沙漠專用汽車設(shè)計(jì)

1、課程論文 沙 漠 專 用 汽 車 設(shè) 計(jì)課 程 名 稱 專用汽車設(shè)計(jì) 姓 名 伍達(dá)強(qiáng) 學(xué) 號(hào) 201131150421 專 業(yè) 車輛工程 成 績(jī) 指 導(dǎo) 教 師 劉慶庭 摘要:為適應(yīng)我同國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 ，加速西部地區(qū)油氣資源的勘探和開發(fā) 須向石油工業(yè)提供能適應(yīng)在我國沙漠地區(qū)中行駛的運(yùn)載車輛 。本文就重型沙漠汽車的設(shè)計(jì) 、結(jié)構(gòu)選型、布置及主要參數(shù)的確定進(jìn)行了論述 。主題詞 ：沙漠專用汽車設(shè)計(jì)Abstract: It is necessary to provide trucks suitable for the transportation of desert area of south Xi

2、n Jiang for the petrol industry in order to meet the demand of the development of national economy of our country to hasten the exploration and exploitation of the source of petrol and gas in the West Area.This paper presents the design of heavy duty truck for desert area and discussing from the cho

3、ice of structure and layout to the determination of principal parameters of the truck. Key Words: Desert SpecialPurpose Truck Design為了適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，加速西部地區(qū)油氣資源的勘探和開發(fā)必須向石油工業(yè)提供能適應(yīng)在國沙漠地區(qū)中行駛 的運(yùn)載車輛。依據(jù)石油天然氣總公司及石油物探局的要求，決定首先開發(fā)在沙漠中能裝載質(zhì)量15噸的沙漠專用運(yùn)輸車。一、設(shè)計(jì)原則開發(fā)適合于我國的沙漠專用汽車，要盡可能選用成熟的國產(chǎn)化總成進(jìn)行裝備 。我國重型汽車及與之相配套的零部件工業(yè)都已

4、有較大發(fā)展，近年來又引進(jìn)了許多國外先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備，如 Deutz系列風(fēng) 冷 柴 油機(jī) ，Steyr系列重型車，ZF系列變速器等這說明沙漠專用汽車已有條件依托于國內(nèi)機(jī)械工業(yè) 。由于沙漠專用車運(yùn)行于惡劣的地理環(huán)境和氣候條件，設(shè)計(jì)中要特別注意 ：1. 強(qiáng)度可靠 。沙漠車在無路 、無人地帶行駛，加上沙漠地區(qū)非同尋常的惡劣地貌和氣候條件，要求汽車的行路系統(tǒng)，如草橋 、車架、 懸架等，要十分堅(jiān)實(shí)可靠 。2. 穿越沙漠的通過能力。沙漠地區(qū)周圍障礙較多 ，汽車要涉水過河灘 ，穿過胡楊林帶。在沙漠中 ，沙土松陷 ，附著性能差，道路阻力大，普通車輛根本無法進(jìn)入沙漠 ，汽車的越野通過能力 ，成為車輛能否在沙漠行

5、駛的關(guān)鍵 。因此，要從結(jié)構(gòu)選型 、功率選擇、總體設(shè)計(jì)等方面 ，確保車輛的通過性能 。3. 操作人員的勞動(dòng)保護(hù) 。沙漠地區(qū)多風(fēng)少雨，夏天炎熱 ，冬天寒冷 ，周圍環(huán)境惡劣 ，勞動(dòng)條件十分艱苦 。因此對(duì)駕駛室的要求更高 ， 除了要求室內(nèi)寬敞外 ，還要注意密封 、隔熱、 隔離振動(dòng)和噪聲 。要給工作人員以舒適的環(huán)境。4. 使用維修保養(yǎng)方便 。重型車輛的部件沉重 ，拆裝費(fèi)力 ，故更應(yīng)注意使車輛的維修容易，保養(yǎng)方便 。5. 車輛的變型及系列化 。由于沙漠運(yùn)輸需求量有限 ，應(yīng)考慮在基本型的基礎(chǔ)上進(jìn)行 變型或選裝其它總成 ，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。二、結(jié)構(gòu)選型、布置及主要參數(shù)1. 車型選擇（ l ） 軸數(shù)及驅(qū)動(dòng)形

6、式 汽車的軸數(shù)是由汽車的用途 、總質(zhì)量 、使用條件 、路面負(fù)荷能力及有關(guān)法規(guī)等因素決定的。對(duì)重型沙漠專用汽車而言，通過性能是個(gè)關(guān)鍵 。采用增加軸數(shù)的方案 ，可減輕車輪接 地壓力 ，對(duì)提高汽車的通過性能有極大的好處 。目前重型汽車最多為四軸 8×8 的，即前后各兩根鈾全都為驅(qū)動(dòng)軸 。但 8×8 形式大多用于軍事目的 ，因它跨過壕溝的能力較強(qiáng) 。這種車輛的傳動(dòng)系統(tǒng) 、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)很復(fù)雜 ，因此對(duì)于一般民用車 ，直盡量采用三軸式 6 ×6 的。為了進(jìn)一步提高車輛的沙漠越野性能 ，應(yīng)采用特種輪胎（大直徑 、低氣壓） 。這雖然帶來了汽車質(zhì)心提高的缺陷 ，但從我國沙漠油田對(duì) 國外

7、車輛使用的情況來看 ，采用三軸式 6 ×6 全輪驅(qū)動(dòng)車較適應(yīng)我國國情 。由于質(zhì)心提高 造成的側(cè)翻穩(wěn)定性問題 ，可通過適 當(dāng)加寬輪距的方法來彌補(bǔ) 。( 2 ） 布置形式 重型汽車的一般布置形式有兩種 ：長(zhǎng)頭布置和平頭布置 。平頭布置的優(yōu)點(diǎn)甚多 ，如鈾 距較短 、自身質(zhì)量小、機(jī)動(dòng)性好，駕駛員視野開闊 ，車輛面積利用系數(shù)高等，但駕駛室內(nèi)相對(duì)擁擠 ，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)不太方便 。作為批 量不大的沙漠專用汽車 ，采用長(zhǎng)頭布置在工 藝上 、結(jié)構(gòu)上 ，都較簡(jiǎn)便 。2. 發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩 發(fā)動(dòng)機(jī)功率取決于汽車的最高車速以及必要的功率儲(chǔ)備 。但功率儲(chǔ)備無法用分析式表達(dá) ，而只能根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有汽車

8、的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來估算 。據(jù)資料表明，一般而言，總質(zhì)量在30噸以上的載貨車，其每噸所需功率約為68千瓦左右 。對(duì)沙漠車的統(tǒng)計(jì)基本也符合這一規(guī)律，但偏上限。如設(shè)計(jì)車的總質(zhì)量為 32 噸，則所需發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 220千瓦以上。應(yīng)該指出，對(duì)在沙漠越野行駛的車輛，關(guān) 心的不應(yīng)是最高車速，而是其大牽引力來充 分利用地面的掛鉤牽引力 ，求最大通過能力 。 這樣，還應(yīng)重視發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 。表1列出三 種發(fā)動(dòng)機(jī)供選擇。通過對(duì)汽車動(dòng)力性能的分析，認(rèn)為裝用時(shí)由于受到其它因素的制約會(huì)有所改變 。因 WD615.78發(fā)動(dòng)機(jī)其動(dòng)力性最好其次為FlOL413F ，最后為 BF8L413F 。但實(shí)際選用時(shí)由于受到其它因素的制約會(huì)有

9、所變化。 為 WD615. 78 是水冷，它在沙漠中的散熱和冷起動(dòng)等問題，需要進(jìn)一步考核和改進(jìn) ，其維修保養(yǎng)性能也不如風(fēng)冷機(jī) 。FlOL413F 在使用中雖證明其使用可靠 、性能優(yōu)良 ，但尚未國 產(chǎn)化 ，無法采用 。而 BF8L413F 和 FlOL413F 屬同一系列，性能有保證，雖然它的寬度尺寸 給總布置帶來一定困難，強(qiáng)化的發(fā)動(dòng)機(jī)在沙漠中炎熱天氣使用也不十分理想，但按照“立足國內(nèi)”的原則，還是應(yīng)把它作為第一方案考慮。3. 輪胎與重力分配 汽車在沙漠中的通過能力，缸輪胎結(jié)構(gòu) 、尺寸 、氣壓 、汽車前后軸上車輪的布置方式以及其軸荷的分配有著極大的關(guān)系 。在松軟的地面行駛的汽車 ，輪胎氣壓應(yīng)低些

10、，以增大接地面積，降低接地比壓，從而減小其在松軟地面上的沉陷與滾動(dòng)阻力 ，并提高土壤的推力 。為此，沙漠汽車必須選用大直徑的超低壓輪胎 ，以有效增大接地面積，減少土壤阻力 。超低壓沙漠專用輪胎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，簾布層數(shù)較少，具有薄而堅(jiān)固且富有彈性的胎體，在負(fù)荷下有較大的接地面積，同時(shí)又不使輪胎變形大而增加輪胎遲滯損失，并保證其使用壽命 。輪胎在不同的路面應(yīng)有不 同的氣壓。其負(fù)荷能力 ，也隨之變動(dòng)，表 2 為 所采用的沙漠輪胎 24-21DT 在不同氣壓 、速度下能承擔(dān)負(fù)荷的能力 。試驗(yàn)表明 ，在干沙地面上車輪第二次通過時(shí)，其壓實(shí)阻力大約減30% 。因此設(shè)計(jì)時(shí)，采用前、中、后三軸上車輪輪距等寬置的形

11、式，而且前、中、后輪都用單胎結(jié)構(gòu)。據(jù)有關(guān)資料，在軸荷分配上 ，讓前軸的負(fù)荷適當(dāng)小于后軸負(fù)荷，使前輪的接地比壓較后輪小20%30% ，可使汽車在松軟地面上 的土壤阻力降到最小值 。因此在總體布置上 ， 應(yīng)充分體現(xiàn)上述原則，安排布置各總成的位 置及相應(yīng)定出輪距和軸距 。應(yīng)該指出前軸負(fù) 荷的減小 ，對(duì)減少轉(zhuǎn)向阻力也十分有利 。4. 傳動(dòng)系布置為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用傳統(tǒng)的機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng) 。為了提高汽車的通過性，各驅(qū)動(dòng)橋都采用帶輪邊減速雙級(jí)減速裝置，以提高離地間隙。采用組合式多檔變速器，可獲得較小的爬行速度和較大的牽引力 。中后橋及左右車 輪間都備有差速鎖，以保證在較小的附著系數(shù)的路面上有較高的通過能力

12、。傳動(dòng)系總成之間的聯(lián)系，全部采用帶兩個(gè)開式十字軸萬向節(jié)的傳動(dòng)軸 ，共四根 ，布置如圖所示 。圖 傳動(dòng)系布置簡(jiǎn)圖為了減小傳動(dòng)軸夾角 ，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝時(shí)在水平方向傾斜 2。由于十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)的不等速性 ，在布置雙十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)軸時(shí)，要注意和懸架的結(jié)構(gòu)形式相配合，使得傳動(dòng)軸與真輸入端軸線及輸出 端軸線之間的夾角差在任何情況下（ 滿載 、空載、卸載）都不會(huì)超出1。，以減少由于不等速性帶來的不利影響。由于沙漠汽車的軸距較大 ，傳動(dòng)軸長(zhǎng)度容易超過1500mm（ 例如 ，分動(dòng)器到前驅(qū)動(dòng)橋 ，傳動(dòng)軸接近1800mm），而其間又不易布置中間支承 ，因此要特別注意臨界轉(zhuǎn)速 。其臨界轉(zhuǎn)速公式為 ：nk=1.2*10

13、8D2+d2L2D-傳動(dòng)軸斷面的外直徑，mmd-傳動(dòng)軸斷面的內(nèi)直徑，mmL-傳動(dòng)軸長(zhǎng)度 ,mm上述公式僅適用于傳動(dòng)軸在其兩端鉸支處為剛性的情況 。但是 ，實(shí)際上由于傳動(dòng)軸兩端支承的地方總在一定的彈性（如分動(dòng)器是彈性支承在車上） ，而且傳動(dòng)軸在整個(gè)計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)不全都是空心軸管（如一端有帶花鍵的軸頭），軸套花鍵之間配合有一定的間隙 ，傳動(dòng)軸也不可能精確平衡等 ，故實(shí)際傳動(dòng)軸 允許的最高轉(zhuǎn)速要大大低于臨界轉(zhuǎn)速 ，一般用安全儲(chǔ)備系數(shù) K 來表示 ，即：K=nknmax=1.22.0式中nmax-傳動(dòng)軸允許最大轉(zhuǎn)速 ，r/min為了提高傳動(dòng)軸的安全儲(chǔ)備系數(shù) ，除了增加其外徑 D (假定 L不能變）以外 ，

14、對(duì)其制造工藝、分動(dòng)器輸出軸的支承結(jié)構(gòu)等，也要充分重視 ，以保證傳動(dòng)軸長(zhǎng)時(shí)間可靠工作 。否則 ，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，傳動(dòng)間隙的增加 ，會(huì)因臨界轉(zhuǎn)速下降而引起早期損壞 。5. 懸架系統(tǒng)對(duì)沙漠車懸架的要求 ，相對(duì)來說不那么苛刻 。前懸架采用簡(jiǎn)單的非獨(dú)立式銅板彈簧 懸架 ，后部懸架采用平衡懸架 。為了不使銅板 彈簧主片負(fù)荷過重 ，因此設(shè)計(jì)上把銅板彈簧主要當(dāng)作彈性元件 ，前懸架另備有導(dǎo)向桿系 ，以傳遞制動(dòng)力 、牽引力。前懸架還備有筒式減振器 ，增加前懸架的阻尼。沙漠車輪胎大、質(zhì)心位置高驅(qū)動(dòng)或制動(dòng) 時(shí)質(zhì)量轉(zhuǎn)移大 ，為此，懸架剛度不宜太軟 。汽車前部的平順性，應(yīng)是前懸架 、駕駛室懸置皮座椅三者綜合的效果 。

15、沙漠車后部懸架采用平衡懸架，可使中后橋負(fù)荷均勻 ，保證汽車在崎嶇的路面上行駛時(shí) ，中后橋上的車輪和地面有良好的接觸 ，提高汽車的通過性 。由于汽車主要在沙漠中行駛 ，車速不高，輪胎氣壓較低，胎壁柔軟緩沖性能較好 ，因此采用剛性的平衡懸架可滿足使用需要。6. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沙漠汽車的前軸負(fù)荷達(dá)78噸 ，因此必須采用液壓助力轉(zhuǎn)向 。由于沙漠汽車在沙地中行駛，轉(zhuǎn)向阻力特別大 ，因此攘壓助力轉(zhuǎn)向 布置的方式 ，應(yīng)和一般重型汽車有所區(qū)別 ，更應(yīng)接近工程車輛，其助力缸產(chǎn)生的推力應(yīng)直 接作用車輪 ，以免加重轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)其它桿件的負(fù)擔(dān) 。液壓助力轉(zhuǎn)向基本上有兩種形式 ：全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 。選擇動(dòng)力轉(zhuǎn)向系

16、統(tǒng)時(shí) ，除考慮轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)化 、系統(tǒng)中油的流量及油壓外 ，還應(yīng)特別注意動(dòng)力轉(zhuǎn)向器本身所能適應(yīng)的流量 。樣車 Mol HF4066 的前軸負(fù)荷為lOOOOkg ，選用 ZF 公司 7421 型半整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器 ，選配的葉片泵為 ZF7677 .其有關(guān)參數(shù)見表 3從表 3 中可以看出 ，在選取動(dòng)力轉(zhuǎn)向器時(shí)，其流量留有較大富裕量 。設(shè)計(jì)流量按照怠速時(shí)lr/s 、正常時(shí)1.5r/s 的速度打轉(zhuǎn)向盤來計(jì)算 ，需1624L/min 。計(jì)算值要比實(shí)際需要的大，但這反映了所選動(dòng)力轉(zhuǎn)向器在穩(wěn)定性方面的椅度 。全液壓轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單 ，布置 、安裝 、 維修方便 ，在沙漠中使用反映良好 ，但路感較差 ，不太適合

17、于高速（大于 50km/h ） 行駛的車輛 。所選用的 BZZl-315 型轉(zhuǎn)向器 ，其公稱流量為23. 6L/min。表 4 為國內(nèi)可供選用的動(dòng)力轉(zhuǎn)向。7. 車架車架是汽車上一很重要基礎(chǔ)件 ，駕駛室 、貨廂、動(dòng)力總成 、車橋總成等，都是通過各自的相關(guān)支承元件裝在車架上而連成一個(gè)整體的車架設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足總體設(shè)計(jì)的要求 ，同時(shí)要考慮它對(duì)汽車總體布置帶來的影響 ，以及工藝對(duì)它的影響。 車架采用通常的邊梁式 ，以便于各種總成的安裝 為了簡(jiǎn)化工藝 ，車架采用前后等寬 式的 ?？v粱為槽形截面復(fù)合梁式結(jié)構(gòu) 。根據(jù) 總體布置的要求 ，車架縱梁全長(zhǎng) 9 米多，前段 為變截面 。采取了非常措施 ，克服了重型車縱梁制造的困難 。車架橫梁與縱梁 ，用高強(qiáng)度螺栓在腹板處連接 。采用螺栓連接 ，在工藝上孔的加工精度可以降低 ，但從設(shè)計(jì)上要求復(fù)合梁中的槽 形主梁和副梁四周貼緊，以保證在萬一螺栓松動(dòng)的情況下，保證副梁仍然很好地起到加強(qiáng)作用。橫梁與縱梁腹板連接 ，有助于減少縱梁的扭轉(zhuǎn)約束應(yīng)力 ，同時(shí)也帶來了扭轉(zhuǎn)剛度 的下降。這要和其它裝置件的設(shè)計(jì)綜合考慮 。8. 駕駛室與附件車輛在沙漠地區(qū)行駛 周圍環(huán)境惡劣 ，要特別注意駕駛室前圍 、底部的隔熱和密封。 駕駛室內(nèi)部座椅