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第1章 绪论1.1 研究本课题的目的和意义随着经济的发展伴随着宽敞的道路、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序的破坏，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，采用的都是比较原始笨拙的办法，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。目前普遍采用的作业形式，是利用清障车尾部设置的起重托臂、附加托叉挂钩等装置，将肇事车辆的前端或后端托起，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。对前后轴均已损坏的车辆，则可利用辅助行走装置，将肇事车辆的前轴(或后轴)垫起，替代原车行驶。对于豪华型轿车，为了保证拖车作业过程中不损坏原车，清障车通常还带有一套轮胎托举装置，以实现柔性作业。1.2 道路清障汽车定义、组成、功用道路清障汽车自上世纪初诞生以来，不断发展，日趋完善。已经是专用车中一个大家族，根据其中作业能力，清障汽车可分为轻型，重中型及超重型；根据结构形式区分，道路清障汽车可分为臂架起重机型清障汽车，门架叉式清障汽车，简单叉式清障汽车和背式清障汽车四个基本类型；从吊臂的作业功能来分，清障汽车有吊臂旋转型清障汽车，托臂负载折叠型，吊臂滑动型及吊臂固定型。从托臂的作业功能来分清障汽车有托臂负载折叠型，托臂折叠型，及托臂不折叠型；从整车结构来分，清障汽车有单功能型，双功能型及多功能混合型。典型清障车结构如图1.1。 。单独论文不含图，加153893706图1.1 臂架起重机型清障车 臂架起重机型清障车(简称臂架式清障车)是清障车中最主要的一种类型，占全部清障车的90%以上。臂架式清障车是在一类通用汽车底盘上驾驶室之后，纵向安装一台专用液压起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根铰接于车架中部，臂端紧贴车架尾部，极限位置接触地而，两支腿行程约500mm的举升油缸控制臂架做以铰点为圆心的俯仰运动，可实现对事故车辆的托起动作。清障车的起重臂架无须水平回转，臂架只在通过车辆纵轴线的垂直平而内做小范围的旋转运动，所以臂架受力简支梁，强度要求较低，但应具有较大刚度。由于臂架无回转要求，整车制造成本大为降低。在臂架末端的摆动臂内装有小油缸驱动的可伸缩叉梁副臂，叉梁副臂外端可安装叉式拖架等起重属具，当臂架在举升油缸驱动起升时可以方便快捷地抬起事故车辆的前桥或后桥，固定后即可拖离现场，实现清障目的。1.3 国内外道路清障汽车的发展概况1.3.1 国内清障车市场情况我国清障车产业起步于20世纪80年代末。近20年来，我国清障车行业经历了整车引进、吸收仿制到自主研发的过程。随着我国城市交通与高速公路的快速发展，国产清障车的技术水平、制造工艺已取得突破性进展，形成了产品多功能化、智能化、人性化的技术特点，上装(专用机构)具有采用新材料、模块化设计和专用设备制造的工艺特点。我国一此企业通过采用专用设备和模块化设计，实现了清障车的流水线生产，产量提高，成本降低，并有一定上装产品出口。包括国有企业，日前我国清障车生产企业有10家左右，生产260t。100余个不同型号和规格的清障车产品。据悉，国内日前最大吨位的清障车为48t，产品投入市场后很受欢迎我国自主开发的60t级清障车也已实现销售，80t级清障车的开发已开始筹划。可以说，国内清障车的设计与市场开发已进入一个新的时代。1.3.2 国外清障车市场情祝清障车创始于公路交通非常的国家，早在20世纪50年代美国就生产出第一辆清障车。当时这种车还比较简单，靠机械传动带动卷扬机，拉杆支撑，故障车一端被吊起拖离现场；往往采用自制底盘，功能较单一，这是清障车发展的第1阶段。第2阶段，以引入液压传动与控制技术为标志，20世纪70年代第一批采用全液压传动的清障车生产出来，涌现了一批著名的清障车企业，如美国的ENTURY、CHALLENGER、JERR-DAN、WRECKER，奥地利的EMPL、日本的TOKYU、加拿人的NRC。这一阶段的清障车技术和生产得到很大发展，首先是系列品种、规格增多，结构形式多样化，其次是所用专用底盘、二类底盘多样化。大型清障车最大为4桥。第3阶段，结构多样、功能齐全，具有托举、起吊、拖拽、牵引、背拖、破拆、清洁、维修等功能。第4阶段，工作能力更大，拖举能力最大达25t，拖牵能力达48t，起吊能力达40t。第5阶段，操作方式更先进，工作环境更舒适。国外，专用底盘用户向底盘生产商供货时，后者会给前者一个软件，用户可据需在软件上对底盘布局进行修改，后者再根据用户的修改生产专用底盘。此外，还有专门的清障车底盘改装厂。按目前我国清障车销量约为国外的1/10推算，国外清障车年为需求2万辆。1.4 道路清障汽车发展方向与前景“十一五”期间，我国公路建设继续保持快速发展，以“五纵七横”为主骨架的公路网将相继形成。2010年我国高速公路通车总里程将位居世界第2位。各省市高速公路争相突破1 000 km。公路的快速发展为清障车提供了良好的发展环境。我国汽车保有量近年来增民迅猛，给道路交通带来了很大压力，交通事故频发，许多城市道路交通拥挤不堪。所以，近几年各城市道路清障车的采购量逐年增长。2000年至今，上海市新增近1 680辆，北京市新增近2 000辆，近2年广州市每年新增300多辆，江浙等地的增幅也较大。近2年沿海地区城市与当地部队靠近台湾地区采购了大量大吨位清障车。除了新修道路需要配备清清障车以外，还有大量老旧清障车等待更新。专家统计，清障车因使用频繁5年一换新。 道路救援工作社会化使道路清障车市场扩展。上海从2000年9月建立“清障施救协作网”，逐步推进清障救援的社会化、规范化、专业化和市场化；为此，上海的交巡警支队全部退出了清障施救网络，将全部清障牵引车辆拍卖给了社会施救单位，车辆牌号换成地方牌号，交巡警变为管理者。近年广州交通集团交通拯救公司的成立，也掀开了广东道路救援上作社会化的序幕。道路清障上作社会化、市场化之后，受委托的清障施救公司在交警部门的指导下，按照城市发展规划要求，完善施救网络，参与有序竞争，会考虑增加新的设备；同时，也会通过招标方式选择技术含量高、质量好、价格低、服务到位的产品和企业。未来几年需求量预测，近年来，我国清障车有了一定发展，但功能齐全、外形外观的清障车还较少，尤其是道路清理各级公路及城市道路肇事、故障车辆及违章停放车辆的清障车的缺口还很大。有专家预测，未来几年，我国清障车年需求量约2 3002 500辆，其中：“拖吊”和“旋转”型1 3001 500辆，“平板”和“升降平台”型11001300辆。预计“十一五”期间总需求量继续稳步增民，年均增民率约15%。1.5 本设计的主要内容本设计的目标是设计一种载重3t的道路清障汽车。本次道路清障车装备有平板和液压液压绞盘两套装置。因此本设计主要研究的内容有：总体布置，进行二类底盘选型分析、副车架和液压绞盘的设计计算、卷筒的选取计算、液压传动装置设计计算选型，然后进行车辆的总体布置和性能分析，并用总布置图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。第2章 道路清障车结构方案分析道路清障汽车装备有托举机构和液压卷筒两套装置，它能将车平移举升到一定高度后拖走。对道路清障车进行改装设计，一般应满足以下设计要求：（1） 具有一般清障汽车的功能；（2） 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度；（3） 拖拽功能；（4） 牵引功能；（5） 起吊功能；2.1 方案一四门架叉式清障车2.1.1 结构门架叉式清障车使用普通卡车改装，视不同起重吨位，可选用轻卡、中卡及重型卡车改装，只需制作一副起重门架，增加一套简单的液压系统即可改装完成。起重门架铰接在汽车底盘纵梁尾部，小型液压系统安装在汽车发动机功率输出端，利用汽车发动机的动力驱动油泵，提供清障作业时起重油缸和偏转油缸的动力图2.14。起重门架是矩形焊接结构件。以中型门架为例，其轮廓尺寸(长、高、厚)为1 200、1 800、150mm，包括外门架(图2.15)和内门架(图2.16a)。内门架在外门架内滑动，山起重油图2.10 RL5090背式清障车图2.11 RL5090背式清障车工作过程图2.12 RL5090背式清障车运输状态图2.13 RL5090背式清障车缸控制内门架的升降。在内门架上装有叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁(图2.16b、c、a)，用于托起事故车辆。整个起重门架能在偏转油缸作用下做小角度偏转。作业时将叉架伸入事故车辆前轮(或后轮)，固定后，举升油缸驱动内门架上升即可抬起事故车头(或车尾)，将事故车拖离现场。图2.14 门架叉式清障车门架叉式清障车的设计思想源于装卸用门架式叉车，其作业过程与叉车的作业过程极为相似。不同的是，叉车内门架行程大，一般达到2m，而叉式清障车的内门架行程只300mm。叉车由于输送距离短，一般利用门架偏转油缸使货物贴紧门架即可，不需捆绑货物，而叉式清障车输送距离长，应考虑捆绑锁紧方式。2.2 方案二RL5090背式清障车道路清障车RL5090背式清障车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、高档轿车应避免因为作业中的捆绑、挤压以及运输中的碰撞造成对事故车辆机件及外观上进一步的损伤。除采用文明作业方式外，还应在作业方法上给以注意，包括使用垫层、软接触、选择拖运部位、使用专用属具及注意拖行车速等多方而。如果采用上述方法仍不能实现无损输送，就应选用RL5090背式清障车如图2.10， RL5090背式清障车能够最大限度地保护事故车辆。RL5090背式清障车外形上类似自行平板车如图2.11，具有一般平板车不具备的工作台翻转能力，运动形式类似翻斗卡车。RL5090背式清障车在工作平台前部装有液压传动钢丝绳卷扬机构，是装车卸车的动力来源。工作原理:在二类通用汽车底盘上装有用油缸、连杆和底盘相联接的工作平台，工作平台、汽车底盘、翻转油缸及连杆共同构成在汽车纵向垂直平而内的四杆机构。当翻转油缸伸出时，工作平台平缓地后移和翻转，平台末端落地，与地面成1122角，位于事故车正前方。2.2.1 装车作业过程清障车以车尾接近事故车，翻转油缸工作使工作平台后翻落地。开动液压卷扬机构，用钢丝绳连接事故车辆的前桥(也可连接事故车辆后桥，以倒拉方式装车，本文和图示均按正拉方式叙述，如图2.11)，开动卷扬机，事故车被缓慢地拉上平台，驱动翻转油缸，工作平台复位，固定事故车辆后即可实现无损输送如图2.12。为了便于曳引事故车辆，可在工作平台上设置两条纵向由排列紧密的多支平行滚子组成滑道，使牵引阻力降低，即使前后桥均己损坏，车轮不能转动的车辆也能轻松装卸如图2.13。到达目的地，卸车过程是装车过程的逆过程。RL5090背式清障车的最大优点是实现了无损输送，这是臂架式清障车和门架叉式清障车难以做到的。RRL5090背式清障车对前后桥均己损坏，不能拖行的全损车辆也能施救作业，此外， RL5090背式清障车可实现长途运输，车速不受限制，而其它清障车在拖行时的速度低于25km/h。RL5090背式清障车的缺点是作业时间较长，尤其是装车时间较长，这一点对于繁忙路段的清障是不利的， RL5090背式清障车的成本也略高于其它类型清障车。2.3 方案三 臂架起重机型清障车臂架起重机型清障车简称臂架式清障车是清障车中最主要的一种类型如图2.7，占全部清障车的90%以上。臂架式清障车是在一类通用汽车底盘上驾驶室之后，纵向安装一台专用液压起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根铰接于车架中部，臂端紧贴车架尾部，极限位置接触地而，山两支行程约500mm的举升油缸控制臂架做以铰点为 圆心的俯仰运动，可实现对事故车辆的托起动作。清障车的起重臂架无须水平回转，臂架只在通过车辆纵轴线的垂直平面内做小范围的旋转运动，所以臂架受力简支梁，强度要求较低，但应具有较大刚度。由于臂架无回转要求，整车制造成本大为降低。在臂架末端的摆动臂内装有小油缸驱动的可伸缩叉梁副臂，叉梁副臂外端可安装叉式拖架等起重属具，当臂架在举升油缸驱动下起升时可以方便快捷地抬起事故车辆的前桥或后桥，固定后即可拖离现场，实现清障目的。图2.7 臂架起重机型清障车2.3.1 基本类型 所有臂架式清障车的基本结构是相似的，如果进行分类的话，只能从臂架形状和是否装有起重副臂来区分。在臂架形状上，轻小型清障车多采用直线梁臂架如图2.8，中重型清障车有采用曲线梁的如图2.9，是否装有起重副臂是指在起重臂架主梁内可套装一节可伸缩起重副臂(参看图2.8)，起重副臂端部装有钢丝绳滑轮，可用于简单的起重作业，以扩大清障车的工作范围。例如将翻下路基、掉到沟里或水中的失事车吊起或曳引送回地面，再用叉式拖架抬起拖走，或将翻滚的事故车扶正等。当要求起重或牵引功能时，应在起重臂架根部安装钢丝绳卷扬机构，用液压马达驱动，使用吊钩或直接用钢丝绳捆绑作业，安装了起重副臂的清障车明显扩大了使用范围。2.3.2 主要结构2.2.3 起重臂架总成起重臂架总成是清障车最重要的部分，也是基本工作装置，其功能是将事故车头抬起、固定，以达到拖离现场排障的目的。如果遇到后桥严重损毁而前桥正常的事故车辆则采用倒拖，即托起后轮退行。遇到前后桥均损坏时应使用RL5090背式清障车，也可以托起前轮，同时在后轮下垫装滑板。主臂架为“之”字矩形截面箱型梁，由主臂、垂直副臂、摆动臂及摆动臂内套桑着的叉梁副臂构成，主臂架总成还包括两支主臂架举升油缸、摆动臂油缸、叉梁副臂伸缩油缸共七部分组成。兼有起重机功能的起重臂架总成还包主臂 举升油缸 起重副臂 摆动臂 叉梁副臂 图2.8 带起重副臂的直线梁起重臂图2.9 曲线梁起重臂括起重副臂和起重副臂伸缩油缸两部分。叉梁副臂是一个“T”字矩形截面箱型梁，可由伸缩油缸作功而产生伸缩运动。在叉梁副臂的横梁上安装可调节相对位置的两组叉式拖架，叉式拖架是用来插入事故车辆前轮并使之固定的专用装置，分为叉架前梁和叉架后梁两部分。主臂举升油缸的缸头铰接在汽车底盘上，活塞杆头铰接在主臂中部的水平销轴耳座上，一般成对布置。举升油缸的作用是实现臂架的托起动作，为保证在拖行过程中事故车头不致下落，应考虑油缸的液压闭锁。2.2.4 钢丝绳卷扬机构采用低速大扭矩马达，通过离合器驱动钢丝绳卷筒实现牵引或起重作业。一般清障车上装有一台钢丝绳卷扬机构，为提高作业能力可安装两台卷扬机构，其优点是通过两根绳索的有效配合，可实现将事故车辆翻个、掉头并弥补单绳牵引力的不足。采用牵引作业方式时，应尽量使钢丝绳方向和车身方向相同，避免斜拉。在牵引作业时，用起重臂支承地而可起到支腿作用，如被牵引车辆较重或地形过于陡峭时应考虑清障车的锚定。工作过程(按正拖方式叙述)固定车轮的方式清障车到达事故现场，将起重臂架下放，清障车尾部接近事故车车头，在接近过程中，带有两支叉架后梁的叉梁副臂贴地而伸入事故车前轮，用液压卷筒将事故车辆驱动轮拽到叉架上。当叉架前梁和叉架后梁上的两个圆块稳稳地将事故车车轮卡紧时，用尼龙锁紧带或铁链将车轮和叉式拖架捆绑牢固，并用卷筒带上车辆，这样事故车辆就和清障车联结起来了。举升油缸工作，臂架将事故车头抬起脱离地而清障车起步将事故车拖走。2.4 方案固定轴荷式牵引型清障车固定轴荷式牵引型清障车牵引举升装置的操作过程主要包括：牵引铰盘2靠油马达带动钢丝绳来拖拽作业对象;可升降的变幅臂4通过举升油缸5的升降来托起或放下被拖车辆;支撑架3防止因液压系统泄漏而使变幅臂在运行途中下降，折叠臂7铰接在变幅臂的下端，带动伸缩臂8和车轮托叉9作收起与放下动作。整个操作过程靠多路换向阀6控制，如图2.1所示。其缺点是:由于被拖车辆10的部分重量悬置在清障车1的后部，使清障车的后轴荷增加，前轴荷减少，即使拖拽较轻的车辆就接近甚至超过清障车后轴额定负荷，从而限制了清障车拖拽能力的充分发挥，而且还会因前轴负荷的减轻进而使清障车转向操纵性能恶化。如果在前轴上加重时，又会使清障车在不拖拽作业时转向沉重。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1清障车 2牵引铰盘 3支撑架 4变幅臂 5举升油缸 6多路换向阀 7折叠臂 8伸缩臂 9车轮托叉 10被拖车辆图2.1 固定轴荷式油障车作业示意图 2.4.1 可调轴荷式牵引装置 如图2.2和工作原理是：在清障车1的后悬部位安装一对支撑架4，可伸长的牵引梁5铰接在支撑架4上，它是可以上下运动的。梁5的后端装有一付轮框6，用于安放被拖车辆7的车轮。在梁5的前端下部和清障车底盘之间装备有油缸2，用来使梁5升降，并调节清障车后轴与轮式托架(由小车轮9和连接柄8组成，柄8可插人轮框6的相应插孔中)的载荷比。液压系统控制装置3包括调节油缸压力油的阀门、压力表等。1-清障车 2油缸 3-液压系统控制 4-装置支撑架5-梁 6-轮框 7-被拖车辆 8-连接柄 9-小车轮图2.2 可调轴荷式牵引装置结构示意图在拖拽作业时，操纵控制手柄，可将梁5放到地面上，将轮框6卡住被拖车辆的车轮，再操纵手柄使梁5升到和道高度，以便轮式托架连接柄8插人梁5的相应孔中并加以坚固，如下图2.3（a）所示、然后慢慢放下梁5，使小轮9正处于受压临界状态，此时控制装置的压力表显示出最大读数，表示被拖车辆前轮上的重量已全部转移到清障车后轴上，清障车前轴负荷也处于最轻状态。这时继续操纵控制装置以减小压力表读数，油缸2中油压下降，小轮9上负荷逐渐增加。这样被拖车辆前轴载荷将由清障车后轴和轮式托架二者分担，其分担比例由操纵控制装置调节，可根据具体情况调至最佳轴荷状态，如图2.3(b)所示。 （a）轮架进入轮下 (b) 轮架安装完成2.5 优点和不足起重臂架式清障车和RL5090背式清障车价格昂贵，最低也需十几万元，而门架叉式清障车可以利用现有的普通卡车改装，改装费用只需三、四元，所以门架叉式清障车有投资小、见效快的优势。门架叉式清障车和同吨位的臂架式清障车具有相同的功能，可以替代臂架式清障车完成相应的工作，而且门架叉式清障车可以一车两用，拆下门架仍是一台运输车。 门架叉式清障车也有明显的不足:度盘纵梁受力不合理，全部工作载荷作用在纵梁悬臂上，纵梁悬臂可能因刚度不够而变形至损坏，此外，减小前桥轴荷，对前桥的转向能力产生影响。解决方法是加强纵梁悬臂，保证其强度和刚度，在车厢前部道当放一些压重块，保证前轮有足够的附着力。当然，在改装时也应对后桥轴荷进行验算，保证在安全范围之内。图2.15 外门架门架叉式清障车和同吨位的臂架式清障车具有相同的功能，可以替代臂架式清障车完成相应的工作，而且门架叉式清障车可以一车两用，拆下门架仍是一台运输车。 门架叉式清障车也有明显的不足:度盘纵梁受力不合理，全部工作载荷作用在纵梁悬臂上，纵梁悬臂可能因刚度不够而变形至损坏，此外，减小前桥轴荷，对前桥的转向能力产生影响。解决方法是加强纵梁悬臂，保证其强度和刚度，在车厢前部道当放一些压重块，保证前轮有足够的附着力。当然，在改装时也应对后桥轴荷进行验算，保证在安全范围之内。2.6 总体机构设计方案的确定综合上述道路清障汽车道路清障车的各主要机构的选定方案，综上优点所以选择最终所得到的整车装配结构如图2.18所示。图2.16 叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁图2.17 支承钢叉图2.18 RL5090背式清障车2.7 本章小结本章采用对比分析以及例举的方法介绍了固定轴荷式牵引装置、臂架起重机型清障车、RL5090背式清障车道路清障车、门架叉式清障车的几大主要类型设计方案并分析了优缺点。经过仔细的研究确定为RL5090背式清障车。第3章 道路清障汽车参数的确定3.1 基本尺寸参数的确定道路清障汽车与普通专用汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保证其整车性能参数与原车基本保持不变。常见二类底盘机构如图3.1所示。图3 .1 常见二类底盘3.2 质量参数的确定3.2.1 额定装载质量道路清障汽车m是在二类地盘的基础上多加了一套举升和倾卸装置，所以其装载质量差不多，而且道路清障汽车不需要太高的速度，根据初定额定装载质量为m=3 000kg，所以选择BJ106VJEA-C1车底盘最大承载质量为3300kg。3.2.2 整车整备质量整车整备质量m0是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。参考同类普通专用汽车的整车整备质量，在此基础上在增加装备质量，便可估算道路清障汽车整车整备质量。所选BJ106VJEA-C1车底盘的整备质量为3500kg,多，所，取为m0=3500kg；3.2.3 总质量总质量ma的计算公式为 （2.1） 式中 mp乘员质量（kg），按每人65kg计。改装后道路清障汽车最大轴载质量的分配应基本接近原车底盘轴载要求。又由于车厢升高的同时，其质心向后移。3.3 道路清障汽车底盘的选择专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上，一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求：（1）适用性：对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计.（2）可靠性：所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命；且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡.（3）先进性：应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、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的汽车底盘；而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求.（4）方便性：所选用的底盘要便用于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾.除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。3.3.1 底盘型号的选定专用汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量为3t左右的轻型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。表3.1底盘性能对比列表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、中型载货车型经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本次改装设计专用车的用途、最大装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽车或专用车辆改装制造时，选用东风系列底盘相对较合理。所以选择BJ106VJEA-C1底盘作为本次道路清障汽车道路清障车的底盘，其主要技术参数见表3.2。表3.2底盘参数表底盘型号BJ106VJEA-C1外型尺寸（长宽高）（mm）699527003100总质量（kg）9000整备质量（kg）3750最高车速（km/h）90前轮距/后轮距（mm）1665/1600轮胎规格7.50-16前悬/后悬（mm）1120/2075轮胎数63.4 本章小结本章主要进行道路清障车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们的适用性、可靠性、先进性、方便性、价格以及供货来源等各方面因素选择比较使用BJ106VJEA-C1底盘作为本次道路清障车的底盘。第4章 清障车副车架的设计4.1 道路清障汽车副车架的设计与分析 在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷。同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定要求。4.1.1 副车架的截面形状及尺寸专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图4-1所示的槽形结构，其截面形状尺寸图4.1所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。表4.1和表4.2列出了斯泰尔系列重型专用汽车副车架的截面尺寸12。 图4.1 副车架的截面形状对于随车运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图4.2和图4.3所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。 图4.2 加强后的副车架截面形状图4.3 加强腹板的位置4.1.2 副车架的前端形状及安装位置 为了避免由于副车架截面高度尺寸的突然变化而引起主车架纵梁的应力集中，副车架的前端形状应采用逐步过渡的方式。例如采用如图4.4所示的三种过渡方式。对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如图4.4（c）所示。h=1mm 、l=1520mm。如果加工上述形状困难时，可以采用如图4.5所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。对于钢质副车架：h=57mm；l=200300mm对于硬木质副车架：h=5到10mm；l=H、副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能地往驾驶室后围靠近。 a-U形 b-角形 c-L形 图4.4 副车架前端的三种形式图4.5为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装位置，在满足轴荷分配的前提下，其中A不宜过大，留足空压机的位置即可;B为副车架的前端离主车架拱形横梁的距离，一般在100mm之内;C为固定副车架的前面第一个U型螺栓距拱形横梁的距离，一般控制在500800mm的范围内。a-钢质副车架 b-硬木质副车架图4.5 副车架前端简易形状图4.6 副车架的安装位置4.1.3 副车架与主车架的连接4.1.4 副车架与主车架的连接常采用如下几种形式4.1.5 止推板连接 图4.8是斯泰尔重型专用汽车所采用的止推连接板的结构形状及其安装方式。连接板上端通过焊接与副车架固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副车架与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个止推连接板之间的距离在5001 000 mm范围内。4.1.6 U型夹紧螺栓 当选用其它连接装置有困难时，可采用U型夹紧螺栓。但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用U螺性。当采用U型螺栓固定时，为防止主车架纵梁翼面变形，应在其内侧衬以木块，但在消声器附近，必须使用角铁等作内衬。最终方案的选定结合专用汽车以及道路清障汽车的设计特点，本设计决定采用副车架前端形状为U型。而副车架与主车架的连接决定采用止推板连接。图4.9 连接支架1-上托架 2-下托架 3-螺栓4.1.7 连接支架 连接支架由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与副车架和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上、下托架相连接，见图4.9所示。由于上、下托架之间留有间隙，因此连接支架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推连接板配合使用。一般布置是在后悬架前支座前用连接支架连接，在后悬架前支座后用止推连接板连接。1副车架 2止推连接板 3主车架纵梁图4.8 止推板的连接结构4.1.8 副车架尺寸和材料的确定副车架纵梁高180mm长4970mm材料16MnR。副车架和主车架之间用橡胶热隔离，并需要在主车架上钻椭圆形通孔。4.1.9 钢的选取经过以上的计算选取钢的形状为等边弯曲槽钢160160对接焊成，壁厚为6mm，形状为8080等边弯曲槽钢对接焊成。4.2 销的校核支架与支架地座之间用销连接；液压缸与支架之间用销连接；液压缸与液压缸底座之间用销连接托架上端与下端之间用销连接；所以销必须得校核。4.2.1 液压缸底座与和副车架之间螺栓的选取和校核因设计要求选取直径12mm的螺栓，底座与副车架有8个螺栓连接而。因液压缸底座受力比托架底座小，所以经校核满足要求。4.2.3 副车架主车架螺栓的选取和校核副车架主车架间用24个直径12mm螺栓连接,副车架与主车架受力每根约为2000N经机械设计手册经校核成功。4.3 本章小结本章首先进行了道路清障汽车副车架的设计与分析。静载荷的分析，型钢的选取，销的校核，平板和副车架之间螺栓的选取和校核和分析。第5章 液压系统设计 道路清障车液压系统设计的好坏，将直接影响整车的性能。道路清障车液压系统一般主要包括托举液压系统、液压卷筒液压系统。本次道路清障车的改装设计主要偏重于机械机构的设计与分析，而其液压系统所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产供应；因此在改装设计中只需要进行液压元件计算选型。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及各种相关控制阀的选型等。5.1举升机构形式的选择举升机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为举升动力直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸。按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置(也称中置)两种，如图5.1所示。前置式油缸支在车厢前部,油缸的举升力较小,油缸行程较大,一般用于重型自卸汽车上,油缸则通常采用多级伸缩油缸。后置式油缸支在车厢中部,油缸行程较小,油缸的举升力较大,多采用双缸双柱式油缸。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反。 (a)前置式； (b)后置式图5.1 直推式举升机构的布置常用的连杆组合式举升机构布置有两种：油缸前推式(又称T式)和油缸后推式(又称D式)，如图5.2所示。1- 铰支座；2-车厢；3-油缸；4-三角臂图5.2 连杆组合式举升机构(a) 油缸前推式；(b) 油缸后推式直推式和连杆组合式举升机构的综合比较见表5.3：表5.3直推式与连杆组合式举升机构的综合比较 类 别项 目直推式杆系倾卸式结构布置简便，易于布置比较复杂系统质量较小较大建造高度较低较高油压特性较差较好工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命短不易磨损，工作寿命长制造成本较高较低系统倾卸稳定性较差较好系统耐冲性较好较差直推式举升机构结构简单,较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢,为了达到一定的举升角度,往往需采用多级油缸,而为了提高整车的稳定性,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步,进而造成车厢举升受力不均。目前,该类举升机构主要用于重型自卸汽车。连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性,减小了油缸行程,同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性,只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此,该类举升机构制造工艺相对简单,在生产实际中获得了广泛应用。油缸前推式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后推式适用于中、轻型自卸汽车。综上所述，对于RL5090背式清障车，本文选用油缸后推式举升机构。该种举升机构通过三角板于车厢底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支店在车厢中心附近，车厢受力状况较好。图5.3 后推连杆组合举升机构原理油缸是液压系统执行元件，也是上述举升和倾卸两大机构的直接动力来源。通常油缸分为活塞式和浮拄式两类。活塞式均为单向作用，其缸体长度大而伸缩长度小、使用油压低（一般不超过14MPa）。浮拄式为多级伸缩式油缸，一般有25个伸缩节，其结构紧凑，并具有短而粗、伸缩长度大、使用油压高（可达35MPa）,易于安装布置等优点。浮拄式油缸又分为单向作用式与双向作用式。双向作用式用油压辅助车厢降落，因此工作平稳，降落速度快。直推式倾卸机构多采用单作用多级油缸；而杆系组合式倾卸机构多采用单作用单级油缸。5.2直接推动式举升机构的具体设计5.2.1工作原理如图5.4所示：油缸两端AB的A点铰接于支架之座上，B点铰接于平板底架之座之上。举升机构工作时，液压油泵由取力器带动旋转，从油箱吸入液压油，并将液压油经分配器压入油缸腔，油压所产生的推力Q使平板提升倾卸。当操纵手柄推到中立位置时，油泵卸荷，油缸中立，平板将停止升降。操纵手柄推到下降位置时，回油阀打开，平板在其自重的作用下，使油缸腔内的液压油返回至液压油箱，从而实现平板的复位。图5.4 直推式举升机构工作原理5.2.2参数设计油缸直推式举升机构的几何分析：如图5.5所示：图5.5 直推式举升机构的几何分析油缸柱塞由初始B点，逐步伸出至B，油缸行程L行尽，平板翻至最大举升角，由A BO余弦定理可得： （3.1）式中：,，。根据清障车的标准及平板的举升角一般小于16，可取，油缸初始长度可根据油缸标准系列尺寸和市面供货情况而定，可取455mm。油缸装车后要留有一定的预伸量，的作用是使货箱降落之后与车架贴合，避免因误差影响造成油缸顶底而货箱未能完全落下。可取1015mm，过大则浪费油缸的行程和使油缸工作压力提高。选取、的数值之后，待定的设计参数有、，油缸行程、油缸直径等。下面就待定的设计参数进行讨论。5.2.3支点的选取垂直方向：在货箱纵梁与车架纵梁之间可结合后支点结构来考虑，一般采用支座结构，此时后支点可取在车架纵梁面上约50mm处。水平方向：一般在车架后板簧吊耳后，如图5.7所示，C680mm。考虑到平板底板倾卸汽车时，距地面的高度（如图5.8所示），底板距地面的高度H： （3.2）根据表5.2所示平板举升角，本课题选取倾斜角，并带入式（2），可得：H越大，货物倾卸后的堆放高度越高，后支点距货箱尾部距离d：图5.7 后支点选取（水平方向）则距后轮中心线距离C：，综合车架、货箱条件，可取C700mm。5.2.4平板与油缸联接点（中支点）的选取水平方向：一般在后轮中心线附近，越往前，所需油缸的行程越大，但举升货物的稳定性就越好，工作油压越低，可暂时取在中心线上。垂直方向：应尽量贴近平板底板，使油缸的初始举升角较大，提高举升力矩。具体要结合中支点的构件来选取，一般中支点的结构为平板焊接油缸支梁，用销轴连接油缸。从平板受力角度考虑，油缸支梁应搭接在平板纵梁上，使推力经油缸支梁平板纵梁平板横梁，均匀传给整个平板。若油缸支梁搭在平板横梁，则平板那横梁局部区域受力较大，可能会拱起而使平板那变形。如图5.8所示，根据液压缸安装条件，本例中可取高度为50mm。5.2.5油缸前支点的选取垂直方向：一般在车架纵梁的高度范围内，过高则油缸的初始举升角太小，举升力矩小；过低则油缸地隙较小，支点构件的强度较低。一般油缸与车架的连接采用油缸支座搁在车架宽度方向中间纵梁上。这样拆装油缸时，油缸不会掉落下来，拆装方便，构件结构强度也比较高。如图5.9所示：支点距车架上平面的距离为：h=188-120-4028mm。水平方向：在平板连点（中间支点）的前方，由油缸两支点的高度差油缸的原始长度和一定的预伸量决定。图5.8平板与油缸连接点（中支点）选取图5.9 油缸前支点选取（1）图5.10 油缸前支点选取（2）如图5.10所示，可得e尺寸： 取，值取得越大，预伸量越大，油缸初始角减少，举升力矩减少.5.2.6 油缸行程的选取根据上述支点的选取原则可得三支点的初步布置，有前面介绍的余弦定理可得所需的油缸行程L：其中： 、 画图可得将上述尺寸代入式（1）可得：L1035.78mm根据SYG系列多级双作用活塞式液压缸标准的行程，取液压缸活塞行程为600mm，每节行程为300mm，共两节，所取液压缸的行程比计算行程1035.78mm少了9.22mm。若支点不变，则平板那最大举升角就将大于19。因为平板的举升角一般为19，24的举升角已能将货物卸下。但因9.22mm相对于整车尺寸而言比较小，故为提高举升机构稳定性的较低工作油压，可依此确定下液压缸的型号及尺寸根据设计计算，举升角。5.2.7油缸直径的选取油缸直径的选取需要先确定背式清障汽车液压系统的额定压力，额定压力过低，则元件需较大型；额定压力过高，则元件成本、性能要求过高。一般取额定压力为12MPa的级别，比较适中。然后根据满载时的举升目标油压来确定所需的油缸直径D。油缸直径D实际上是油缸举升车厢初时时所需的油缸直径。随着货物的卸去，车厢载荷减小，所需的油缸推力亦是逐渐减少。因此，只有算出油缸初时举升的受力计算是最有意义的。当车厢满载时，设油缸推力为F，满载时质量为G，以车厢受力中心体，受力分析如图为：对于第一缸，对O点取矩：即可得：其中取P=12MPa根据SYG系列多级双作用活塞式液压缸标准中，选用2SYG100E111300*445两节液压油缸。根据机械手册表20-6-2所示.，可选取液压缸内径为。此时满载的工作压力（即第一缸伸出时）为：在举升过程中，重力臂逐步伸长，举升力矩逐步减少，直到第二节、第三节油缸伸出时，已有部分货物卸下，货物重心也向后移动，阻力矩减小，油压将比初时举升时低。图5.11背式清障汽车车厢受力分析5.2.8液压缸的推力和拉力校核经过上述计算，初步选定SYG系列多级双作用活塞式2SYG100E111300*445两节液压油缸。根据机械手册表20-6-3液压缸主要技术性能参数计算所示，速比是表示液压缸活塞往复运动时的速度之比。 （3.3）式中：活塞杆的伸出速度，m/s 活塞杆的缩回速度，m/s D液压缸活塞直径，m d活塞杆直径，m计算速比中主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。表5.3 速比的选取公称压力/MPa1012.520201.331.46，22根据选定的3.5T背式清障汽车的工作压力，选定1.46，进行计算。由式（2）可得： (3.4)查机械设计手册表20-6-3，选取。查机械设计手册表20-6-3液压缸主要技术性能参数的计算。校核活塞的理论推力和拉力。油液作用在活塞上的液压力，对于双作用单活塞杆液压缸来说，活塞受力如图5.12所示：图5.12 液压缸活塞受力图活塞杆伸出时的理论推力为： （3.5）将、代入式（3.5），可得：活塞杆伸出时的理论推力为；活塞杆缩回时的理论拉力为： （3.6）将、代入式（3.6），可得：活塞杆缩回时的理论拉力为5.2.9缸壁厚度的确定 (3.7)式中-缸体材料的许用应力。根据机械设计手册表5.4所示，本课题液压缸选用45号钢。许用应力取为360。将=360代入公式中，得出：取油缸壁厚为5 。5.3液压绞盘5.3.1系缆部分表5.4系缆部分额定系缆拉力：30 KN公称速度：5 m/min绞盘头直径：300mm5.3.2液压马达部分表5.5液压马达部分马达型号：IY3-2000额定流量：2030ml/r5.4油泵的计算与选型清障车常用油泵分为齿轮油泵与柱塞泵两类。齿轮泵多为外啮合式，在相同体积下齿轮泵比柱塞泵流量大但油压低。柱塞泵最大特点是油压高（油压范围1635MPa），且在最低转速下仍能产生全油压，固可缩短举升时间。中轻型清障车上多采用齿轮泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型清障车常采用柱塞泵5.4.1油泵工作压力的计算 MP （5.3）式中：油缸最大作用力，(N)； 油缸横截面积，(m2)。则： 5.4.2油泵理论流量的计算 L/min （5.4）式中：油缸最大工作容积（m3），按下式计算：L、的单位均为m；举升时间，(s)，一般要求20s，取s；液压泵容积效率=0.850.9。则：本车有两个油缸同时工作则油泵理论流量为6.54.5.4.3油泵排量的计算 mL/r （5.5）式中 油泵流量，(L/min)； 油泵额定转速，(r/min)。取力器速比：；油缸工作时发动机转速：r/min；则，油泵转速r/min那么： mL/r （5.6）5.4.4油泵功率的计算 （5.7）式中 油泵最大工作压力，(Pa)； 油泵额定流量，(m3/s)； 油泵总效率=0.8。则：KW （5.8）5.4.5油泵的选型根据上述计算P、q和N的值，查阅相关资料，选择CB-FD40型号的单齿轮泵。5.5油箱与油管的计算与选型5.5.1油箱容积的计算一般要求油箱容积不得小于全部工作油缸工作容积的三倍，即：则：L取L5.5.2油管内径的计算由 （5.9）即： （5.10）式中：油泵理论流量，(L/min)； 管路中油的流速；高压管路中油的流速3.6m/s；低压管路中油的流速m/s。则：高压油管内径mm （5.11）低压油管内径mm （5.12）根据管路计算结果选用（HG4-406-66）两层钢丝编织胶管作为高压管，管接头形式为A型扣压式；低压回油管则选用（HG4-406-66）一层钢丝编织低压胶管。液压油冬季选用HJ-20号机械油，夏季HJ-30号机械油。5.6液压卷筒选取因液压卷筒由油泵驱动通过钢丝绳作功，钢丝绳的最大拉力为13579.3N选取DHW4000 HYD
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