平板一拖二式多功能清障车设计

I摘 要随着我国经济快速发展，公路上的高级轿车越来越多，道路清障车在作业时开始十分注意对事故车辆的保护，特别对一些高档轿车，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的进一步损伤。平板一拖二式多功能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、平板断开式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，并且不受事故车辆车速的限制，因此对平板一拖二式多功能清障车的主要工作装置进行改装设计计算以及校核，以达到合理。在查阅大量相关资料的基础上，选择平板一拖二式多功能清障车设计的总体方案，对底盘、举升机构、平板机构、托臂机构、液压绞盘以及相关附件等进行了合理选择校核。并通过对底盘型号的选取，确定了整车性能参数。确定了平板一拖二式多功能清障车总体参数。关键词： 清障车改装设计； 液压绞盘； 举升机构； 平板机构； 托臂机构； 校核IIAbstractWith the rapid development of our economy, more and more limousine come into the road, at the same time ,the limousine should be cautiously protected when the road repair cars work,especially for some luxury cars.Great attention should be paid to the accident vehicles, which can prevent extrusion,collision and further damage of the change on the appearance. As a kind of special repair car,the tablet went on two type multifunctional repair car uses the additional hydraulic capstan, hydraulic lifting equipment, plate breaking to help the accident vehicle load.It realizes the rapid processing of traffic accident, and at the same time the road repair cars wont be restricted by speed of the accident vehicle.Otherwise, the main work of modification design and check-work can achieve a reasonable result.On the basis of a large number of relevant materials,the whole plan of the tablet went on two type multifunctional repair car can make contribution to the reasonable selection and checking of additional hydraulic capstan, hydraulic lifting equipment, the lifting mechanism, flat organization, arm mechanism, hydraulic winch and related accessories.And through to the chassis type selection,it determines the performance parameters of the vehicle and the whole parameter of the tablet went on two type multifunctional repair car. .Keywords: Repair car modification design; Hydraulic winch; Lifting mechanism; Flat organizations; Arm mechanism; CheckIII目 录1 绪论 11.1 研究意义 11.2 国内外发展现状 11.3 国内外清障车发展趋势 22 道路清障车总体方案确定 32.1 清障车结构形式方案选择 32.2 起升机构方案 62.3 举升机构方案选择 72.4 托臂设计方案选择 93 道路清障车的参数设计 .103.1 参数选定 .103.2 底盘的选取 .103.2.1 底盘的结构 103.2.2 底盘型号的选定 114 车架的改装设计 .134.1 主车架的改造 .134.1.1 平板机构的初始设计 134.1.2 主车架上铰点位置的确定 144.1.3 主车架的改装处理 144.2 主副车架间连接的设计 .154.2.1 主副车架连接形式的选择 154.2.2 铰支座与销轴的设计与校核 164.3 副车架的设计 .174.3.1 副车架的整体结构形式设计 .174.3.2 横梁距离的设定 174.3.3 副车架材料和截面尺寸的选择设计 185 工作装置的结构设计与校核 .195.1 平板机构设计 .195.1.1 平板伸缩液压缸的受力分析 195.1.2 平板机构伸缩液压缸的选用设计 195.1.3 平板的断开部分尺寸的设计计算 205.2 举升机构的设计与校核 .205.2.1 举升机构的结构参数初始选定 205.2.2 作图法确定举升机构的最终参数 215.2.3 校核举升液压缸 235.3 托臂结构的设计与校核 .235.3.1 根据参数选取材料和基本元件 235.3.2 托臂机构的结构形式和尺寸的初始确定 23IV5.3.3 机构参数的确定与液压缸的选取 245.3.4 托臂材料与截面尺寸的选择确定 255.3.5 托臂机构的校核 265.4 卷扬机构的选用设计和计算 .275.4.1 钢丝绳的选用 275.4.2 卷筒的初始设计选择 .275.4.3 吊钩的选用 .275.4.4 最终选用液压绞盘 .275.5 液压系统设计 .285.5.1 设计要求 285.5.2 液压系统主要参数计算 .285.5.3 拟定液压系统原理图 295.5.4 液压元件的选择 30结束语 31参考文献 32致谢 3311 绪论1.1 研究意义清障车全名为道路清障车，又称拖车、道路救援车、拖拽车，清障车主要是由：底盘、起重装置、托举牵引装置、液压系统、电控系统、车体与工具箱等组成，具有起吊、拽拉和托举牵引等多项功能，适用于高速公路、城市道路的清障作业。清障车是指装有道路抢险作业装备的专用汽车。由于汽车在道路上行驶时，故障和事故是不可避免的，特别是在高等级公路上，这种现象时常发生。清障车的任务就是将故障车或事故车及时地拖离现场，确保道路的畅通无阻。因此，道路清障车又称道路抢险车。随着高等级路面和在用汽车的增多，清障车也得到了发展。清障车按类别主要分为：拖吊连体型、拖吊分离型，一拖一型，平板一拖二型，多功能清障车，液压自动夹紧型能力划分。按照能力分为轻型、中重型及超重型。轻型清障车作业对象是轻型载货汽车，微型客车及轿车等，中重型清障车的清障作业对象是中重型载货汽车，大中型客车等，超重型清障车作业对象是重型载货汽车及超重型半挂汽车系列等。随着我国经济的迅速发展，公路建设突飞猛进，里程不断增加，我国“五纵七横”公路主干线将基本建成。公路建设的发展，为车辆行驶创造了良好的环境，汽车保有量日益增多。汽车给人们的工作与生活带来了极大的便利，但是因汽车而发生的交通事故也给人们带来了不尽的烦恼。 汽车因故障停在公路上会严重堵塞交通，特别是高速公路上，车速高，流量大，一旦发生交通事故不能及时处理，将会严重堵塞交通。由于交通事故是不可预见的，故障车辆的损坏程度不一，因此，能够迅速清理事故现场且操作简便具有多种功能的清障车受到交管部门的青睐。1.2 国内外发展现状 现有的清障车功能，不论是进口车还是国产车，大多只限于起吊、拽拉、托牵等几项。其中应用最多的是托牵功能。真正具有抢险救援等多功能的清障车很少，尤其不足的是托举和托牵能力不够。国产清障车的额定托举能力在后轴超载 20%的情况下，达不到底盘标定载质量的 50%。如 3t 普通托用式清障车，其额定托举能力在 1t 至 1.5t左右，8t 普通托吊式清障车额定托举能力在 4t 以下，20t 双后轴旋转吊式清障车，其额定托举能力只有 6t 左右。进口清障车的额定托举能力比国产清障车还要小。拖救人员普遍反映，当遇到 8t 超载货车和 8t 以上载货车，尤其是遇到高级豪华大客车出现故障时，现有的清障车很难完成托牵清障，严重影响了交通。有清障车生产商希望通过加大底盘吨位来解决这一问题，但托牵能力提高有限，而车价成数倍增长，影响了用2户的经济效益。因此，市场呼唤托举和托牵能力大的清障车。我国 80 年代末期开始引进和仿制清障车，从国外清障车发展的第三阶段开始起步，起点较高，走了一条引进技术与自主开发相结介的道路。无论是研发技术还是生产能力，我国企业都能满足国内市场需求。但是与世界先进水平相比还有一定差距。主要表现在:（1）国内目前基本使用载货汽车的二类底盘改装清障车，据了解，只是因为各类汽车底盘小能大批量被采购应用，所以小愿意投入资金和精力去开发。因此，清障车上装与底盘的匹配小尽介理，底盘的作业能力未有得到充分发挥。（2）产品开发主要还处于模仿阶段，自主开发的品种小多。多数企业山于生产量少，为减少成本，仍然采用原始的手工作坊式技术，导致产品外形比较粗糙，只有少数生产量大的企业，采用等离子或激光等技术，保证产品的下料尺寸准确，减小毛坯因受热而变形。（3）智能化监控。目前国内清障车的技术，仅仅满足基本的施救和清障，智能化的监控仪器应用较少。1.3 国内外清障车发展趋势人性化设计和个性化服务是国外目前的发展趋势。国外的清障车，技术方而非常成熟，尤其是美国清障车技术经过了几年的发展，其主要结构技术的创新与改进已经很小，现今清障车产品的技术研发，主要集中在人性化的设计和个性化的服务方而。另外上装轻量化也是目前国外清障车的发展趋势，随着全球环境恶化和能源危机的日益加剧，汽车轻量化设计作为实现节能减排的最有效措施之一，国外平板大量采用铝介金型材加普通铝板制造，会越来越受到企业和用户的重视。我国清障车技术今后还将在以下几个方而进行改进和优化。 （1）底盘专用化。为了达到清障车对底盘的专门要求，需要研发一系列专用的二类底盘，使整车与上装的匹配更加介理，使轴距及前后桥的设计承载能力更强，最大限度地发挥底盘性能。 （2）设计、生产、试验手段采用新技术。国内清障车设计还在研究和仿制国外主流产品，主要是在运用 AutoCAD 或国产电子图版进行 2 维设计，美国米勒公司的清障车设计已迈向应 3D CAD 设计。用3D 原型图，进行工装、夹具和检具的设计、校准和验证，提高了产品开发质量和成功率，缩短了产品的开发周期，实际上也相应降低了产品开发成本。 （3）生产自动化。目前国外基本上采用了相 L 器人自动焊接，焊缝外表质量美观、焊接质量高、焊接效率高。而国内基本都是使用二氧化碳保护焊焊接，焊后质量检查小介格率很高，浪费很大，而且焊缝外表质量差。 （4）操作技能培训专业化。曾经发生过许多因为操作者操作小当、技术小够熟练等原因对被施救方造成财产或生命损失的情况。因此专业化的培训显得尤其必要。熟悉清障车的专业知识，提高操作者的女全技能和女全意识、避免和减少伤亡事故，掌握清障车正确操作使用和日常维护保养技术，确保操作者在3学习结束后能马上投入实际的工作。我们目前还是一个发展中国家，除了东部以外，西部、中部小少地区还比较贫穷落后，卫生设施、城镇、公路、铁路等多方而仍有待建设，这无形中也给清障车的发展提供了很大的空间，随着近年来城市交通的发展和车辆拥有的增多，交通事故的频繁发生，越来越多的清障车将会被各企业单位所购入，因此，提高清障车的生产能力和研发技术，跟上世界的发展趋势将是我们所追求的。近年来，我国清障车虽有了一定的发展，但真正功能齐全、外形美观的清障车还很少，尤其是适用于清理各级公路及城市道路肇事、故障及违章停放车辆的清障车，市场需求缺口很大。据国内有关专家预测，未来 10 年“拖吊” 式和“旋转”式清障车的年需求辆约为 800 台；“ 平板 ”式和“升降平台”式清障车年需求辆为 1000 台；多功能清障车年需求辆为 3500 台；大型清障车的年需求辆为 10 台左右。性能优良、功能齐全，操作方便的清障车将是今后发展的方向。清障车将会走向优化车身结构、采用高强度钢材或是应用新型材料、轻量化、自动化和城市专用汽车轻型化等趋势。2 道路清障车总体方案确定2.1 清障车结构形式方案选择清障车根据作业能力清障车可分为轻型、中重型、超重型。清障车根据其结构形式来区分，主要形式有 3 种：拖吊连体式清障车、拖吊分离式清障车和平板式清障车。清障车的主要结构：方案一：拖吊连体式清障车 12345764图 2.1 拖吊连体式清障车（1-卷扬机； 2-起重臂；3、4、5、6-液压油缸；7- 托臂）拖吊连体清障车是目前道路清障车中比较常见的类型，其结构简图如图 2.1。其主要工作部位由起吊机构（图 1 中卷扬机 1） 、托臂机构（图 1 中液压缸 5、6） 、变幅机构（图 1 中起重臂、液压缸 3 和 4）组成。工作时由变幅机构的液压缸 4 以及托臂机构的液压缸 5、6 共同协调作用使得托臂7 平放到指定工作点，再由起吊机构的卷扬机 1 和变幅机构的液压缸 3 共同作用使吊钩先松放到汽车的勾吊部位正上方，再通过吊钩将车头吊起移动到托臂 7 上，装好托臂的剩余部分，再用紧固装置固定将前轮固定在托臂上即可，接下来即可实现故障车的清运。方案二：脱吊分离式清障车拖吊分离式清障车与拖吊连体清障车的基本原理相同，其结构简图如图 2.2 所示。主工作部位也由起吊机构（图 1 中卷扬机 1） 、托臂机构（图 1 中液压缸 5、6） 、变幅机构（图 1 中起重臂、液压缸 3 和 4）组成。区别于拖吊连体清障车的是托举部分直接固接在副车架上。工作时由托举机构的液压缸 5、6 实现托臂的收放，将托臂 7 放置到故障车车头指定点，然后由变幅结构的液压缸 3、4 以及起吊机构的卷扬机 1 实现吊钩移动到车头指定部位，并将车头吊起移动到托臂 7 上，装好托臂剩余部分，固定好前轮即可实现故障车的清运。 256图 2.2 拖吊分离式清障车（1-卷扬机； 2-起重臂；3、4、5、6-液压油缸；7- 托臂）比较上述两类清障车，在结构功能上大体相同。拖吊分离式清障车相比优点是可以实现托举和起吊的分开作业，使得操作简单容易调节，缺点是托架机构单独装载车架上对车架结构进行了改造，使得车架的强度刚度性能变差。5方案三：整体式平板清障车平板清障车是目前比较流行的一种清障车类型，可实现一拖二的功能，其平板部分可实现故障车辆的无损运送，托架部分也可实现故障车的拖运，可以一次性完成两辆故障车的清理，效率较高。整体式平板清障车的结构简图如图 2.3，主要由举升机构（液压缸 3） 、平板滑移机构（液压缸 2） 、牵引机构（卷扬机 6） 、托臂机构 5 组成。 a1345图 2.3 整体式平板清障车（1- 副车架；2、3-液压缸；4-平板；5-托臂；6-卷扬机）工作时由举升机构液压缸 3 将副车架举升到一定倾斜角度，再由平板滑移机构的液压缸 2 使得平板向下滑移至平板尾部接触地面，然后将卷扬机的吊钩挂到故障车车头，将故障车拉到平板上合适部位后，平板滑移机构向上滑移回初始状态，举升机构回落至初始状态，再将故障车四个轮子固定在平板上。若要再拖第二辆，只需再控制托臂机构 5 是托臂前部深入到故障车前轮下部，确定好轮胎合适位置再将托架的另外一部分从车上去下，装到清障车的托臂上将故障车前轮卡住，然后用固定装置固定即可。方案四：断开式平板清障车断开式平板清障车的结构原理同整体式平板清障车一样，只是在整体式的基础上将平板断开成两端，结构简图如图 2.4 所示。这样做的优点是可以减小工作时平板与地面的最小倾斜角，同时整体式清障车在工作时平板尾部容易与地面实现刚性碰撞而损坏平板，断开式则解决了这一问题。通过比较上述几种清障车的结构形式，拖吊连体和拖吊分离式清障车的结构简单，操作方便，而平板式清障车可以实现的功能更多，在有些故障车不宜实现拖运的情况下，平板式可以实现故障的无损伤运输，并且也可以同时清理两辆故障车，效率更高，相对拖吊式清障车仅仅加装了一个平板，所以更加经济高效。综上，故选择了平板式清障车作为设计方案，并在此基础上采用断开式平板优化6结构，即选择方案四。 a1234756图 2.4 断开式平板清障车（1- 副车架； 2、3-液压缸；4-平板；5-托臂；6-卷扬机；7-断开式平板）2.2 起升机构方案起升机构是清障车必须具备的，使物品获得升降运动的基本组成。起升机构主要由驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置组成。此外，还可装设各种辅助装置，如起升高度限位器，力矩限制器，三圈保护等安全装置，特别是在中、大吨位起重机上，力矩限制器越来越重要。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置包括吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂梁等多种型式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等。按传动方式不同，起升机构有以下三种方案:方案一：内燃机驱动的起升机构这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业的流动式起重机。为保证各机构的独立运动，整机的传递系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转，不能带载启动，需依靠传递环节的离合器实现启动和换向。这种驱动方式调速困难，操作麻烦，属于淘汰类型。目前只在现有少数履带起重机的铁路起重机上应用。在清障车上其动力由发动机经取力器和机械传动装置传至卷筒，这样一来从发动机到卷扬机之间的传动装置将会很复杂，而且因为发动机的转向是一定的，这样卷扬机的换向也会不方便。方案二：电力传动的起升机构这是起升机构主要的驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，7调速性能好，但获得直流电源教困难。 在大型的工程起重机上，常用内燃机和直流电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得，操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动机起升机构中被广泛采用。电动机的电力来源可来自清障车上电瓶，但是车载电瓶的电压一般较低，能实现的牵引能力较弱。方案三：液压传动的起升机构液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行机构的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可实现大范围的无极调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液压容易泄露。目前液压驱动在流动式起重机上获得广泛的应用。液压驱动的液压可来源于汽车发动机，只需在原有清障车液压系统的基础上进行适当的改变。综上所述，方案一的传动装置布置复杂且不易实现换向，方案二对于电瓶要求较高，且实现的转矩较为有限，而方案三利用清障车上的液压系统获得液压能，取能方式简单，且采用液压方式能获得很大的转矩。故选择方案三。2.3 举升机构方案选择举升机构选型时应考虑：（1）液压系统是否能承受在举升质量作用下的举升力；（2）液压缸的行程能否满足车厢的最大举升角度；（3）液压系统特别是液压缸的生产和配套情况。主要有两大类：直推式和连杆组合式，他们均采用液体压力作为举升力。其中按液压缸的布置位置不同，直推式又分为前置式和后置式（也称中置式） ；按连杆组合布置的位置不同，连杆组合式又分为液压缸前推式（又称 T 式）和液压缸后推式（又称 D 式） 。方案一：直推前置式直推前置式的布置结构简图如图 2.5 所示。前置式一般采用单缸多级式，其优点是需要的举升力较小，举升时车厢的横向刚度大，但液压缸活塞的工作行程。图 2.5 直推前置式8方案二：直推后置式直推后置式布置结构简图如图 2.6 所示。在同等载荷下后置式较前置式需要的举升力大，故有时采用并列双缸，也可采用单缸，举升时车厢横向刚度小，但较前置式来说活塞的工作行程短，举升时车厢的稳定性较好。图 2.6 直推后置式方案三：连杆组合液压缸前推式液压缸前推式举升机构的结构简图如图 2.7 所示。液压前推式机构举升力系数小，省力，油压特性好，适用于重型车辆。图 2.7 液压缸前推式方案四：连杆组合液压缸后推式液压缸后推式举升机构结构件图如图 2.8 所示。其举升力系数适中，结构紧凑，但各部件布置集中在后部，车厢底板受力大，适用于中型车。9图 2.8 液压缸后推式通过比较，直推式举升机构布置简单，结构紧凑，举升效率高，而连杆组合式举升机构具有举升平顺、液压缸活塞的工作行程短、机构布置灵活、省力等优点。综合考虑因一般轿车面包车重量在 1100-2700kg，对举升机构要求不高，故选用并列双缸后置直推式，保证了车厢举升时的稳定性。因而选择方案二。2.4 托臂设计方案选择方案一：普通收放式普通收方式托臂结构简图如图 2.9 所示，主要有一个液压缸完成托臂的收放。但其缺点是容易与平板和副车架产生干涉。图 2.9 普通收放式方案二：加装伸缩臂式加装伸缩臂式托臂机构简图如图 2.10 所示，主要在普通收放式的基础上在托臂上加装一个伸缩液压缸，可使托臂更方便地伸缩到事故车前轮指定部位，而且收放起来时也可避免与车架平板产生干涉。图 2.10 加装伸缩臂式方案三：叉车臂式10叉车臂式托臂机构结构件图如图 11 所示，其实现托举方式运动形式简单，较易实现，但加装到车架上结构复杂，使得车架的受力形式变得恶劣。而且叉车臂式的起升容易与副车架平板产生干涉。图 2.11 叉车臂式综上所述，选择方案二。3 道路清障车的参数设计3.1 参数选定根据市场需求选定参数：1、额定托举质量：1500kg；2、平板承载质量：3000kg；3、最大牵引速度：40km/h；4、平板尺寸长宽(mm) ：。 。 。 。5、平板工作行程：。 。 。 。6、平板最小倾斜角：。 。 。 。 。7、绞盘额定牵引质量：。 。 。 。 。 ；8、绞绳速度。 。 。 。 。 ；9、托臂伸缩行程：。 。 。 。10、托臂最大伸长量：。 。 。 。3.2 底盘的选取3.2.1 底盘的结构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。11图 3 .1 常见二类底盘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。3.2.2 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1280%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 4t 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 EQ1108G6DJ16 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。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 EQ1108G6DJ16 底盘作为本次道路清障车的底盘。13表 3.2 底盘参数表底盘型号 EQ1108G6DJ16外型尺寸（长 宽高）（mm）702024622690 总质量（kg） 10815整备质量（kg） 4470 轴距（mm ） 3950最大轴载质量前轴/后轴（mm）4500/9000 前悬/后悬（mm） 1250/1820车架前高空载/满载（mm）933/850 车架后高 空载/满载（mm）1006/931轮距 前/ 后（mm） 1900/1800 后轮胎最外尺寸（mm）2360车架外宽（mm） 861 车架可用长度（mm） 47574 车架的改装设计4.1 主车架的改造根据平板机构的初始设计确定主车架的铰支点。4.1.1 平板机构的初始设计平板一拖二清障车的平板部分为断开式，分为平板前段 L2 和平板尾段 L1。如图4.1： 108L2h3图 4.1 平板结构图已知：平板最小倾斜角 10，副车架倾斜角参照东风多卡利平板车为 18，副车架14上平面高度 h=1120mm（由表 3.2 知主车后高 1006mm，副车架梁厚约 120mm） ；设计：L 1、L 2。 。 。 。故选取 L1=1560mm, L2=3720mm。4.1.2 主车架上铰点位置的确定如图 4.2 所示为平板机构回缩至初始位置的图，虚线所示为平板部分伸缩液压缸伸缩到最大行程时平板相对主车架的位置。 h103+M3950M1XM2SL1+3图 4.2 主车架铰点的位置确定图 4.2 中查阅 EQ1108G6DJ16 底盘参数可知驾驶室后围位置尺寸为 1013mm，轴距3950mm，由设计参数知平板的工作行程 S=2700mm，驾驶室尾部与平板之间一般要设计一定的间隔 M，M 常取值 80200mm，这里选取 M=100mm。平板前端距离后轴轴心 M1，尾端距离后轴轴心 M2，平板伸缩液压缸伸缩至最大行程时，平板尾端距离主副车架铰支点 L1+L3（由平板机构的初始设计可知） 。求解：主副车架铰支点离后轴轴心的距离 X。根据几何关系有：。 。 。 。 。 。 。解得 X= 835mm 4.1.3 主车架的改装处理查阅 EQ1108G6DJ16 底盘的车架参数，可绘出原装车架图如图 4.3 所示。若铰支点选取位置大概在后轴以后的第一根横梁附近。考虑到要避免平板在举升状态时与车架尾部发生干涉，所以要对车架尾部进行截断处理。经过绘图设计，决定在距离后轴轴心 956mm 处，然后对尾部进行加强处理，加装横梁，如图 4.4 所示。1576.5193图 4.3 主车架原始图 76.5图 4.4 主车架改装后图4.2 主副车架间连接的设计4.2.1 主副车架连接形式的选择 图 4.5主副车架之间存在相对转动，因此考虑用铰接。考虑到铰支座的尺寸较高，不容易放在主副车架之间，所以将铰支座设计安装在主车架尾部，铰支座的结构形式有一下参考形式，如图 4.5 所示。16考虑到铰支座安装在主车架尾部，受到剪力和弯矩，所以选择方案二配合销轴与止推片连接。4.2.2 铰支座与销轴的设计与校核根据铰支座连接的形式，查阅机械设计手册（第五版）第 2 卷表 5-3-1，选择使用销轴连接。查阅郑明新主编的工程材料（第四版） 表 10-1，对销轴要求有足够的强度、冲击韧度和耐磨性，选取调质 45 钢，查阅机械设计手册（第五版）第 2 卷表 5-3-13，结合同类车型的经验尺寸选择界面直径 ， ，参=40=25,， =48照表 5-3-2 轴销的强度计算公式进行校核，取许用挤压应力 ，取许用剪切=40应力 ，取许用弯曲应力 按最坏工作状况校核，当平板满载=80 =130，3000kg 时由一个铰支座承担所有载荷，估计平板部分质量 400kg，工作拉力F=34009.8N。受力状况如图 4.6 所示，图 4.6 铰支座受力。 。 。 。 。 。 。校核销轴挤压面的挤压应力，选取尺寸小的 b 作为校核对象：（4.2）=得挤压安全系数为=40704834009.8=4.0满足挤压强度要求。 。 。 。 。 。 。 。 。得抗弯曲安全系数为17= 41300.140334009.8(25+480.5)=2.0满足弯曲强度要求。4.3 副车架的设计4.3.1 副车架的整体结构形式设计 12371300528ABCDE1368614图 4.7 副车架的结构设计简图副车架与主车架之间铰接，当清障车通过平板装运故障车时，副车架在举升液压油缸的举升力、铰支点的支持力和平板对其的分布力作用下主要受到弯矩破坏，所以设计时主要考虑增加其抗弯强度。其结构形式如图 4.7 所示。副车架的宽度可参考主车架选择 B=861mm，长度设计要保证长度上大于平板前段长且超出主车架后端，但略小于平板长度，并要尽可能保证故障车前后轮均在副车架范围内，这样副车架受力最合理。则副车架的长度 LF 大概范围在 43005280mm，初选 。LF=4500mm4.3.2 横梁距离的设定如图 4.7 所示为横梁的距离，横梁的间距一般设置在 9001200mm。横梁 B：根据后面章节举升机构的设计中举升液压缸交点 A 最终确定在副车架上的水平位置可确定副车架横梁 B 的位置，横梁 B 的中心线在后轴中心线前方 1420mm处；横梁 E：根据 4.1.3 节对主车架在距离后轴中心线 956 处截断，安装铰支座，铰支座高 165mm，可确定横梁 E 的左侧面在后轴中心线后面 1286mm 处；横梁 A：副车架前端面在平板前端面后 100mm 处，横梁 A 中心线选择在纵梁前端面后 200mm 处；横梁 C、D ：BE 之间设置 CD 两横梁，BC 距离 780mm，CD 距离 900mm。184.3.3 副车架材料和截面尺寸的选择设计因副车架主要受到较大的弯曲力矩，同时要承担相当部分的扭转力矩，所以选择矩形钢作为其构架，参照同类型车材料选择 Q345。按平板满载时且处于刚要举升的工作状态设计纵梁的截面尺寸，此时副车架近似水平，设平板上的载荷均布在副车架上，此时副车架纵梁受到的弯矩最大，设计时因轴向力产生应力较小，可忽略水平方向力，其受力状态简化如图 4.8 所示，没根纵梁上所受力 F=15009.8N，均布力 。=3195/图 4.8 副车架受力分析图分析纵梁受力平衡得：由竖直方向受力平衡 得=0 1+2=对铰支点 O 的力矩平衡 得：=0127061240242+124772=0得 1=9421； 2=5279。最大弯矩出现在举升液压缸铰支点处 ，得设计要满足=3299（4.4）=取抗弯安全系数 S=4.0，得 。根据主车架的宽度，优先选取矩形钢宽32.13度为 6080mm，查机械设计手册（第五版） 第 1 卷表 3-1-71，纵梁选用19，壁厚 t=5.0mm。=601205 工作装置的结构设计与校核5.1 平板机构设计5.1.1 平板伸缩液压缸的受力分析平板倾斜角度为 18，负载最大时液压缸的受力最大，其受力状态如图 5.1 所示，副车架与平板间采用滑动导轨查看液压技术实用手册表 5-1=30009.8选取动摩擦因数 ，=0.18液压缸所受到的拉力为 =sin18+cos18得 F=14.1kN。 18FN图 5.1 平板伸缩液压缸受力图5.1.2 平板机构伸缩液压缸的选用设计根据给定平板行程参数 2700mm，且一般平板伸缩液压缸选取要略大于平板行程以保证平板完全缩回时液压缸有一定的预伸缩空间，查阅机械设计手册（第四版）第四卷表 17-1-6 选取行程 的液压缸。为 2800当平板倾斜角度为最大的 18，负载最大为 时，所需的液压缸=30009.8拉力约为 。查机械设计手册（第四版）第四卷表 17-=sin18=9.16-35，根据最大行程的选取大于 2800mm，工作拉力大于 9.1kN，工作压力为 16MPa，选取液压缸缸径 ，活塞直径 ，安装孔径 ，推力 80.42kN，D=80mm d=40mm d1=40mm拉力 54.98kN 的液压缸，型号为 DG-J90C-E，其安装距离为 3160mm，且修改原平板的最大行程为 2780mm，预留 20mm 的安全伸缩行程。5.1.3 平板的断开部分尺寸的设计计算平板截断部分尾部长为 L3，见图 5.2，主车架高度根据底盘参数选择为 ，h0=990mm20则铰点离地面高度 ，铰点距离副车架上平面距离 ，平板完全h = h0-40 h2=225mm缩回时铰点距离平板尾部的水平距离为 1322mm，则满足：1+3=1322+27801sin10+3sin18= +h2cos18求得 ， 。1=13383=276418L2L1h3e10图 5.2 平板断开部分尺寸设计简图5.2 举升机构的设计与校核5.2.1 举升机构的结构参数初始选定举升机构的结构图如图 5.3 所示lAB O21图 5.31.液压缸与副车架铰点 A 的位置初选取垂直方向：在主车架上平面以上 80mm， ；2=145水平方向：要使得其尽可能靠近故障车前轴轴心，使得副车架受力状况最好，故初选在后轴轴心以前 1500mm。2.液压缸与主车架铰点 B 的位置初选垂直方向：选在主车架下平面一下 40mm 处， ；水平方向：要使得铰点 B 在 A 之前，且在平板前端以后，所以初选水平方向在后轴轴心以前的 15002940mm 范围之间。5.2.2 作图法确定举升机构的最终参数考虑到举升的稳定性，参照相同车型的清障车，选择在副车架左右两边各安装一个举升液压缸。当副车架举升至 18时，液压缸与主车架铰点的水平位置在15002940mm 范围内选取两个极限位置时，油缸两铰点的最大距离变化范围为11861991mm。查阅机械设计手册（第五版） 表 21-6-32，即按照 的取值范围是+111861991mm 再根据张志文主编的起重机设计手册中表 6-4-13，液压缸系统压力16MPa，选取行程速比，再查机械设计手册（第五版） 表 21-6-31 选取工程用液压缸 HSGL-D/dE-1401-630900，推力 ，缸径 D=63mm，活塞杆直径Y=49880d=35mm，行程 S=630mm，安装距离 ，安装孔直径 ，安装吊耳6=900 1=30厚 b=35mm。车架放回到水平位置时， ，l0 为液压缸的预伸长量，保证副车架能落AB=6+0回主车架上，且 l0 不宜过大，常取 1020mm，所以 。AB900在 CAD 作图如图 5.4 所示，22图 5.4 CAD 中作图法确定铰点 B 的水平位置以 A点为圆心，全伸长尺寸 S+L6 为半径作圆，与 B 点的水平位置线 交于铰点VB，测得 ，液压缸与水平线初始夹角，不满足要求。需要调节铰点 A 的AB=889.8水平位置来进行校准。则分别将将铰点 A 向右平移 50mm、100mm、150mm，重复上述步骤以平移后的 A点为圆心，全伸长尺寸 为半径作圆，与 B 点的水平位置线+6交于铰点 B，分别得到不同的 ，分别列在表 5.1 中。V AB表 5.1 CAD 作图中不同偏移量对应的 B 点位置A 点右移量/mm0 40 80 120lAB/mm 889.8 904.9 919.6 934.2/ 25 24 24 23从表中可得当 A 点右移量为 80mm 时，lAB=920mm 时最合理，预伸长量。0=20最终确定的举升机构的参数为： =2542； =24；=3384； =920； 1=225; 2=1450=20。 23A 点位置：垂直方向在主车架上平面以上 80mm 处，水平方向在汽车后轴中心线前 1420mm。B 点位置：垂直方向在主车架下平面一下 40mm 处，水平方向在汽车后轴中心线前 2262mm。5.2.3 校核举升液压缸取最危险的工作状态校核，即当平板满载且载荷中心集中在 A 点时，平板处于即将举升状态时，如图受力分析如图 5.5，平板最大压力 mg=30009.8N。图 5.5 举升部分受力分析对 A 点力矩平衡， 得=0，sin=0得 F=72.3kN，且液压缸的推力 ，所以满足要求。2=99.765.3 托臂结构的设计与校核5.3.1 根据参数选取材料和基本元件根据托臂机构的基本参数，托臂伸缩行程 1180mm，最大有效长度 1320mm，查阅机械设计手册（第五版） 表 21-1-5 选择伸缩液压缸行程为 1200mm，再查表 21-6-36 和表 21-6-37 选择 DG 型车辆液压缸，因伸缩液压缸受到的纵向载荷不大，所以选取缸径 D=80 的液压缸 DG-J80C-E2E，其 XA=359mm, ，安装=90,1=42.5孔径 d=40mm，则基本臂的总长 S0 取值参考为 ，初设276+1200+12+1，材料选用 Q345。S0=1600mm5.3.2 托臂机构的结构形式和尺寸的初始确定1.基本臂与主车架铰接点 M 的初始确定24垂直方向：选取铰支座连接于主车架下，铰点在主车架下平面一下 165mm；2.拉升液压缸与副车架铰点 N 的初始确定垂直方向：借鉴东风多卡利平板清障车的结构形式，选取铰支座焊接在副车架的最后一根横梁上，铰点垂直位置定在距离主车架上平面以上 20mm；水平方向：距离后轴中心线 1546mm 处。3.初选基本臂上两铰支点距离 L0 的值L0 表示基本臂上与主车架铰支点和与拉伸液压缸铰支点的距离，其应该满足，所以根据多卡利结构经验，选取 L0=1400mm。005.3.3 机构参数的确定与液压缸的选取铰点确定以后，要满足举升油缸全伸长时托架前端落下至地面，拉伸液压缸左右各一个，满足如图 5.6 所示关系：。 。 。 。 。 。 。全版设计请联系 qq：1051520481。 。 。 。 。 。 。 。57LSHVNMP图 5.6 托臂工作部位运动几何图根据初算的 NP 值选取液压缸，查机械设计手册（第五版） 表 21-1-5 选取液压缸行程 320mm，查表 21-6-36，经过反复试验选取，选用液压缸 DG-J100C-E2E，其在工作压力为 16MPa 时的推力为 125.66kN，拉力为 86.26kN，XA=427mm。所以拉升液压缸为最大行程时两铰点间的距离为 1067mm，略大于 NP，有100mm 左右的预留空间。当拉伸液压缸全缩回时其与水平线的夹角为 ，满足下面关系：+=180（5.1）cos=2+ 2 22 =74725得 =122.3， =26.9。5.3.4 托臂材料与截面尺寸的选择确定。 。 。 。 。 。 。 。全版设计请联系 qq：1051520481。 。 。 。 。 。 。 。5.3.5 托臂机构的校核1.校核托臂拉升油缸举升拉力托臂机构的受力分析已经在 5.3.1 中分析，则 F 又两个拉升液压缸提供，经校核得，两个液压缸的工作拉力之和 故拉升液压缸的工作拉和 =82.262=16.52，力满足要求。2.校核基本臂与伸缩臂的强度危险点发生在伸缩臂危险截面 P 处，实际最大正应力为实际最大切应力=2=22344193=115.8，根据第三强度理论校核=2=22050321=68.7，满足强度要求。3=2+42=179.7345危险点发生在基本臂危险截面 P 处，实际弯曲产生应力为，压缩应力 ，实际最大正=2=22344307=72.8 =cos =12.0应力 ，=+=84.8实际最大切应力 根据第三强度理论校核=2=22050501=44.0，满足强度要求。3=2+42=122.2，5.4 卷扬机构的选用设计和计算5.4.1 钢丝绳的选用根据 5.1.1 节可得钢丝绳的最大工作静压力 ，根据机械设计手册=9090（第五版） 表 8-1-4 选择工作级别 M4，再查表 8-1-15，选用公称抗拉强度，安全系数 n=4.5，选择系数 C=0.095，则选用钢丝绳之间公式为=17002 （5.4）= =0.095 9.099.126根据 GB 8918-2006，选用 类钢丝绳公称直接 D=10mm675.4.2 卷筒的初始设计选择根据机械设计手册（第五版） 表 8-1-74 选用系数 ，根据其中表 8-1-73=16选用的卷筒尺寸如下：卷筒名义直径 ；卷筒壁厚 。1=160 =105.4.3 吊钩的选用根据 GB/T 10051.1-19882，查表 8-1-99 吊钩强度等级选 M 级，即选用吊钩材料为 Q235，查表 8-1-100 选用吊钩号为 1。5.4.4 最终选用液压绞盘根据所需的要满足的最大牵引质量，参考同类车型，选用市场上较多的型号HWX040YD 型液压绞盘。其性能参数如表 5.2、5.2、5.3 所示。表 5.2 HWX040YD 型液压绞盘性能参数标定拉力 44.5kN（10000lbs）马达排量 50ml/r流量 1540L/min压力 12.5Mpa减速比 28:1钢丝绳尺寸（直径长度） m9.226滚筒尺寸（直径长度） mm63223安装尺寸以及安装螺钉大小 254114.3mm 4-M12（不带角钢）550mm500mm114.3mm 4-M12（带角钢）外形尺寸（长宽 高） 540mm174mm226mm（不带角钢）580mm201mm242mm（带角钢）重量（kg） 43.7表 5.3 绞盘拉力、压力与第一层流量、线速度拉力 kN 压力 MPa 流量 L/min 线速度 m/min0 2.0 15 2.217.8 3.9 25 3.826.7 7.5 35 5.435.6 10.5 40 6.144.5 12.5 _ _表 5.4 绞盘各层钢丝绳拉力以及钢丝绳容量层 各层钢丝标定拉力 kN 钢丝绳总容量 m