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本科學生畢業(yè)設計 背式清障車改裝設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程07-6班 學生姓名： 姜文 指導教師： 李涵武 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Refiting Desing of the RL5090 Design of VehiclesIntothe Candidate：JiangWen Specialty：Vehicle Engineering Class： 07-6 Supervisor：Associate Professorng Li Hanwu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 姜文 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程班 指導教師姓名 李涵武 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 RL5090背式清障車改裝設計 一、課題研究現狀,選題的目的、依據和意義 1、研究現狀 清障車是裝備有起重、托舉、拖拽等設備，用于清楚道路障礙物的專用車輛。清障車對保持道路交通的暢通具有重要的意義。清障車清理事故的能力、效率的高低直接影響著公路的暢通程度。 我國清障車工業(yè)起步于上世紀八十年代末，在近二十年里，國內清障車行業(yè)經歷了引進整車、吸收仿制到自主研發(fā)清障車的過程。隨著我國城市交通和高速公路的快速發(fā)展，國內清障車的產品設計技術、制造工藝也進行了突破性發(fā)展，形成了清障車多功能化、智能化、人性化的產品技術特點；專用機構運用新型材料、產品模塊化設計、專用設備的應用的制造工藝技術特點。一車多能是清障車多功能化的表現?，F在的清障車應用的材料新、附加的設備新、制作的工藝新。 對最大總質量一定的清障車，其整車整備質量的大小很大程度上影響了它的負載（托舉）能力。盡量減輕清障車的整車整備，也是清障車技術的特點。應用新型材料hg70、hg60等高強度鋼材，既能保證機構的強度（托舉、吊舉等能力），又能減輕機構本身的質量。如托臂、吊臂等總成均采用高強度鋼板制作。 清障車的設備會向著只能化的方向發(fā)展，就是從安全、方便、人性化考慮，在系統中裝配一些智能設備，如遙控系統，機構安全報警系統，緊急拯救系統。不僅方便了駕駛員對清障車輛的操作，也加快了清障車的工作速度。 清障車的各機構總成大都是通過大量焊接而成的。如何控制焊接變形？首先從毛坯下料開始，運用水下等離子切割機開料，能保證下料尺寸準確，減小毛壞因受熱而變形。專用機構制作時，應用專用工裝夾具對其定位、防焊接變形。這種工藝既能保證產品質量，提高產品互換性，又能提高生產效率。 清障車也是一種個性化很強的專用車輛。不同區(qū)域、行業(yè)，不同規(guī)模的單位（企業(yè)），其需求的清障車的外觀、專用機構、操縱方式等均有所不同，為了能快速滿足不同客戶的不同需求，產品的模塊化設計在清障車設計技術上，也就自然地得到了充分的應用。清障車重型化也是清障車技術發(fā)展的一個顯著特點。隨著我國汽車噸位重型化的調整，國家西部開發(fā)、南水北調和西氣東輸的建設，以及其他各項工程的啟動，道路條件的改善，交通運輸業(yè)的發(fā)展，公路運輸向高速化、集約化、專用化、集裝箱化發(fā)展，必將引起重型汽車業(yè)（包括專用重型汽車）的崛起。作為保證道路暢通的清障車，無凝也必須重型化，才能滿足重型車輛的清障需要?，F在國內最大噸位的清障車為48噸。 作業(yè)安全、快速是道路清障拯救的兩項重要指標。而專用作業(yè)輔件是作業(yè)安全快速重要的保證。隨著車輛的種類和款式的不斷增多，道路上造成事故與故障的模式也千變萬化，因此，只有不斷地開發(fā)安全、實用、高效的作業(yè)輔件才能滿足各類清障作業(yè)的需要。 2、目的、依據和意義 我國清障車起步于八十年代，正逐步與世界接軌。隨著新世紀城市化的發(fā)展速度，道路交通條件得到了不斷的改善，道路上車輛事故情況也千變萬化，對清障車的求也不斷增長，清障車的功能也不斷增多。新型的清障車將取代老式的清障車，作業(yè)安全，快速是清障車的兩個重要指標，現在的清障車正向個性化、人性化、工作效率高的形式上發(fā)展。本次清障車的設計，以提高清障車智能化，在道路清障過程中，確保車輛在工作狀態(tài)中安全、方便快捷。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內容 （1）主要性能指標的確定。 （2）二類底盤的選擇。 （3）總體布置圖的繪制。 ( 4)輔助裝置的選擇、設計。 （5）總體性能參數的計算。 （6）總體設計及零部件的計算。 （7）整車性能分析。 2、擬解決的主要問題 （1）工作裝置是否對車架造成載荷集中。 （2）盡量滿足專用工作裝置能能要求，充分發(fā)揮專用功能。 （3）盡量減少整車的整備質量。 （4）整車性能校核。 三、技術路線（研究方法） 四、進度安排 （1）調研、資料收集，完成開題報告 第1、2周 （2）方案設計與分析、二類底盤選型（調研與分析）第3周 （3）總布置：第4周 （4）清障工作裝置設計計算選型 第5、6周 （5）液壓裝置設計計算選型 第7周 （6）輔助系統設計 第8周 （7）完成所設計裝配圖與零件圖圖紙 第9周 （8）整車性能計算分析；整車設計修正；第10周 （9）完成設計說明書的撰寫 第11、12周 （10）畢業(yè)設計（論文）審核、預答辯 第13、14周 （11）畢業(yè)設計（論文）修改、完善 第15、16周 （12）畢業(yè)設計（論文）答辯準備及答辯 第17周 五、參考文獻 [1] 李忠生. 清障車的技術現狀及發(fā)展趨勢[J]. 專用汽車： 2003，(6)：10-11. [2] 張如忠， 徐祖英， 金宏明. 淺談高速公路清障拖車安全[J]. 公路運輸文摘: 2003，24(9). [3] 張啟君. 清障車市場情況及發(fā)展簡析[J]. 商用汽車: 2007，(1). [4] 李祥貴,代汝泉,王慧君. 中型道路清障車總體設計與計算[J].專用汽車：2001，(4)：7-10. [5] 佟鋼， 趙闖， 郭大鵬. 清障車作業(yè)裝置常見的結構形式和應用[J]. 北方交通: 2008，(12):78-79. [6] 潘增友. 專用汽車發(fā)展駛入快車道[J]. 汽車與配件: 2003，(47):14-15 [7] 何鵬程. 清障車專用設施結構分析[J].專用汽車：2001，(1)：9-10 [8] 馮晉祥，王慧君. 專用汽車構造與維修[M]山東：山東科技學術出版社，1996. [9] 徐達，陸錦容.專用汽車工作裝置設計與原理[M]北京：北京理工大學出版社，2002. [10]韓林.國內專用車市場分析及預測[J].汽車與配件：2005，（1）：16-18. [11]張世川.清障車快速清障輔助裝置:中國,200820038483.4[P].2008-6-23. [12]寧文祥.2009年全球新款清障車展示[J].專用汽車：2009，（11）：38-39. [13]楊忠敏。專用車市場潛力巨大未來發(fā)展充滿商機[J].2007.（10）：44-47 [14]伍漢清，夏建滿.便攜式清障小車的結構與設計[J].機械制造與自動化：2008，37（3）：73-75//馬文星.特種車輛.2007: 黎濤.潘龍勛.道路清障車技術發(fā)展趨勢[J].建設機械技術與管理 2004(5): [15]楊琳.突破瓶頸 走向世界--我國道路清障車行業(yè)現狀分析[J].專用汽車:2004(1). [16] Yolaro Halamura et al. Actual conceptual design process for an intelligent machining center. Annals of the CIRP, 1995(44) 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘　　要 隨著經濟的發(fā)展，公路上高級轎車越來越多，道路清障車在作業(yè)時應十分注意對事故車輛的保護，特別對一些新車、高檔轎車，應必免因為作業(yè)中捆綁、擠壓以及運輸對事故車輛的損壞，特別對一些高檔轎車，應避免因為作業(yè)中的捆綁、擠壓、以及運輸中的碰撞造成對事故車輛機件及外觀上的進一步損傷了改。RL5090背式清障車作為專用清障車的一種，它利用附加的液壓絞盤、液壓舉升裝置、跳板能夠對事故車輛施行裝載運輸，實現對事故車輛的快速處理，并且不受事故車輛車速的限制，因此對RL5090背式清障車進行改裝設計。 在查閱大量相關資料的基礎上，深入分析了背式清障汽車設計的總體方案，對底盤、升降機構、液壓系統、跳板、液壓絞盤以及相關附件等進行了合理選擇。并通過對底盤型號的選取，確定了整車性能參數。確定了對背式清障汽車的總體參數。此外，對改裝后的整車性能也進行了分析和計算，以確定是否能滿足國家標準。 關鍵詞 ： 清障車改裝設計；平板；液壓絞盤；升降機構；液壓系統 ABSTRACT With the rapid development of the modern logistics dustry, the fast and convenient cargo transportation industry becomes an inevitable direction. The combination lift vehicle is considered as a kind of the special lorry for carrying goods. By making use of an additional rear gate, the vehicle completes the self-lifting and self-unloading of the goods to make the loading and unloading operations achieve mechanization, thereby brings out the fast freight on some degree. The article makes in-depth analysis of the program of the overall design on the basis of searching for a large number of relevant information, make a reasonable choice for chassis, the tailgate lift, hydraulic system, rear gate and the related accessories. And also through the selection of the chassis, the article determines the performance parameters of the vehicle. On this basis, adding to the kinematics and mechanical analysis of the tailgate lift mechanism, it makes the identification and verification of the size of the tailgate lift’s movements. Meanwhile, adopting a hydraulic control system to controll each component, it carrys on the function of rising goods, lifting, and unloading goods, and though the design of hydraulic components, it determines the components of the hydraulic models. At this point, the article determines the overall parameters of the whole vechile. In addition, it makes the analysis and calculation for the whole after repacking to test whether it can meet the national standard. Keyword: Wrecker design modifications；Flat；Hydraulic winch； Elevating；Hydraulic system II 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目　　錄 摘要 l Abstract ll 第1章 緒論 1 1.1 研究本課題的目的和意義 1 1.2 道路清障汽車定義、組成、功用 1 1.3 國內外道路清障汽車的發(fā)展概況 2 1.3.1 國內市場情況 3 1.3.2 國外市場情況 3 1.4 道路清障汽車發(fā)展方向與前景 3 1.5 本設計的主要內容 4 第2章 道路清障汽車參數的確定 5 2.1 方案一固定軸荷式牽引型清障車 5 2.1.1 可調軸荷式牽引裝置 6 2.2 方案二臂架起重機型清障車 6 2.2.1 基本類型 7 2.2.2 主要結構 7 2.3 方案三背式清障車道路清障車 9 2.3.1 裝車作業(yè)過程 9 2.4 方案四門架叉式清障車 10 2.4.1 結構 10 2.4.2 作業(yè)過程 11 2.4.3 優(yōu)點和不足 12 2.5 總體機構設計方案的確定 13 2.6 本章小結 13 第3章 道路清障車結構方案分析 14 3.1基本尺寸參數的確定 14 3.2 質量參數的確定 14 3.2.1 額定裝載質量 14 3.2.2整車整備質量 14 3.2.3 總質量 15 3.3 道路清障汽車底盤的選擇 15 3.3.1 底盤型號的選定 15 3.4 本章小結 17 第4章 清障車副車架的設計計算 19 4.1 道路清障汽車副車架的設計與分析 20 4.1.1副車架的截面形狀及尺寸 20 4.1.2副車架的前端形狀及安裝位置 21 4.1.3 副車架與主車架的連接 22 4.1.4 副車架尺寸和材料的確定 24 4.1.5 靜載荷的分析 24 4.1.6型鋼的選取 24 4.1.7 銷的校核 24 4.1.8 液壓缸底座和副車架之間螺栓的選取和校核 24 4.1.9 副車架螺栓的選取和校核 24 4.2 本章小結 24 第5章 液壓系統設計 25 5.1舉升機構形式的選擇 25 5.2 直接推動式舉升機構的具體設計 27 5.2.1 工作原理 27 5.2.2 參數設計 28 5.2.3 支點的選擇 29 5.2.4 平板與油缸聯接點（中指點）的選取 30 5.2.5 油缸前支點的選取 29 5.2.6 油缸形成的選取 30 5.2.7 油缸直徑的選取 31 5.2.8 液壓缸的推力和拉力校核 34 5.2.9 缸壁厚度的確定 35 5.3 液壓絞盤的設計 33 5.3 .1系纜部分 34 5.3 .2液壓馬達部分 34 5.3 .3絞盤性能參數計算 34 5.3 .4液壓馬達的性能計算 34 5.4 油泵的計算與選型 34 5.4.1 油泵工作壓力的計算 34 5.4.2 油泵理論流量的計算 34 5.4.3 油泵排量的計算 35 5.4.4 油泵功率的計算 35 5.4.5 油泵的選型 35 5.5 油箱與油管的計算與選型 36 5.5.1 油箱容積的計算 36 5.5.2 油管內徑的計算 36 5.6 液壓卷筒選取 36 5.7分配閥的選取 40 5.8取力器的選型 38 5.8.1 取力器布置方案的選定 38 5.8.2取力器取力方式前置式 38 5.8.3 飛輪前端取力 38 5.8.4 飛輪后端取力 39 5.8.5 變速器上蓋取力 39 5.8.6變速器后蓋取力 39 5.8.7 取力器型號的選型 39 5.9 本章小結 39 第6章 道路清障車基本性能參數計算 41 6.1 道路清障車整車參數 41 6.2動力性計算 41 6.2.1 發(fā)動機外特性 43 6.2.2 汽車行駛方程式 46 6.2.3動力性評價指標的計算 48 6.2.4道路清障車整車動力性計算 48 6.3 燃油經濟性計算 50 6.4 道路清障車穩(wěn)定性計算 51 6.4.1道路清障車運輸狀態(tài)穩(wěn)定性計算 52 6.4.2道路清障汽車載運時穩(wěn)定性計算 53 6.4.3工具箱中工具的選取 54 6.5 本章小結 54 結論 55 參考文獻 56 致謝 57 附錄 58 畢業(yè)設計指導教師評分表 學生姓名 姜文 院系 汽車與交通學院 專業(yè)、班級 車輛B07-6 指導教師姓名 李涵武 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是□否 題目名稱 RL5090背式清障車的改裝設計 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數據運算與處理能力）；外文應用能力 20 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 10 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 8 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計評閱人評分表 學生 姓名 姜文 專業(yè) 班級 車輛B07-6 指導教 師姓名 李涵武 職稱 副教授 題目 RL5090背式清障車的改裝設計 評閱組或預答辯組成員姓名 出席 人數 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數據運算與處理能力）；外文應用能力 25 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 15 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日 注：畢業(yè)設計（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預答辯等形式。 畢業(yè)設計答辯評分表 學生 姓名 姜文 專業(yè) 班級 車輛B07-6 指導 教師 李涵武 職 稱 副教授 題目 RL5090背式清障車的改裝設計 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、與實際的結合程度 10 2 設計（實驗）能力、對實驗結果的分析能力、計算能力、綜合運用知識能力 10 3 應用文獻資料、計算機、外文的能力 10 4 設計說明書撰寫水平、圖紙質量，設計的規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）、實用性、科學性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設計答辯準備情況 5 6 畢業(yè)設計自述情況 20 7 畢業(yè)設計答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 自述思路與表達能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 答辯組長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）成績評定表 學生姓名 姜文 性別 男 院系 車輛與交通工程學院 專業(yè) 車輛工程 班級 07-6 設計（論文）題目 RL5090背式清障車的改裝設計 平時成績評分（開題、中檢、出勤） 指導教師姓名 職稱 指導教師 評分（X） 評閱教師姓名 職稱 評閱教師 評分（Y） 答辯組組長 職稱 答辯組 評分（Z） 畢業(yè)設計（論文）成績 百分制 五級分制 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平時成績（開題、中檢、出勤）評分按十分制填寫，指導教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設計（論文）成績百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、評語中應當包括學生畢業(yè)設計（論文）選題質量、能力水平、設計（論文）水平、設計（論文）撰寫質量、學生在畢業(yè)設計（論文）實施或寫作過程中的學習態(tài)度及學生答辯情況等內容的評價。 優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）推薦表 題 目 RL5090背式清障車的改裝設計 類別 設計 學生姓名 姜文 院（系）、專業(yè)、班級 車輛與交通工程學院 車輛工程 07-6 指導教師 李涵武 職 稱 副教授 設計成果明細： 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設計、其它 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第1章 緒　　論 1.1 研究本課題的目的和意義 隨著經濟的發(fā)展伴隨著寬敞的道路、穿流不息的車輛和有序的交通管理系統，已成為現代都市的一種景觀。這種有序是千千萬萬管理或參與交通行為的人共同維系和創(chuàng)造的，但由于各種復雜的交通環(huán)境和人為因素影響，各種交通事故仍然頻頻不斷地在城市的不同路段發(fā)生，而且所呈現的狀況也不盡相同。大多數情況下，車輛因碰撞或側翻會導致不同程序的破壞，喪失行駛功能而拋錨。有的車輛或因自身原因在行車道上拋錨，或違章停車。這些情況都將會嚴重阻礙交通。因此，及時將這類車輛清理拖離現場，盡快恢復交通秩序，保障交通安全已成為擺在交通管理部門面前的首要任務。以往對交通事故肇事車輛的清理，采用的都是比較原始笨拙的辦法，或靠人力肩扛手抬，或臨時找其它車輛生拖硬拽。對一般辦法處理不了的肇事車輛，如大型重載車輛，只有請搬運公司的吊車加平板車聯合作業(yè)才能應付。這些辦法既費工費時，又嚴重影響了正常車輛通行，處理不當還會觸發(fā)新的交通事故。隨著城市車輛劇增，車流密度加大，傳統的清障作業(yè)方法已不能適應現代城市交通安全管理的需要。道路清障車，一種專門用于處理肇事車輛的車輛，正是適應這種需要而誕生的產物。 在經濟發(fā)達國家，隨著道路交通和汽車工業(yè)的發(fā)展，用于處理交通事故的專用車輛已經發(fā)展到比較成熟可靠的階段，而且各種車輛和裝備都達到了一個比較合理的比例。在我國，道路清障車還是近幾年為適應高速公路的發(fā)展和城市交通安全管理的需要而出現的一種新型專用車輛。國家科技攻關項目“高速公路緊急救援裝備車的研制”，正是把握了交通安全管理這一脈博，為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導作用。清障車的首要任務，就是要能把各種狀態(tài)下的肇事車輛清離出事故現場。目前普遍采用的作業(yè)形式，是利用清障車尾部設置的起重托臂、附加托叉掛鉤等裝置，將肇事車輛的前端或后端托起，利用肇事車輛尚能行走的后輪(或前輪)，將肇事車輛拖離現場。對前后軸均已損壞的車輛，則可利用輔助行走裝置，將肇事車輛的前軸(或后軸)墊起，替代原車行駛。對于豪華型轎車，為了保證拖車作業(yè)過程中不損壞原車，清障車通常還帶有一套輪胎托舉裝置，以實現柔性作業(yè)。 1.2 道路清障汽車定義、組成、功用 道路清障汽車自上世紀初誕生以來，不斷發(fā)展，日趨完善。已經是專用車中一個大家族，根據其中作業(yè)能力，清障汽車可分為輕型，重中型及超重型；根據結構形式區(qū)分，道路清障汽車可分為臂架起重機型清障汽車，門架叉式清障汽車，簡單叉式清障汽車和背式清障汽車四個基本類型；從吊臂的作業(yè)功能來分，清障汽車有吊臂旋轉型清障汽車，托臂負載折疊型，吊臂滑動型及吊臂固定型。從托臂的作業(yè)功能來分清障汽車有托臂負載折疊型，托臂折疊型，及托臂不折疊型；從整車結構來分，清障汽車有單功能型，雙功能型及多功能混合型。典型清障車結構如圖1.1。 。 圖1.1 臂架起重機型清障車 臂架起重機型清障車(簡稱臂架式清障車)是清障車中最主要的一種類型，占全部清障車的90%以上。臂架式清障車是在一類通用汽車底盤上駕駛室之后，縱向安裝一臺專用液壓起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根鉸接于車架中部，臂端緊貼車架尾部，極限位置接觸地而，兩支腿行程約500mm的舉升油缸控制臂架做以鉸點為圓心的俯仰運動，可實現對事故車輛的托起動作。清障車的起重臂架無須水平回轉，臂架只在通過車輛縱軸線的垂直平而內做小范圍的旋轉運動，所以臂架受力簡支梁，強度要求較低，但應具有較大剛度。由于臂架無回轉要求，整車制造成本大為降低。在臂架末端的擺動臂內裝有小油缸驅動的可伸縮叉梁副臂，叉梁副臂外端可安裝叉式拖架等起重屬具，當臂架在舉升油缸驅動起升時可以方便快捷地抬起事故車輛的前橋或后橋，固定后即可拖離現場，實現清障目的。 1.3 國內外道路清障汽車的發(fā)展概況 1.3.1 國內清障車市場情況 我國清障車產業(yè)起步于20世紀80年代末。近20年來，我國清障車行業(yè)經歷了整車引進、吸收仿制到自主研發(fā)的過程。隨著我國城市交通與高速公路的快速發(fā)展，國產清障車的技術水平、制造工藝已取得突破性進展，形成了產品多功能化、智能化、人性化的技術特點，上裝(專用機構)具有采用新材料、模塊化設計和專用設備制造的工藝特點。我國一此企業(yè)通過采用專用設備和模塊化設計，實現了清障車的流水線生產，產量提高，成本降低，并有一定上裝產品出口。包括國有企業(yè)，日前我國清障車生產企業(yè)有10家左右，生產2～60t。100余個不同型號和規(guī)格的清障車產品。據悉，國內日前最大噸位的清障車為48t，產品投入市場后很受歡迎我國自主開發(fā)的60t級清障車也已實現銷售，80t級清障車的開發(fā)已開始籌劃?？梢哉f，國內清障車的設計與市場開發(fā)已進入一個新的時代。 1.3.2 國外清障車市場情祝 清障車創(chuàng)始于公路交通非常的國家，早在20世紀50年代美國就生產出第一輛清障車。當時這種車還比較簡單，靠機械傳動帶動卷揚機，拉桿支撐，故障車一端被吊起拖離現場；往往采用自制底盤，功能較單一，這是清障車發(fā)展的第1階段。第2階段，以引入液壓傳動與控制技術為標志，20世紀70年代第一批采用全液壓傳動的清障車生產出來，涌現了一批著名的清障車企業(yè)，如美國的ENTURY、CHALLENGER、JERR-DAN、WRECKER，奧地利的EMPL、日本的TOKYU、加拿人的NRC。這一階段的清障車技術和生產得到很大發(fā)展，首先是系列品種、規(guī)格增多，結構形式多樣化，其次是所用專用底盤、二類底盤多樣化。大型清障車最大為4橋。第3階段，結構多樣、功能齊全，具有托舉、起吊、拖拽、牽引、背拖、破拆、清潔、維修等功能。第4階段，工作能力更大，拖舉能力最大達25t，拖牽能力達48t，起吊能力達40t。第5階段，操作方式更先進，工作環(huán)境更舒適。國外，專用底盤用戶向底盤生產商供貨時，后者會給前者一個軟件，用戶可據需在軟件上對底盤布局進行修改，后者再根據用戶的修改生產專用底盤。此外，還有專門的清障車底盤改裝廠。按目前我國清障車銷量約為國外的1/10推算，國外清障車年為需求2萬輛。 1.4 道路清障汽車發(fā)展方向與前景 “十一五”期間，我國公路建設繼續(xù)保持快速發(fā)展，以“五縱七橫”為主骨架的公路網將相繼形成。2010年我國高速公路通車總里程將位居世界第2位。各省市高速公路爭相突破1 000 km。公路的快速發(fā)展為清障車提供了良好的發(fā)展環(huán)境。我國汽車保有量近年來增民迅猛，給道路交通帶來了很大壓力，交通事故頻發(fā)，許多城市道路交通擁擠不堪。所以，近幾年各城市道路清障車的采購量逐年增長。2000年至今，上海市新增近1 680輛，北京市新增近2 000輛，近2年廣州市每年新增300多輛，江浙等地的增幅也較大。近2年沿海地區(qū)城市與當地部隊靠近臺灣地區(qū)采購了大量大噸位清障車。除了新修道路需要配備清清障車以外，還有大量老舊清障車等待更新。專家統計，清障車因使用頻繁5年一換新。 道路救援工作社會化使道路清障車市場擴展。上海從2000年9月建立“清障施救協作網”，逐步推進清障救援的社會化、規(guī)范化、專業(yè)化和市場化；為此，上海的交巡警支隊全部退出了清障施救網絡，將全部清障牽引車輛拍賣給了社會施救單位，車輛牌號換成地方牌號，交巡警變?yōu)楣芾碚?。近年廣州交通集團交通拯救公司的成立，也掀開了廣東道路救援上作社會化的序幕。 道路清障上作社會化、市場化之后，受委托的清障施救公司在交警部門的指導下，按照城市發(fā)展規(guī)劃要求，完善施救網絡，參與有序競爭，會考慮增加新的設備；同時，也會通過招標方式選擇技術含量高、質量好、價格低、服務到位的產品和企業(yè)。 未來幾年需求量預測，近年來，我國清障車有了一定發(fā)展，但功能齊全、外形外觀的清障車還較少，尤其是道路清理各級公路及城市道路肇事、故障車輛及違章停放車輛的清障車的缺口還很大。有專家預測，未來幾年，我國清障車年需求量約2 300～2 500輛，其中：“拖吊”和“旋轉”型1 300～1 500輛，“平板”和“升降平臺”型1100～1300輛。預計“十一五”期間總需求量繼續(xù)穩(wěn)步增民，年均增民率約15%。 1.5 本設計的主要內容 本設計的目標是設計一種載重3t的道路清障汽車。本次道路清障車裝備有平板和液壓液壓絞盤兩套裝置。因此本設計主要研究的內容有：總體布置，進行二類底盤選型分析、副車架和液壓絞盤的設計計算、卷筒的選取計算、液壓傳動裝置設計計算選型，然后進行車輛的總體布置和性能分析，并用總布置圖表達主要底盤部件的改動和重要工作裝置的布置；最后通過正確的計算，完成部部件設計選型，達到工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的設計要求，并附之以總裝配圖，清楚表達設計。 第2章 道路清障車結構方案分析 道路清障汽車裝備有托舉機構和液壓卷筒兩套裝置，它能將車平移舉升到一定高度后拖走。 對道路清障車進行改裝設計，一般應滿足以下設計要求： （1） 具有一般清障汽車的功能； （2） 能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)地舉升到一定高度； （3） 拖拽功能； （4） 牽引功能； （5） 起吊功能； 2.1 方案一四門架叉式清障車 2.1.1 結構 門架叉式清障車使用普通卡車改裝，視不同起重噸位，可選用輕卡、中卡及重型卡車改裝，只需制作一副起重門架，增加一套簡單的液壓系統即可改裝完成。起重門架鉸接在汽車底盤縱梁尾部，小型液壓系統安裝在汽車發(fā)動機功率輸出端，利用汽車發(fā)動機的動力驅動油泵，提供清障作業(yè)時起重油缸和偏轉油缸的動力圖2.14。 起重門架是矩形焊接結構件。以中型門架為例，其輪廓尺寸(長、高、厚)為1 200、1 800、150mm，包括外門架(圖2.15)和內門架(圖2.16a)。內門架在外門架內滑動，山起重油 圖2.10 RL5090背式清障車 圖2.11 RL5090背式清障車工作過程 圖2.12 RL5090背式清障車運輸狀態(tài) 圖2.13 RL5090背式清障車 缸控制內門架的升降。在內門架上裝有叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁(圖2.16b、c、a)，用于托起事故車輛。整個起重門架能在偏轉油缸作用下做小角度偏轉。作業(yè)時將叉架伸入事故車輛前輪(或后輪)，固定后，舉升油缸驅動內門架上升即可抬 起事故車頭(或車尾)，將事故車拖離現場。 圖2.14 門架叉式清障車 門架叉式清障車的設計思想源于裝卸用門架式叉車，其作業(yè)過程與叉車的作業(yè)過程極為相似。不同的是，叉車內門架行程大，一般達到2m，而叉式清障車的內門架行程只300mm。叉車由于輸送距離短，一般利用門架偏轉油缸使貨物貼緊門架即可，不需捆綁貨物，而叉式清障車輸送距離長，應考慮捆綁鎖緊方式。 2.2 方案二RL5090背式清障車道路清障車 RL5090背式清障車道路清障車在作業(yè)時應十分注意對事故車輛的保護，特別對一些新車、高檔轎車應避免因為作業(yè)中的捆綁、擠壓以及運輸中的碰撞造成對事故車輛機件及外觀上進一步的損傷。除采用文明作業(yè)方式外，還應在作業(yè)方法上給以注意，包括使用墊層、軟接觸、選擇拖運部位、使用專用屬具及注意拖行車速等多方而。 如果采用上述方法仍不能實現無損輸送，就應選用RL5090背式清障車如圖2.10， RL5090背式清障車能夠最大限度地保護事故車輛。 RL5090背式清障車外形上類似自行平板車如圖2.11，具有一般平板車不具備的工作臺翻轉能力，運動形式類似翻斗卡車。RL5090背式清障車在工作平臺前部裝有液壓傳動鋼絲繩卷揚機構，是裝車卸車的動力來源。工作原理:在二類通用汽車底盤上裝有用油缸、連桿和底盤相聯接的工作平臺，工作平臺、汽車底盤、翻轉油缸及連桿共同構成在汽車縱向垂直平而內的四桿機構。當翻轉油缸伸出時，工作平臺平緩地后移和翻轉，平臺末端落地，與地面成11°～22°角，位于事故車正前方。 2.2.1 裝車作業(yè)過程 清障車以車尾接近事故車，翻轉油缸工作使工作平臺后翻落地。開動液壓卷揚機構，用鋼絲繩連接事故車輛的前橋(也可連接事故車輛后橋，以倒拉方式裝車，本文和圖示均按正拉方式敘述，如圖2.11)，開動卷揚機，事故車被緩慢地拉上平臺，驅動翻轉油缸，工作平臺復位，固定事故車輛后即可實現無損輸送如圖2.12。為了便于曳引事故車輛，可在工作平臺上設置兩條縱向由排列緊密的多支平行滾子組成滑道，使牽引阻力降低，即使前后橋均己損壞，車輪不能轉動的車輛也能輕松裝卸如圖2.13。到達目的地，卸車過程是裝車過程的逆過程。 RL5090背式清障車的最大優(yōu)點是實現了無損輸送，這是臂架式清障車和門架叉式清障車難以做到的。RRL5090背式清障車對前后橋均己損壞，不能拖行的全損車輛也能施救作業(yè)，此外， RL5090背式清障車可實現長途運輸，車速不受限制，而其它清障車在拖行時的速度低于25km/h。RL5090背式清障車的缺點是作業(yè)時間較長，尤其是裝車時間較長，這一點對于繁忙路段的清障是不利的， RL5090背式清障車的成本也略高于其它類型清障車。 2.3 方案三 臂架起重機型清障車 臂架起重機型清障車簡稱臂架式清障車是清障車中最主要的一種類型如圖2.7，占全部清障車的90%以上。臂架式清障車是在一類通用汽車底盤上駕駛室之后，縱向安裝一臺專用液壓起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根鉸接于車架中部，臂端緊貼車架尾部，極限位置接觸地而，山兩支行程約500mm的舉升油缸控制臂架做以鉸點為 圓心的俯仰運動，可實現對事故車輛的托起動作。清障車的起重臂架無須水平回轉，臂架只在通過車輛縱軸線的垂直平面內做小范圍的旋轉運動，所以臂架受力簡支梁，強度要求較低，但應具有較大剛度。由于臂架無回轉要求，整車制造成本大為降低。在臂架末端的擺動臂內裝有小油缸驅動的可伸縮叉梁副臂，叉梁副臂外端可安裝叉式拖架等起重屬具，當臂架在舉升油缸驅動下起升時可以方便快捷地抬起事故車輛的前橋或后橋，固定后即可拖離現場，實現清障目的。 圖2.7 臂架起重機型清障車 2.3.1 基本類型 所有臂架式清障車的基本結構是相似的，如果進行分類的話，只能從臂架形狀和是否裝有起重副臂來區(qū)分。在臂架形狀上，輕小型清障車多采用直線梁臂架如圖2.8，中重型清障車有采用曲線梁的如圖2.9，是否裝有起重副臂是指在起重臂架主梁內可套裝一節(jié)可伸縮起重副臂(參看圖2.8)，起重副臂端部裝有鋼絲繩滑輪，可用于簡單的起重作業(yè)，以擴大清障車的工作范圍。例如將翻下路基、掉到溝里或水中的失事車吊起或曳引送回地面，再用叉式拖架抬起拖走，或將翻滾的事故車扶正等。當要求起重或牽引功能時，應在起重臂架根部安裝鋼絲繩卷揚機構，用液壓馬達驅動，使用吊鉤或直接用鋼絲繩捆綁作業(yè)，安裝了起重副臂的清障車明顯擴大了使用范圍。 2.3.2 主要結構 2.2.3 起重臂架總成 起重臂架總成是清障車最重要的部分，也是基本工作裝置，其功能是將事故車頭抬起、固定，以達到拖離現場排障的目的。如果遇到后橋嚴重損毀而前橋正常的事故車輛則采用倒拖，即托起后輪退行。遇到前后橋均損壞時應使用RL5090背式清障車，也可以托起前輪，同時在后輪下墊裝滑板。主臂架為“之”字矩形截面箱型梁，由主臂、垂直副臂、擺動臂及擺動臂內套桑著的叉梁副臂構成，主臂架總成還包括兩支主臂架舉升油缸、擺動臂油缸、叉梁副臂伸縮油缸共七部分組成。兼有起重機功能的起重臂架總成還包 主臂 舉升油缸 起重副臂 擺動臂 叉梁副臂 圖2.8 帶起重副臂的直線梁起重臂 圖2.9 曲線梁起重臂 括起重副臂和起重副臂伸縮油缸兩部分。叉梁副臂是一個“T”字矩形截面箱型梁，可由伸縮油缸作功而產生伸縮運動。在叉梁副臂的橫梁上安裝可調節(jié)相對位置的兩組叉式拖架，叉式拖架是用來插入事故車輛前輪并使之固定的專用裝置，分為叉架前梁和叉架后梁兩部分。主臂舉升油缸的缸頭鉸接在汽車底盤上，活塞桿頭鉸接在主臂中部的水平銷軸耳座上，一般成對布置。舉升油缸的作用是實現臂架的托起動作，為保證在拖行過程中事故車頭不致下落，應考慮油缸的液壓閉鎖。 2.2.4 鋼絲繩卷揚機構 采用低速大扭矩馬達，通過離合器驅動鋼絲繩卷筒實現牽引或起重作業(yè)。一般清障車上裝有一臺鋼絲繩卷揚機構，為提高作業(yè)能力可安裝兩臺卷揚機構，其優(yōu)點是通過兩根繩索的有效配合，可實現將事故車輛翻個、掉頭并彌補單繩牽引力的不足。采用牽引作業(yè)方式時，應盡量使鋼絲繩方向和車身方向相同，避免斜拉。在牽引作業(yè)時，用起重臂支承地而可起到支腿作用，如被牽引車輛較重或地形過于陡峭時應考慮清障車的錨定。 工作過程(按正拖方式敘述)固定車輪的方式清障車到達事故現場，將起重臂架下放，清障車尾部接近事故車車頭，在接近過程中，帶有兩支叉架后梁的叉梁副臂貼地而伸入事故車前輪，用液壓卷筒將事故車輛驅動輪拽到叉架上。當叉架前梁和叉架后梁上的兩個圓塊穩(wěn)穩(wěn)地將事故車車輪卡緊時，用尼龍鎖緊帶或鐵鏈將車輪和叉式拖架捆綁牢固，并用卷筒帶上車輛，這樣事故車輛就和清障車聯結起來了。舉升油缸工作，臂架將事故車頭抬起脫離地而清障車起步將事故車拖走。 2.4 方案固定軸荷式牽引型清障車 固定軸荷式牽引型清障車牽引舉升裝置的操作過程主要包括：牽引鉸盤2靠油馬達帶動鋼絲繩來拖拽作業(yè)對象;可升降的變幅臂4通過舉升油缸5的升降來托起或放下被拖車輛;支撐架3防止因液壓系統泄漏而使變幅臂在運行途中下降，折疊臂7鉸接在變幅臂的下端，帶動伸縮臂8和車輪托叉9作收起與放下動作。整個操作過程靠多路換向閥6控制，如圖2.1所示。其缺點是:由于被拖車輛10的部分重量懸置在清障車1的后部，使清障車的后軸荷增加，前軸荷減少，即使拖拽較輕的車輛就接近甚至超過清障車后軸額定負荷，從而限制了清障車拖拽能力的充分發(fā)揮，而且還會因前軸負荷的減輕進而使清障車轉向操縱性能惡化。如果在前軸上加重時，又會使清障車在不拖拽作業(yè)時轉向沉重。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1清障車 2牽引鉸盤 3支撐架 4變幅臂 5舉升油缸 6多路換向閥 7折疊臂 8伸縮臂 9車輪托叉 10被拖車輛 圖2.1 固定軸荷式油障車作業(yè)示意圖 2.4.1 可調軸荷式牽引裝置 如圖2.2和工作原理是：在清障車1的后懸部位安裝一對支撐架4，可伸長的牽引梁5鉸接在支撐架4上，它是可以上下運動的。梁5的后端裝有一付輪框6，用于安放被拖車輛7的車輪。在梁5的前端下部和清障車底盤之間裝備有油缸2，用來使梁5升降，并調節(jié)清障車后軸與輪式托架(由小車輪9和連接柄8組成，柄8可插人輪框6的相應插孔中)的載荷比。液壓系統控制裝置3包括調節(jié)油缸壓力油的閥門、壓力表等。 1-清障車 2油缸 3-液壓系統控制 4-裝置支撐架 5-梁 6-輪框 7-被拖車輛 8-連接柄 9-小車輪 圖2.2 可調軸荷式牽引裝置結構示意圖 在拖拽作業(yè)時，操縱控制手柄，可將梁5放到地面上，將輪框6卡住被拖車輛的車輪，再操縱手柄使梁5升到和道高度，以便輪式托架連接柄8插人梁5的相應孔中并加以堅固，如下圖2.3（a）所示、然后慢慢放下梁5，使小輪9正處于受壓臨界狀態(tài)，此時控制裝置的壓力表顯示出最大讀數，表示被拖車輛前輪上的重量已全部轉移到清障車后軸上，清障車前軸負荷也處于最輕狀態(tài)。這時繼續(xù)操縱控制裝置以減小壓力表讀數，油缸2中油壓下降，小輪9上負荷逐漸增加。這樣被拖車輛前軸載荷將由清障車后軸和輪式托架二者分擔，其分擔比例由操縱控制裝置調節(jié)，可根據具體情況調至最佳軸荷狀態(tài)，如圖2.3(b)所示。 （a）輪架進入輪下 (b) 輪架安裝完成 2.5 優(yōu)點和不足 起重臂架式清障車和RL5090背式清障車價格昂貴，最低也需十幾萬元，而門架叉式清障車可以利用現有的普通卡車改裝，改裝費用只需三、四元，所以門架叉式清障車有投資小、見效快的優(yōu)勢。 門架叉式清障車和同噸位的臂架式清障車具有相同的功能，可以替代臂架式清障車完成相應的工作，而且門架叉式清障車可以一車兩用，拆下門架仍是一臺運輸車。 門架叉式清障車也有明顯的不足:度盤縱梁受力不合理，全部工作載荷作用在縱梁懸臂上，縱梁懸臂可能因剛度不夠而變形至損壞，此外，減小前橋軸荷，對前橋的轉向能力產生影響。解決方法是加強縱梁懸臂，保證其強度和剛度，在車廂前部道當放一些壓重塊，保證前輪有足夠的附著力。當然，在改裝時也應對后橋軸荷進行驗算，保證在安全范圍之內。 圖2.15 外門架 門架叉式清障車和同噸位的臂架式清障車具有相同的功能，可以替代臂架式清障車完成相應的工作，而且門架叉式清障車可以一車兩用，拆下門架仍是一臺運輸車。 門架叉式清障車也有明顯的不足:度盤縱梁受力不合理，全部工作載荷作用在縱梁懸臂上，縱梁懸臂可能因剛度不夠而變形至損壞，此外，減小前橋軸荷，對前橋的轉向能力產生影響。解決方法是加強縱梁懸臂，保證其強度和剛度，在車廂前部道當放一些壓重塊，保證前輪有足夠的附著力。當然，在改裝時也應對后橋軸荷進行驗算，保證在安全范圍之內。 2.6 總體機構設計方案的確定 綜合上述道路清障汽車道路清障車的各主要機構的選定方案，綜上優(yōu)點所以選擇最終所得到的整車裝配結構如圖2.18所示。 圖2.16 叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁 圖2.17 支承鋼叉 圖2.18 RL5090背式清障車 2.7 本章小結 本章采用對比分析以及例舉的方法介紹了固定軸荷式牽引裝置、臂架起重機型清障車、RL5090背式清障車道路清障車、門架叉式清障車的幾大主要類型設計方案并分析了優(yōu)缺點。經過仔細的研究確定為RL5090背式清障車。 第3章 道路清障汽車參數的確定 3.1 基本尺寸參數的確定 道路清障汽車與普通專用汽車一樣，都是在二類底盤的基礎上進行改裝而成，主要尺寸參數原則上應于原車底盤尺寸相同，從而保證其整車性能參數與原車基本保持不變。常見二類底盤機構如圖3.1所示。 圖3 .1 常見二類底盤 3.2 質量參數的確定 3.2.1 額定裝載質量 道路清障汽車m是在二類地盤的基礎上多加了一套舉升和傾卸裝置，所以其裝載質量差不多，而且道路清障汽車不需要太高的速度，根據初定額定裝載質量為m=3 000kg，所以選擇BJ106VJEA-C1車底盤最大承載質量為3300kg。 3.2.2 整車整備質量 整車整備質量m0是指汽車完全裝備好的質量，包括潤滑油、燃料、隨車工具、備胎等所有裝置的質量。參考同類普通專用汽車的整車整備質量，在此基礎上在增加裝備質量，便可估算道路清障汽車整車整備質量。 所選BJ106VJEA-C1車底盤的整備質量為3500kg,多，所，取為m0=3500kg； 3.2.3 總質量 總質量ma的計算公式為 （2.1） 式中 mp——乘員質量（kg），按每人65kg計。 改裝后道路清障汽車最大軸載質量的分配應基本接近原車底盤軸載要求。又由于車廂升高的同時，其質心向后移。 3.3 道路清障汽車底盤的選擇 專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤的好壞，通常專用車輛所采用的基本底盤按結構分可分為二、三、四類底盤。二類底盤是在整車基礎上去掉貨廂，三類底盤是從整車上去掉駕駛室與貨廂，四類底盤是在三類底盤的上，一般專用改裝車輛在選用底盤時應滿足下述要求： （1）適用性：對于專用改裝車底盤應適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標進行改裝造型設計. （2）可靠性：所選用汽車底盤要求工作可靠，出現故障的幾率少，零部件要有足夠的強度和壽命；且同一車型各總成零部件的壽命應趨于平衡. （3）先進性：應使用整車在動力性、經濟性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平的汽車底盤；而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求. （4）方便性：所選用的底盤要便用于安裝、檢查保養(yǎng)和維修，處理好結構緊湊與裝配調試空間合理的矛盾. 除了上述主要要求外，還有兩個值得注意的方面，一是汽車底盤價格，它是專用汽車購置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產品能否很快的占有市場，企業(yè)能否增加效益問題。二是汽車底盤供貨要有來源，所選用的底盤在市場上必須具有一定的保有量。 3.3.1 底盤型號的選定 專用汽車底盤的選擇主要是根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定，目前，幾乎80%以上的專用車輛采用二類底盤進行改裝設計。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作重點是整車總體布置和工作裝置設計，對底盤僅作性能適應性分析和必要的強度校核，以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。 目前國內市場上底盤的種類多、品種全，如解放、東風、紅巖等系列底盤性能好，價格便宜，市場保有量大，在載重量為3t左右的輕型汽車，選用的底盤也多為這些系列的產品。 表3.1　底盤性能對比列表 解放 東風 紅巖 適用性 適用于各類載重貨車及專用汽車特殊功能的要求 適用于各類載重貨車及專用汽車特殊功能的要求 適用于各噸位載重貨車的改裝設計要求以及部分專用車輛的特殊要求 可靠性 工作可靠，出現故障的幾率少，零部件要有足夠的強度和壽命 工作性能好，故障率低，零部件要有足夠的強度和壽命 性能可靠，出現故障率低，各部件要有足夠的強度 先進性 動力性、經濟性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平 動力性、經濟性、操縱穩(wěn)定性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平 動力性、經濟性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面略低于同類車型 方便性 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結構緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結構緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結構緊湊 價格 較便宜 便宜 便宜 供貨來源 市場擁有量多 市場擁有量多 市場擁有量較多 常見噸位 各種噸位車型 各種噸位車型 輕、中型載貨車型 經過實際調研和上網搜集各類底盤及其技術參數相關方面的資料，并結合本次改裝設計專用車的用途、最大裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形、尺寸、動力匹配、成本等各方面的綜合要求，不難發(fā)現，在進行小規(guī)模的輕、中型載貨汽車或專用車輛改裝制造時，選用東風系列底盤相對較合理。所以選擇BJ106VJEA-C1底盤作為本次道路清障汽車道路清障車的底盤，其主要技術參數見表3.2。 表3.2底盤參數表 底盤型號 BJ106VJEA-C1 外型尺寸（長×寬×高）（mm） 6995×2700×3100 總質量（kg） 9000 整備質量（kg） 3750 最高車速（km/h） 90 前輪距/后輪距（mm） 1665/1600 輪胎規(guī)格 7.50-16 前懸/后懸（mm） 1120/2075 輪胎數 6 3.4 本章小結 本章主要進行道路清障車底盤的選型。首先根據所需底盤的主要設計參數查詢各牌號對應的底盤，如東風、解放以及紅巖等；然后將現有滿足設計參數要求的各種底盤進行對比，通過比較他們的適用性、可靠性、先進性、方便性、價格以及供貨來源等各方面因素選擇比較使用BJ106VJEA-C1底盤作為本次道路清障車的底盤。 第4章 清障車副車架的設計 4.1 道路清障汽車副車架的設計與分析 在專用汽車設計時，為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷。同時也為了不破壞主車架的結構，一般多采用副車架(副梁)過渡。 在增加副車架的同時，為了避免由于副車架剛度的急劇變化而引起主車架上的應力集中，所以對副車架的形狀、安裝位置及與主車架的連接方式都有一定要求。 4.1.1 副車架的截面形狀及尺寸 專用汽車副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖4-1所示的槽形結構，其截面形狀尺寸圖4.1所示的槽形結構，其截面形狀尺寸取決于專用汽車的種類及其承受載荷的大小。表4.1和表4.2列出了斯泰爾系列重型專用汽車副車架的截面尺寸[12]。 圖4.1 副車架的截面形狀 對于隨車運輸車的副車架來說，在安裝起重裝置的范圍內，應按如圖4.2和圖4.3所示的方式用一塊腹板將副車架截面封閉起來，以提高副車架的抗扭和抗彎能力。 圖4.2 加強后的副車架截面形狀 圖4.3 加強腹板的位置 4.1.2 副車架的前端形狀及安裝位置 為了避免由于副車架截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應力集中，副車架的前端形狀應采用逐步過渡的方式。例如采用如圖4.4所示的三種過渡方式。對于這三種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如圖4.4（c）所示。h=1mm 、l=15～20mm。 如果加工上述形狀困難時，可以采用如圖4.5所示的副車架前端簡易形狀，此時斜面尺寸較大。對于鋼質副車架：h=5～7mm；l=200～300mm對于硬木質副車架：h=5到10mm；l=H、副車架在汽車底盤上布置時，其前端應盡可能地往駕駛室后圍靠近。 a-U形 b-角形 c-L形 圖4.4 副車架前端的三種形式 圖4.5為某散裝水泥運輸車的罐體、副車架相對于汽車底盤的安裝位置，在滿足軸荷分配的前提下，其中A不宜過大，留足空壓機的位置即可;B為副車架的前端離主車架拱形橫梁的距離，一般在100mm之內;C為固定副車架的前面第一個U型螺栓距拱形橫梁的距離，一般控制在500～800mm的范圍內。 a-鋼質副車架 b-硬木質副車架 圖4.5 副車架前端簡易形狀 圖4.6 副車架的安裝位置 4.1.3 副車架與主車架的連接 4.1.4 副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式 4.1.5 止推板連接 圖4.8是斯泰爾重型專用汽車所采用的止推連接板的結構形狀及其安裝方式。連接板上端通過焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產生相對水平位移。相鄰兩個止推連接板之間的距離在500～1 000 mm范圍內。 4.1.6 U型夾緊螺栓 當選用其它連接裝置有困難時，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉載荷最大的范圍內不允許采用U螺性。當采用U型螺栓固定時，為防止主車架縱梁翼面變形，應在其內側襯以木塊，但在消聲器附近，必須使用角鐵等作內襯。 最終方案的選定結合專用汽車以及道路清障汽車的設計特點，本設計決定采用副車架前端形狀為U型。而副車架與主車架的連接決定采用止推板連接。 圖4.9 連接支架 1-上托架 2-下托架 3-螺栓 4.1.7 連接支架 連接支架由相互獨立的上、下托架組成，上、下托架均通過螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接，見圖4.9所示。由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應和止推連接板配合使用。一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。 1副車架 2止推連接板 3主車架縱梁 圖4.8 止推板的連接結構 4.1.8 副車架尺寸和材料的確定 副車架縱梁高180mm長4970mm材料16MnR。 副車架和主車架之間用橡膠熱隔離，并需要在主車架上鉆橢圓形通孔。 4.1.9 鋼的選取 經過以上的計算選取鋼的形狀為等邊彎曲槽鋼160160對接焊成，壁厚為6mm，形狀為8080等邊彎曲槽鋼對接焊成。 4.2 銷的校核 支架與支架地座之間用銷連接；液壓缸與支架之間用銷連接；液壓缸與液壓缸底座之間用銷連接托架上端與下端之間用銷連接；所以銷必須得校核。 4.2.1 液壓缸底座與和副車架之間螺栓的選取和校核 因設計要求選取直徑12mm的螺栓，底座與副車架有8個螺栓連接而。因液壓缸底座受力比托架底座小，所以經校核滿足要求。 4.2.3 副車架主車架螺栓的選取和校核 副車架主車架間用24個直徑12mm螺栓連接,副車架與主車架受力每根約為2000N經機械設計手冊經校核成功。 4.3 本章小結 本章首先進行了道路清障汽車副車架的設計與分析。靜載荷的分析，型鋼的選取，銷的校核，平板和副車架之間螺栓的選取和校核和分析。 第5章 液壓系統設計 道路清障車液壓系統設計的好壞，將直接影響整車的性能。道路清障車液壓系統一般主要包括托舉液壓系統、液壓卷筒液壓系統。 本次道路清障車的改裝設計主要偏重于機械機構的設計與分析，而其液壓系統所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統元件均為高度標準化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產供應；因此在改裝設計中只需要進行液壓元件計算選型。其主要內容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關控制閥的選型等。 5.1舉升機構形式的選擇 舉升機構分為兩大類：直推式和連桿組合式，它們均采用液體壓力作為舉升動力 直推式舉升機構利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機構布置簡單、結構緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級或3級伸縮式套筒油缸。 按油缸布置位置不同，直推式舉升機構可分為前置和后置(也稱中置)兩種，如圖5.1所示。前置式油缸支在車廂前部,油缸的舉升力較小,油缸行程較大,一般用于重型自卸汽車上,油缸則通常采用多級伸縮油缸。后置式油缸支在車廂中部,油缸行程較小,油缸的舉升力較大,多采用雙缸雙柱式油缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時車廂橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長；后置式的情況則與前置式的相反。 (a)前置式； (b)后置式 圖5.1 直推式舉升機構的布置 常用的連桿組合式舉升機構布置有兩種：油缸前推式(又稱T式)和油缸后推式(又稱D式)，如圖5.2所示。 1- 鉸支座；2-車廂；3-油缸；4-三角臂 圖5.2 連桿組合式舉升機構 (a) 油缸前推式；(b) 油缸后推式 直推式和連桿組合式舉升機構的綜合比較見表5.3： 表5.3直推式與連桿組合式舉升機構的綜合比較 類 別 項 目 直推式 桿系傾卸式 結構布置 簡便，易于布置 比較復雜 系統質量 較小 較大 建造高度 較低 較高 油壓特性 較差 較好 工作壽命 磨損大，易損壞，工作壽命短 不易磨損，工作壽命長 制造成本 較高 較低 系統傾卸穩(wěn)定性 較差 較好 系統耐沖性 較好 較差 直推式舉升機構結構簡單,較易于設計。但由于是油缸直接頂起車廂,為了達到一定的舉升角度,往往需采用多級油缸,而為了提高整車的穩(wěn)定性,又常采用雙油缸結構。這樣易導致油缸泄漏或雙缸不同步,進而造成車廂舉升受力不均。目前,該類舉升機構主要用于重型自卸汽車。 連桿組合式舉升機構利用三角形連桿機構的放大特性,減小了油缸行程,同時還能借助于連桿系的橫向跨距來加強卸貨時的穩(wěn)定性,只需采用單級單缸的油缸型式就可滿足要求。因此,該類舉升機構制造工藝相對簡單,在生產實際中獲得了廣泛應用。油缸前推式舉升機構適用于中、重型自卸汽車；油缸后推式適用于中、輕型自卸汽車。 綜上所述，對于RL5090背式清障車，本文選用油缸后推式舉升機構。該種舉升機構通過三角板于車廂底板相連推動車廂，啟動性能較好，并能承受較大的偏置載荷；舉升支店在車廂中心附近，車廂受力狀況較好。 圖5.3 后推連桿組合舉升機構原理 油缸是液壓系統執(zhí)行元件，也是上述舉升和傾卸兩大機構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔茫涓左w長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結構緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達35MPa）,易于安裝布置等優(yōu)點。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機構多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機構多采用單作用單級油缸]。 5.2直接推動式舉升機構的具體設計 5.2.1工作原理 如圖5.4所示：油缸兩端AB的A點鉸接于支架之座上，B點鉸接于平板底架之座之上。舉升機構工作時，液壓油泵由取力器帶動旋轉，從油箱吸入液壓油，并將液壓油經分配器壓入油缸腔，油壓所產生的推力Q使平板提升傾卸。當操縱手柄推到中立位置時，油泵卸荷，油缸中立，平板將停止升降。操縱手柄推到下降位置時，回油閥打開，平板在其自重的作用下，使油缸腔內的液壓油返回至液壓油箱，從而實現平板的復位。 圖5.4 直推式舉升機構工作原理 5.2.2參數設計 油缸直推式舉升機構的幾何分析：如圖5.5所示： 圖5.5 直推式舉升機構的幾何分析 油缸柱塞由初始B點，逐步伸出至B′，油缸行程L行盡，平板翻至最大舉升角，由△A B′O余弦定理可得： （3.1） 式中：,，。 根據清障車的標準及平板的舉升角一般小于16°，可取，油缸初始長度可根據油缸標準系列尺寸和市面供貨情況而定，可取＝455mm。油缸裝車后要留有一定的預伸量，的作用是使貨箱降落之后與車架貼合，避免因誤差影響造成油缸頂底而貨箱未能完全落下?？扇。?0～15mm，過大則浪費油缸的行程和使油缸工作壓力提高。 選取、、的數值之后，待定的設計參數有、、、，油缸行程、油缸直徑等。下面就待定的設計參數進行討論。 5.2.3支點的選取 垂直方向：在貨箱縱梁與車架縱梁之間可結合后支點結構來考慮，一般采用支座結構，此時后支點可取在車架縱梁面上約50mm處。 水平方向：一般在車架后板簧吊耳后，如圖5.7所示，C＞680mm?？紤]到平板底板傾卸汽車時，距地面的高度（如圖5.8所示），底板距地面的高度H： （3.2） 根據表5.2所示平板舉升角，本課題選取傾斜角，并帶入式（2），可得： H越大，貨物傾卸后的堆放高度越高，后支點距貨箱尾部距離d： 圖5.7 后支點選?。ㄋ椒较颍? 則距后輪中心線距離C： ， 綜合車架、貨箱條件，可取C＝700mm。 5.2.4平板與油缸聯接點（中支點）的選取 水平方向：一般在后輪中心線附近，越往前，所需油缸的行程越大，但舉升貨物的穩(wěn)定性就越好，工作油壓越低，可暫時取在中心線上。 垂直方向：應盡量貼近平板底板，使油缸的初始舉升角較大，提高舉升力矩。具體要結合中支點的構件來選取，一般中支點的結構為平板焊接油缸支梁，用銷軸連接油缸。從平板受力角度考慮，油缸支梁應搭接在平板縱梁上，使推力經油缸支梁――平板縱梁――平板橫梁，均勻傳給整個平板。若油缸支梁搭在平板橫梁，則平板那橫梁局部區(qū)域受力較大，可能會拱起而使平板那變形。如圖5.8所示，根據液壓缸安裝條件，本例中可取高度為50mm。 5.2.5油缸前支點的選取 垂直方向：一般在車架縱梁的高度范圍內，過高則油缸的初始舉升角太小，舉升力矩?。贿^低則油缸地隙較小，支點構件的強度較低。一般油缸與車架的連接采用油缸支座擱在車架寬度方向中間縱梁上。這樣拆裝油缸時，油缸不會掉落下來，拆裝方便，構件結構強度也比較高。如圖5.9所示：支點距車架上平面的距離為：h=188-120-40＝28mm。 水平方向：在平板連點（中間支點）的前方，由油缸兩支點的高度差油缸的原始長度和一定的預伸量決定。 圖5.8平板與油缸連接點（中支點）選取 圖5.9 油缸前支點選取（1） 圖5.10 油缸前支點選?。?） 如圖5.10所示，可得e尺寸： 取，值取得越大，預伸量越大，油缸初始角減少，舉升力矩減少. 5.2.6 油缸行程的選取 根據上述支點的選取原則可得三支點的初步布置，有前面介紹的余弦定理可得所需的油缸行程L： 其中： 、 畫圖可得 將上述尺寸代入式（1） 可得：L＝1035.78mm 根據SYG系列多級雙作用活塞式液壓缸標準的行程，取液壓缸活塞行程為600mm，每節(jié)行程為300mm，共兩節(jié)，所取液壓缸的行程比計算行程1035.78mm少了9.22mm。若支點不變，則平板那最大舉升角就將大于19°。因為平板的舉升角一般為19°，24°的舉升角已能將貨物卸下。但因9.22mm相對于整車尺寸而言比較小，故為提高舉升機構穩(wěn)定性的較低工作油壓，可依此確定下液壓缸的型號及尺寸 根據設計計算，舉升角。 5.2.7油缸直徑的選取 油缸直徑的選取需要先確定背式清障汽車液壓系統的額定壓力，額定壓力過低，則元件需較大型；額定壓力過高，則元件成本、性能要求過高。一般取額定壓力為12MPa的級別，比較適中。然后根據滿載時的舉升目標油壓來確定所需的油缸直徑D。 油缸直徑D實際上是油缸舉升車廂初時時所需的油缸直徑。隨著貨物的卸去，車廂載荷減小，所需的油缸推力亦是逐漸減少。因此，只有算出油缸初時舉升的受力計算是最有意義的。 當車廂滿載時，設油缸推力為F，滿載時質量為G，以車廂受力中心體，受力分析如圖為： 對于第一缸，對O點取矩： 即可得： 其中取P=12MPa 根據SYG系列多級雙作用活塞式液壓缸標準中，選用2SYG100E－111－300*445兩節(jié)液壓油缸。根據《機械手冊》表20-6-2所示.，可選取液壓缸內徑為。 此時滿載的工作壓力（即第一缸伸出時）為： 在舉升過程中，重力臂逐步伸長，舉升力矩逐步減少，直到第二節(jié)、第三節(jié)油缸伸出時，已有部分貨物卸下，貨物重心也向后移動，阻力矩減小，油壓將比初時舉升時低。 圖5.11背式清障汽車車廂受力分析 5.2.8液壓缸的推力和拉力校核 經過上述計算，初步選定SYG系列多級雙作用活塞式2SYG100E－111－300*445兩節(jié)液壓油缸。 根據《機械手冊》表20-6-3液壓缸主要技術性能參數計算所示，速比是表示液壓缸活塞往復運動時的速度之比。 （3.3） 式中：——活塞桿的伸出速度，m/s ——活塞桿的縮回速度，m/s D——液壓缸活塞直徑，m d——活塞桿直徑，m 計算速比中主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設置緩沖裝置。速比不宜過大或過小，以免產生過大的背壓或造成因活塞桿太細導致穩(wěn)定性不好。 表5.3 速比的選取 公稱壓力/MPa ≤10 12.5～20 ＞20 1.33 1.46，2 2 根據選定的3.5T背式清障汽車的工作壓力，選定＝1.46，進行計算。 由式（2）可得： (3.4) 查《機械設計手冊》表20-6-3，選取。 查《機械設計手冊》表20-6-3液壓缸主要技術性能參數的計算。校核活塞的理論推力和拉力。 油液作用在活塞上的液壓力，對于雙作用單活塞桿液壓缸來說，活塞受力如圖5.12所示： 圖5.12 液壓缸活塞受力圖 活塞桿伸出時的理論推力為： （3.5） 將、代入式（3.5），可得： 活塞桿伸出時的理論推力為＜； 活塞桿縮回時的理論拉力為： （3.6） 將、、代入式（3.6），可得： 活塞桿縮回時的理論拉力為＜ 5.2.9缸壁厚度的確定 (3.7) 式中-缸體材料的許用應力。 根據《機械設計手冊》表5.4所示，本課題液壓缸選用45號鋼。許用應力取為360。將=360代入公式中，得出： 取油缸壁厚為5 。 5.3液壓絞盤 5.3.1系纜部分 表5.4系纜部分 額定系纜拉力： 30 KN 公稱速度： ≥5 m/min 絞盤頭直徑： Φ300mm 5.3.2液壓馬達部分 表5.5液壓馬達部分 馬達型號： IY3-2000 額定流量： 2030ml/r 5.4油泵的計算與選型 清障車常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點是油壓高（油壓范圍16～35MPa），且在最低轉速下仍能產生全油壓，固可縮短舉升時間。中輕型清障車上多采用齒輪泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型清障車常采用柱塞泵 5.4.1油泵工作壓力的計算 MP （5.3） 式中：——油缸最大作用力，(N)； ——油缸橫截面積，(m2)。 則： 5.4.2油泵理論流量的計算 L/min （5.4） 式中：——油缸最大工作容積（m3），按下式計算： L 、、的單位均為m； ——舉升時間，(s)，一般要求20s，取s； ——液壓泵容積效率=0.85~0.9。 則： 本車有兩個油缸同時工作則油泵理論流量為6.54. 5.4.3油泵排量的計算 mL/r （5.5） 式中 ——油泵流量，(L/min)； ——油泵額定轉速，(r/min)。 取力器速比：； 油缸工作時發(fā)動機轉速：r/min；則，油泵轉速r/min那么： mL/r （5.6） 5.4.4油泵功率的計算 （5.7） 式中 ——油泵最大工作壓力，(Pa)； ——油泵額定流量，(m3/s)； ——油泵總效率=0.8。 則： KW （5.8） 5.4.5油泵的選型 根據上述計算P、、q和N的值，查閱相關資料，選擇CB-FD40型號的單齒輪泵。 5.5油箱與油管的計算與選型 5.5.1油箱容積的計算 一般要求油箱容積不得小于全部工作油缸工作容積的三倍，即： 則：L 取L 5.5.2油管內徑的計算 由 （5.9） 即： （5.10） 式中：——油泵理論流量，(L/min)； ——管路中油的流速；高壓管路中油的流速3.6m/s；低壓管路中油的流速m/s。 則： 高壓油管內徑mm （5.11） 低壓油管內徑mm （5.12） 根據管路計算結果選用（HG4-406-66）兩層鋼絲編織膠管作為高壓管，管接頭形式為A型扣壓式；低壓回油管則選用（HG4-406-66）一層鋼絲編織低壓膠管。液壓油冬季選用HJ-20號機械油，夏季HJ-30號機械油。 5.6液壓卷筒選取 因液壓卷筒由油泵驅動通過鋼絲繩作功，鋼絲繩的最大拉力為13579.3N選取DHW4000 HYDRAVL