專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)10-11

第八章汽車列車的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)交通學(xué)院第一節(jié)概述一、汽車列車的組成與分類第一節(jié)概述汽車列車定義：一輛汽車（貨車或牽引車）與一輛或一輛以上掛車的組合。載貨汽車和牽引汽車為汽車列車的驅(qū)動(dòng)車節(jié)，稱為主車；被主車牽引的從動(dòng)車節(jié)稱為掛車。根據(jù)牽引車與掛車的不同組合形式，汽車列車分5種：第一節(jié)概述(1)牽引桿掛車列車或全掛汽車列車－由一輛牽引車牽引一輛或一輛以上的全掛車組合而成的汽車列車。第一節(jié)概述(2)鉸接列車或半掛汽車列車－由一輛半掛牽引車和一輛半掛車組合而成的汽車列車。第一節(jié)概述(3)雙掛汽車列車－由一輛半掛牽引車與一輛半掛車和一輛全掛車組合的汽車列車。第一節(jié)概述(4)全掛式半掛汽車列車－由牽引貨車通過牽引拖臺(tái)連接一輛半掛車的組合。第一節(jié)概述(5)特種汽車列車－由牽引車和特種掛車組合，具有特殊結(jié)構(gòu)或裝有專用設(shè)備的汽車列車。第一節(jié)概述二、牽引車的分類第一節(jié)概述按照掛車形式分為全掛牽引車、半掛牽引車和特種掛車牽引車。按照用途分為一般用途牽引車和專用牽引車(如火車站搬運(yùn)牽引車即可在鐵軌上行使也可在平地上行使，專門適合火車站的搬運(yùn)作業(yè))。第一節(jié)概述三、掛車的分類第一節(jié)概述1、按照牽引連接方式分為全掛車(掛車的載荷全部由自身承受)、半掛車(車軸置于車輛質(zhì)心后面,部分載荷可通過牽引座由牽引車承受)和特種掛車.車軸配置直接影響掛車的裝載質(zhì)量，裝載質(zhì)量增加，車軸數(shù)量相應(yīng)增加。半掛車車軸的數(shù)量有單軸、雙軸、三軸和多軸。第一節(jié)概述半掛車的車架有平板式、鵝頸式和凹梁式三種。平板式車架(圖a)整個(gè)貨臺(tái)是平直的，且放在車輪之上，牽引車和半掛車的搭接部分的上部空間得到充分利用，因而具有較大貨臺(tái)面積，這種車架形式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，多用于超重型掛車。第一節(jié)概述鵝頸式車架(圖b)又稱階梯式，車架呈階梯形，貨臺(tái)平面在鵝頸之后，從而使貨臺(tái)主平面降低，便于貨物的裝卸和運(yùn)輸，但車架的受力情況不如平板式車架好。凹梁式車架(圖c)貨臺(tái)平面呈凹形，具有最低的承載平面，一般適于運(yùn)輸大型或超高的設(shè)備。第一節(jié)概述2、掛車按照用途分為一般用途掛車、專用掛車(具有專用車廂及附屬裝置，只用于運(yùn)輸一定種類的貨物或某種特定形式的貨物)和特種用途掛車(主要工作不是用來完成純粹的運(yùn)輸任務(wù)，而是用來完成某一特定的工作任務(wù)，如工程掛車、坦克運(yùn)輸車和導(dǎo)彈發(fā)射車等軍用掛車、移動(dòng)電站等)。第一節(jié)概述幾種常用專用掛車：(1)液態(tài)物料運(yùn)輸半掛車第一節(jié)概述(2)粉粒物料運(yùn)輸半掛車第一節(jié)概述(3)汽車運(yùn)輸半掛車第一節(jié)概述(4)箱式半掛車第一節(jié)概述(5)自卸式半掛車第一節(jié)概述(6)冷藏半掛車第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)半掛車與牽引車采用牽引座與牽引銷的無間隙連接方式，縮短了列車總長(zhǎng)、提高整車行使穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性、容易倒車、方便駕駛；另外，半掛車部分載荷由牽引車承受，從而提高了牽引車驅(qū)動(dòng)輪的附著質(zhì)量、加大了牽引車的牽引力、使發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到充分發(fā)揮。鵝頸式和凹式車架半掛車的質(zhì)心較低，裝卸貨物容易、行使安全、適合大批量、中遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(一)半掛車總體結(jié)構(gòu)1、圖為鵝頸式半掛車車架，這種車架既照顧了牽引銷的高度要求(由牽引車高度決定)，又可降低貨臺(tái)平面的高度。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)重型半掛車為方便裝卸貨物一般都帶有折疊式隨車跳板，裝卸貨物(如汽車)時(shí)，貨物可以沿著跳板上下。列車行使過程中跳板收起。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(二)半掛車和牽引車的連接尺寸P229(三)半掛車的軸荷分配P230二、半掛車支承裝置的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(一)對(duì)支承裝置的要求P231(二)支承裝置的分類1、按齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分單級(jí)、雙級(jí)和三級(jí)齒輪傳動(dòng)支承。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2、按操作方式分連動(dòng)支承和單動(dòng)支承。3、按支承管的結(jié)構(gòu)分類有基本式和折疊式支承.4、按支承裝置接地拖盤的形式分鉸接式、橡膠墊式、球鉸式和滾輪式支承。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(三)支承裝置設(shè)計(jì)1、支承裝置的位置－所在位置應(yīng)保證半掛車滿載時(shí)，支承裝置的裝載質(zhì)量不超過半掛車總質(zhì)量的一半。2、支承裝置的高度和行程－根據(jù)半掛車承載面的高度和支承裝置收起時(shí)要求的最小離地間隙確定。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)3、支承質(zhì)量－根據(jù)半掛車的總質(zhì)量以及支承裝置位置等參數(shù)，求出作用在每一支承裝置上的承載質(zhì)量；并考慮裝載的不均勻、地面傾斜、裝載時(shí)的沖擊載荷等因素，乘上一個(gè)附加裝載質(zhì)量系數(shù)(K＝1.1~1.3)。4、手柄力的計(jì)算－公式(8-1)第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)三、半掛車牽引連接裝置結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)連接裝置的作用是將牽引車和半掛車?yán)喂踢B接，實(shí)現(xiàn)半掛車的正確轉(zhuǎn)向，并起牽引和支承的作用。其基本形式為牽引座－牽引銷組合。牽引銷安裝在半掛車車架前部的牽引板上，牽引座安裝在牽引車車架上，并有分離－連接結(jié)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)，以保證牽引座與牽引銷的可靠連接和分離。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(四)半掛車車架設(shè)計(jì)1、半掛車的結(jié)構(gòu)－由橫梁1和縱梁2組成。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(1)縱梁－其橫截面有工字形、槽形、箱形等。槽形截面縱梁具有較高的抗彎強(qiáng)度，箱形截面具有較高的抗扭強(qiáng)度，大噸位半掛車多采用工字形截面的型鋼。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(2)橫梁－常用橫梁有圓管形(具有較高的抗扭強(qiáng)度，一般布置在車架縱梁的兩端、靠近下翼板，以增強(qiáng)車架的整體抗扭轉(zhuǎn)剛度)、工字形、槽形(多為鋼板沖壓成形，制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，扭轉(zhuǎn)剛度較差)和箱形(與圓形相似，具有較好的抗扭轉(zhuǎn)性能)。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(3)縱梁和橫梁的連接－即節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)縱橫梁連接方式具有上下翼緣連接、腹板連接、翼緣－腹板連接和橫梁貫穿縱梁腹板連接四種方式。P239(4)車架寬度－選擇P240表8-1中推薦尺寸。(5)車架底板結(jié)構(gòu)－P240如圖8-30。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)(二)車架設(shè)計(jì)1、受力分析－將車架兩縱梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁、左右對(duì)稱受載，車輛的整備質(zhì)量及載荷由兩根縱梁按均布載荷分別承擔(dān)。2、彎矩計(jì)算－將空車簧載質(zhì)量對(duì)車架縱梁的彎矩和滿載質(zhì)量對(duì)車架縱梁的彎矩進(jìn)行疊加，得到的總彎矩，為車架所受到的最大彎矩值。第二節(jié)半掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)3、強(qiáng)度驗(yàn)算－彎曲應(yīng)力小于等于許用應(yīng)力。根據(jù)公式代入數(shù)據(jù)即可。4、剛度驗(yàn)算－考慮車架的撓度。因?yàn)榘霋燔囓嚰芸v梁的彎曲變形，取決于縱梁剛度。第三節(jié)全掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)一、全掛車的總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)全掛車的全部載荷由掛車承載，牽引車只起牽引作用，因此全掛出的前支承為輪軸結(jié)構(gòu)、且前軸設(shè)有轉(zhuǎn)向裝置，以減少輪胎的側(cè)滑、磨損和汽車列車的轉(zhuǎn)向阻力。第三節(jié)全掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)二、全掛車的轉(zhuǎn)向裝置兩種：一種是軸轉(zhuǎn)向式,即轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪除繞其中心旋轉(zhuǎn)外，還與車軸一起繞車軸中心中點(diǎn)垂直線(中垂線)轉(zhuǎn)動(dòng)。另一種是輪轉(zhuǎn)向式，即轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪繞轉(zhuǎn)向主銷轉(zhuǎn)動(dòng)，而車軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。第三節(jié)全掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)三、全掛車的牽引連接裝置以牽引鉤－掛環(huán)為主，牽引鉤安裝在牽引車車架后橫梁及附加支撐上，掛環(huán)安裝在全掛車的牽引架上，通過牽引鉤與掛環(huán)使?fàn)恳嚭腿珤燔囘B接.第三節(jié)全掛車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)四、全掛車車架設(shè)計(jì)中、小噸位全掛車車架由兩根縱梁和若干根橫梁組成，常見結(jié)構(gòu)如圖.縱梁和橫梁連接處設(shè)有輔助加強(qiáng)板。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、掛車懸架的結(jié)構(gòu)掛車懸架是將掛車車架與車軸相連的全套裝置的總稱。主要功用是傳遞作用在車輪和車架之間的各種載荷，并減少或消除由不平路面通過車軸傳給車架的沖擊和振動(dòng)，以改善掛車行使的平順性。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)掛車的懸架由彈性元件、減振器和導(dǎo)向裝置三部分組成。常用彈性元件主要有鋼板彈簧(早期用的較多，其結(jié)構(gòu)和工藝簡(jiǎn)單、安裝維修方便、價(jià)格低廉，在緩沖方面基本滿足要求，現(xiàn)仍應(yīng)用較為普遍)、空氣彈簧(90年代后期發(fā)展起來的、成本很高)、液壓彈簧(用于運(yùn)輸大噸位成套設(shè)備的低速、超寬、超重噸位的掛車上)以及他們的組合。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一)鋼板彈簧平衡懸架采用平衡懸架的原因－為了保證汽車列車各軸的車輪能與地面保持良好的接觸，避免因個(gè)別車輪懸空造成其他車輪超載。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖推力桿式雙軸鋼板彈簧平衡懸架。在前后兩組鋼板彈簧之間裝有平衡臂5和推力桿2，用支架1固定在車架上。推力桿的作用是傳遞作用在懸架上的力矩，并通過其杠桿作用使其連接的兩軸車輪保持與地面接觸，并受載均勻。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(二)液壓懸架－利用液壓缸實(shí)現(xiàn)傳力和減振功能(三)空氣彈簧懸架－具有較為理想的彈性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減振效果好，在掛車上的應(yīng)用越來越多。與鋼板彈簧相比，空氣懸架的橫向尺寸較大、垂直剛度較低，若按傳統(tǒng)方法將空氣彈簧布置在車架縱梁下方，則懸架的側(cè)傾角剛度就會(huì)太低，車身在轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生較大的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，因此布置時(shí)應(yīng)盡量將空氣彈簧安排得跨度大一些。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、掛車懸架設(shè)計(jì)要點(diǎn)(一)汽車列車懸架設(shè)計(jì)中的匹配問題1、車輛各軸懸架的彈性與阻尼的匹配與協(xié)調(diào)為了緩和列車的垂直振動(dòng)，希望懸架剛度小，但懸架過軟，容易引起車輛的縱向和側(cè)向角振動(dòng)，制動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生不安全感，使車輛操縱惡化；若懸架剛度過大，列車在不平路面行使時(shí)，將產(chǎn)生很大沖擊和劇烈的垂直振第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)，乘坐不舒適，駕駛員容易疲勞，所運(yùn)載貨物也容易遭到破壞。理論和實(shí)踐證明，懸架的減振器阻尼特性與系統(tǒng)剛度不匹配，懸架的振動(dòng)特性比不裝減振器時(shí)還差.2、懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向節(jié)臂的球頭隨車架上下運(yùn)動(dòng)，并受轉(zhuǎn)向直拉桿前后運(yùn)動(dòng)的牽連，設(shè)計(jì)時(shí)必須使縱置鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向直拉桿運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生干涉，否則，車輪或車架的振動(dòng)將會(huì)引起轉(zhuǎn)向車輪繞主銷的擺動(dòng)和轉(zhuǎn)向盤的抖動(dòng)，影響汽車列車的操縱穩(wěn)定性。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、軸轉(zhuǎn)向問題軸轉(zhuǎn)向又稱側(cè)傾轉(zhuǎn)向，它常常是由車身側(cè)傾時(shí)，左右鋼板彈簧一側(cè)“伸長(zhǎng)”，另一側(cè)“縮短”而引起的。其定義為：車輛在側(cè)向力作用下產(chǎn)生側(cè)傾，從而引起前轉(zhuǎn)向輪繞轉(zhuǎn)向主銷轉(zhuǎn)動(dòng)、后輪繞垂直于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，即車輪轉(zhuǎn)向角的變動(dòng)，稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。在車輛總布置設(shè)計(jì)與懸架設(shè)計(jì)時(shí)，往往讓前軸的軸轉(zhuǎn)向作用使車輛獲得不足轉(zhuǎn)向效果，后軸的軸轉(zhuǎn)向作用使車輛產(chǎn)生過多轉(zhuǎn)向的效果，從而使列車可以獲得較好的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4、懸架與制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)－包括3個(gè)方面：(1)牽引車強(qiáng)烈制動(dòng)時(shí)，前鋼板彈簧縱向產(chǎn)生扭曲造成與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干涉－為避免此干涉，盡量降低轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷的高度，并使其盡量靠近鋼板彈簧的扭曲中心。(2)車輛強(qiáng)烈制動(dòng)產(chǎn)生較大的制動(dòng)點(diǎn)頭問題－采用非對(duì)稱的縱置鋼板彈簧具有較好的抗制動(dòng)點(diǎn)頭的作用。(3)后鋼板彈簧懸架在車輛強(qiáng)烈制動(dòng)時(shí)的變形對(duì)傳動(dòng)軸最大滑出量的影響－車輛滿載時(shí)，考慮鋼板彈簧的最大垂直變形和扭曲變形后對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(二)掛車懸架基本參數(shù)選擇1、前、后懸架系統(tǒng)動(dòng)、靜撓度的選擇和匹配前、后懸架靜撓度的匹配，對(duì)列車的行使平順性有很大影響。一般希望其靜撓度值與其固有頻率相近，以減少共振；另一方面，又希望后懸架的靜撓度小于前懸架的靜撓度，以減少車身的縱向角振動(dòng)。懸架的動(dòng)撓度按其相應(yīng)的靜撓度選擇，對(duì)于貨運(yùn)汽車列車，一般可?。簞?dòng)撓度＝(0.7~1.0)靜撓度。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例題：國(guó)外公路用貨運(yùn)汽車列車鋼板彈簧前懸架的靜撓度為100mm，那么下列四個(gè)的答案中，哪一個(gè)最接近于它的動(dòng)撓度(A)。A80mmB150mmC50mmD120mm第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、前、后懸架側(cè)傾角剛度的決定與匹配車身的側(cè)傾現(xiàn)象所產(chǎn)生的側(cè)傾角，與懸架的側(cè)傾角剛度成反比，與作用在車身上的側(cè)傾力矩成正比。懸架側(cè)傾角剛度－指車輛的簧載質(zhì)量在產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)懸架對(duì)車身的彈性恢復(fù)力矩。第四節(jié)掛車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善列車的操縱穩(wěn)定性、防止側(cè)翻的措施(1)設(shè)計(jì)時(shí)前軸的輪胎側(cè)偏角大于后軸的輪胎側(cè)