，则

2）扭转刚度Kj

设计计算时可按如下公式初选

Kj≤13Tj（2-10）

Kj=13

675=8775Nm

3）阻尼摩擦转矩

Tu=（0.06~0.17）Temax（2-10）

Tu=0.08

450=36Nm

4）预紧转矩Tn

可用下式进行初选：

Tn=（0.05~0.15）Temax（2-11）

Tn=0.06

450=27N.m

5）减振弹簧位置半径Ro

Ro一般取

Ro=（0.60~0.75）d/2（2-12）

Ro=0.65

190/2=61.75mm

6）减振弹簧个数Zj

摩擦片外径250~325mm之间，取Zj=8

7）减振弹簧总压力

可用下式计算

=Tj/Ro=675/61.75=10.93KN（2-13）

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