裝配圖工程灑水車設計（五噸載重量）車架改造設計和后懸架校核（有cad圖）

裝配圖工程灑水車設計（五噸載重量）車架改造設計和后懸架校核（有cad圖）,裝配,工程,灑水車,設計,載重量,車架,改造,以及,懸架,校核,cad 1 工程灑水車設計（五噸載重量）車架改造設計和 后懸架校核 摘 要 本文詳細介紹了此次設計的內容和相關的設計指導思想、方法。此次設計的 內容是五噸載重量工程灑水車的設計（改裝） ，其中重點介紹和研究分析車架的 改裝設計和整車的總體布置。在各個與車架進行聯的接部件聯接方式的設計中， 要根據總體布置時確定的各總成的位置來進行布置這些聯接件的位置，既要能使 聯接合理、可靠，又要符合專用車改裝原則中對車架進行改裝的要求，以保證在 不影響車架強度和剛度的前提下對車架改裝和保證聯接可靠。同時，還需根據各 聯接部件不同的受力情況，進行具體設計與計算。在聯接部件結構設計中，根據 其功能、位置進行合理的結構設計，在選材方面以“標準化”原則選擇。在車架 改裝設計中，在滿足總體布置方案的同時，對其進行軸荷分配、車架強度和剛度 的校核，以保證其在滿足各種技術性能要求的同時，使各總成布局合理、緊湊、 可靠，并兼顧整車外型的美觀。本文同時介紹了整車設計的其他方面設計，有水 管總成、水罐總成的設計，還有取力器總成的設計和變速器的改裝設計。本車載 重量 5-8 噸，主要用于城鎮(zhèn)綠化及街道清洗、降塵，也可用作緊急消防和移動泵 站，由于其功能多，載重量適宜，所以目前具有廣闊的市場。 關鍵詞：車架，聯接，強度，標準化，灑水量 MODIFICATION DESIGN OF FRAME AND 2 CHECK REAR SUSPENSION OF ENGINEERING SPRINKLER (5 TONS LOAD) ABSTRACT This paper describes the current design of content and related design total guiding ideology, and methods. This design is 5 tons deadweight works for sprinkler design (modified), which focuses on research and analysis of the car frame design modifications and integral layout of car. In the design of each component which connected to car frame. According to determine the overall layout of the assembly location for the layout of these pieces connected to the location, it is necessary to make a reasonable connection, reliable, but also consistent with the principle of exclusive cars modified to modify the frame, in order to ensure not affect the strength and stiffness of the chassis under the premise of the chassis modifications and ensure reliable connectivity. Meanwhile, specific design and calculation should be done, according to the different frame condition of each connection component. Connected components in structural design, based on their function and location for a reasonable structure design, in the choice of material to "standardize" the principle of choice. In the chassis design modifications, in meeting the overall layout of the program at the same time, its axle - load distribution, chassis strength and stiffness of the coupling, to ensure their performance meet the technical requirements of the same time, the assembly rational layout, compact, reliable, take into account the vehicle's aesthetic appearance. This paper also introduced the design of the other vehicle designs, pipe assembly, and tank assembly design; there edge assembly was for the design and transmission design modifications. The 5 -8 vehicle weight tons, mainly for urban greening and cleaning the streets, dust, also can be used as a emergency fire and mobile pumping station, because of its multi-functional, load appropriate, there is vast market. KEY WORDS: frame, connectivity, strength, standardization, sprinkler volume 3 4 目 錄 第一章 前言.............................................1 第二章 灑水車的總體設計.................................3 §2.1 總體設計要求....................................3 §2.2 各總成的布置或參數要求..........................6 第三章 車架的改裝設計..................................9 §3.1 整車質心的計算..................................9 §3.1.1 各總成質量的估算...........................9 §3.1.2 質心的計算與軸載質量的分配.................10 §3.2 車架的改裝設計................................13 §3.2.1 車架聯接件的設.............................13 §3.2.2 車架強度的校核.............................25 §3.2.3 后懸架的校核...............................28 §3.2.4 后輪輪胎的校核.............................30 第四章 管路系統(tǒng)的設計.................................31 第五章 水罐總成的設計.................................33 第六章 變速器的改裝設計...............................34 第七章 取力器、減速機構設計............................39 第八章 成本估算........................................45 第九章 結論............................................46 參考文獻..............................................47 致謝.............................................48 5 6 第一章 前 言 隨著國民經濟的發(fā)展，道路建設、城市化進程不斷加快，各種附屬園林綠化 得以推廣開來，對園林綠化的需求不斷擴大，包括城市、道路園林設施的綠化、 植保噴藥、樹林沖洗、行道樹的灌溉以及城市、廠礦和學校等企業(yè)事單位的路面 和園林的灑水作業(yè)。尤其是在“構件和諧社會”方針政策的引導下，人們開始更 加關注自身生活環(huán)境的舒適與優(yōu)美，城市環(huán)境的整潔和園林的推廣成為人們日益 強烈的需求。 同時基于中國國情的特點，國內城市建筑、設施多屬于上個世紀早中期的產 物，這些陳舊的面貌與現代化城市的形象是相悖的，所以各大中小城市加快了對 陳舊社區(qū)、道路的改建和翻修的步伐，但隨之而來的的嚴重的揚塵污染問題成為 困擾。城市社區(qū)和道路兩旁多為人口和商業(yè)密集區(qū)，施工引起的揚塵會危害人體 健康，影響植物生長、破壞生態(tài)的平衡，不僅造成極壞的社會影響，而且會給國 家和企業(yè)造成極大的經濟損失。 針對上述情況，對能進行噴灑農藥護林、植被澆灌、道路沖洗、凈化空氣降 塵，同時要求有安全消防滅火及用作移動泵站的可滿足市政、環(huán)衛(wèi)、環(huán)保、工業(yè) 及民用等方面的多功能工程灑水車成為社會的需求，所以對灑水車的改裝設計是 完全符合當前的實際需求的。 國外發(fā)達國家灑水車起步較早，其技術和市場均十分先進和成熟，其中以美 國、歐洲和日本為突出代表。這些國家的工程灑水車早已從只注重其功能性轉向 提高勞動生產率、降低人工勞動強度的智能化、多功能化方向發(fā)展，同時還十分 注重其專用底盤性能的可靠、技術先進性，專用裝置最大限度發(fā)揮其功能，因此 大量的先進技術被移植到灑水車上。零件設計標準化、模塊化，注重互換性設計， 整車輕量化、多功能更環(huán)保的突出發(fā)展趨勢，功能越來越多，技術越來越細膩， 體積越來越精巧，產品自動化程度越來越高，是國外工程灑水車的現狀特點。 國內灑水車發(fā)展較晚，受相應技術和法規(guī)的限制，整體水平遠落后于發(fā)達國 家。整體表現為：產品做工不精良，性能不夠穩(wěn)定，防腐性差，多功能和自動化 程度不高，外型不夠美觀。但近幾年來也出現了新工藝、新材料應用的新型環(huán)保 灑水車，說明國內部分產商開始注重起整車的性能穩(wěn)定和環(huán)保性，同時開始出現 對國外先進技術的吸收，使新工藝、新材料的應用及機、電、液一體化成為今后 7 發(fā)展的另一方向。 8 第二章 灑水車的總體設計 作為灑水車設計來說，應該屬于整車設計的范疇，所以本設計應該是以總體 設計開頭的，只有總體設計（總體布置）做好以后才能在其原則方案中進行其他 部件總成的設計。 §2.1 總體設計要求 一、 灑水車設計的要求： 作為一種專用車，其設計也應該符合專用車設計的要求。專用車與普通汽車 的區(qū)別主要是改裝了具有專用功能的上裝部分，能完成某些特殊的運輸和作業(yè)功 能。因此，在設計上除了要滿足基本車型汽車的性能要求外，還要滿足專用車功 能的要求： 1、專用車設計多選用定型的基本車型汽車底盤進行改裝設計，一般選用二、 三類底盤進行改裝。 2、專用車設計的主要工作是總體布置和專用工作裝置匹配：設計時既要保 證專用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤的基本性能不受影響。 3、專用車設計應考慮產品的系列化，以便于根據不同用戶的需要而能很快 的進行產品變型。對專用車零部件的設計，應該按“三化”的要求進行，最大限 度的選用標準件，或選用已經定型產品的零部件，盡量減少自制件。 4、對專用車自制件的設計，應遵循單件或小批量的生產特點，要更多地考 慮通用設備加工的可能性。 5、對專用車工作裝置中的某些核心部件和總成，如水泵等，要從專業(yè)生產 廠家中優(yōu)選 6、要對一些重要的總成結構件進行強度校核。 7、應滿足交通安全法規(guī)，了解掌握行業(yè)相應的規(guī)范、標準。 專用車底盤或總成選型方面，一般應滿足下述要求： 1、適用性：對各種專用改裝車的總成應適用于汽車特殊功能的要求，并以 此為主要目標進行改裝選型設計，例如各種取力器的輸出接口。 9 2、可靠性：所選的總成工作應可靠，出現故障的機率少，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、先進型：所選的底盤活總成，應該使得整車在動力性、經濟性、制動性、 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，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：便于安裝、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。 還有：汽車底盤價格，它是專用車購置成本中很大的部分，一定要考慮到用 戶可以接受；汽車底盤供貨要有來源。 二、總體布置的原則： 專用車總體布置的任務是正確選定整車參數，合理布置工作裝置和附件，使 取力器裝置、專用工作裝置、其它附件與所選底盤構成相互協(xié)調和匹配的整體， 達到設計任務書所提出的整體基本性能和專用性能的要求。其原則是： 1、盡量避免對底盤各總成位置的改變。 2、應滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分的發(fā)揮。 3、應對裝載質量、軸載質量等參數的估算和校核。 4、應避免工作裝置的布置對車型造成集中載荷。 5、應盡量減少專用車的整車整備質量，提高其裝載質量。 6、應符合相關法規(guī)的要求。 三、總體參數的要求： 總體參數包括總體布置參數和整車性能參數，在選用時應考慮其專用功能、 使用條件等因素。 外廓尺寸屬于總體參數，我國法規(guī)規(guī)定：車輛高不超過 4m，車寬不超過 2.5m，外開窗、后視鏡等突出部分距車身不超過 250mm，車長貨車不超過 12m。 軸距和輪距是影響汽車基本性能的主要尺寸參數。輪距則對汽車的機動性和橫向 穩(wěn)定性有較大的影響，減少軸距可提高其通過性，但軸距過短，將導致制動或上 坡時軸載質量轉移增大，使汽車的制動性和操縱穩(wěn)定性變壞。在設計灑水車時， 其質心位置及軸載質量應滿足以下條件： 根據 JT701-88《公路工程技術標準》對各種汽車的軸載質量規(guī)定如下： 10 汽車最大總質量（Kg） 10000 15000 20000 30000 前軸軸載質量（Kg） 3000 5000 7000 6000 后軸軸載質量（Kg） 7000 10000 13000 2×12000 軸載質量不得超過法規(guī)的規(guī)定。 取力器傳動比應根據水泵的轉速、功率、和發(fā)動機外特性來選擇，在滿足水 泵所需功率的前提下，選擇較低的發(fā)動機轉速和較高的發(fā)動機功率，這樣發(fā)動機 的燃油經濟性會比較好。 四、主車架改裝注意事項 由于本車結構的特點，為布置管路系統(tǒng)、水罐、水泵，工作臺，需要對車架 進行一些改裝。車架是受載荷情況最惡劣的部分，除承受整車靜載荷外，還要受 到車輛行駛時的動載荷。為保證主車架的強度和剛度，在改裝車架時要注意一些 基本的事項，具體要求如下： 在車架上鉆孔和焊接時，應避免在高應力區(qū)鉆孔、焊接。車架的縱梁高應力 區(qū)是軸距之間縱梁的下翼面和后懸上翼面。因為這些部位受力較大，鉆孔和焊接 易產生應力集中。 對車架縱梁非高應力區(qū)進行鉆孔時，應注意盡量減少孔徑，增加孔間距離， 對鉆孔的位置和規(guī)范見圖 2-1 和表 2-1。 表 2-1 尺寸 重型車 中型車 輕型車 A ＞70 ＞60 50 B ＞50 ＞40 ＞30 孔間距 C ＞50 ＞40 ＞30 孔直徑 ＜15 ＜13 ＜11 圖 2-1 11 禁止在縱梁的邊、角區(qū)域鉆孔和焊接，因為這些區(qū)域極易引起車架早期開裂， 嚴禁將車架縱梁和橫梁加工的翼面加工成缺口形狀。 按照以上的要求，五噸灑水車屬于中型車，在改裝主車架的時候嚴格遵守以 上的規(guī)范，保證主車架的強度和剛度。 §2.2 各總成的布置或參數要求 一、底盤的選取 灑水車目前市場上還沒有為之專門生產的專用底盤，故選用定型汽車二類底 盤進行改裝。根據任務書，要求設計五噸載重量的工程灑水車，而市場上現有汽 車廠商供應的通用二類底盤中，有平頭、長頭類五噸汽車通用底盤。 長頭貨車的優(yōu)點有：發(fā)動機及其附件的接近性好，便于檢修；滿載時前軸負 荷小，有利于在壞路面上行駛時提高其通過能力；發(fā)動機的噪聲、氣味、熱量和 振動對駕駛員影響??；正面碰撞時，駕駛員及前排乘員受到的傷害比平頭貨車好 得多。缺點是：總長及軸距較長，轉彎半徑較大，機動性不好；整備質量大；駕 駛員的視野不如平頭貨車；面積利用率低。 平頭貨車的優(yōu)點是：機動性好；整備質量少；視野寬；面積利用率高。缺點 是：空載時前軸負荷較大，在壞路面的通過性變壞；進、出駕駛室不如長頭貨車 方便；發(fā)動機的工作噪聲、氣味、熱量和振動對駕駛員等均有較大影響；正面碰 撞時，易使駕駛員和前排乘員受到嚴重傷害的可能性增加。 為秉承以人為本的原則，增強駕駛員和乘員的舒適及安全性，本設計選用長 頭式貨車進行改裝設計。經查資料篩選，選取東風長頭 EQF140 中型貨車底盤。 東風 EQF140 貨車底盤的上戶噸位為五噸，相關尺寸和技術參數如下： 1、一般數據： 駕駛室座位數 3 裝載質量 5000kg 外形尺寸：總長 6910mm 總寬 2170mm 總高 2370mm 軸距 3950mm 2、使用數據： 12 最高車速 90km/h 最大爬坡度 ≥15°38′（28﹪） 3、發(fā)動機參數： 最大功率 ≥135PS/3000r/min 最大扭矩 36kgf﹒m/1200-1400r/min 4、底盤結構參數： 變速器： 型式與排擋數 五個前進擋、一個倒車擋，二、三、四、五擋裝有鎖 環(huán)慣性式同步器 各擋變速比：一擋 7.31 二擋 4.31 三擋 2.45 四擋 1.54 五擋 1.00 倒擋 7.66 排擋位置 驅動橋減速比 6.33 車架 結構型式 邊梁式 縱梁斷面尺寸 235×80×6.5 車架上平面離地面高度 805mm 車架縱梁寬 861mm 輪胎型式 普通簾線寬輪車用輪胎 規(guī)格 9.00-20-10 氣壓 前輪 普通輪胎 4.0kgf/ 2cm 后輪 普通輪胎 5.3kgf/ 輪輞 7.0-20 等輻盤式 13 二、變速器參數的要求 根據灑水車灑水量的要求，原裝底盤的變速器的相應擋位下的速度是不能滿 足其要求的，所以要對原變速器的一、二擋（灑水工作擋）進行速比改裝設計。 灑水車變速器改裝的目的就是要根據灑水量的要求，通過增加原變速器一、二檔 的傳動比，從而降低車速，通過取力器給泵傳遞功率，達到灑水的目的。 三、取力器參數的要求 取力器是水泵的動力傳遞源，它由變速器傳出的速比及扭矩同樣關系到整車 灑水工作性能能否達到任務書的要求。一般取力器的布置有前置式、中置式、后 置式，本設計則確定采用中置式，即取力器布置在變速器的上，從變速器的中間 軸上取力。取力器的最終傳動轉速要求為 1000 r/min,即水泵要求的轉速。 四、水罐參數的要求 水罐的容積關系到本車設計要求的裝載水的噸位問題，所以要對它的要求是 上戶噸位為五噸，實際要求為 5-8 噸。由于所選車型底盤的特點，要求水罐在保 證裝載容積的前提下，其長度不超過 3940mm，寬不能超過 2500mm，它置于底盤 之上時的高度不能超過 4000mm.其聯接副車架應與管道系統(tǒng)的走向進行相應的配 合，開出水管通過的口子。 五、管道系統(tǒng)的布置及要求 灑水車要求前面有能向兩邊同時提供路面沖洗的噴頭，后部要求有位于車兩 邊的同時提供噴水的噴頭；以及一個能提供可以在噴射柱狀和霧狀水之間進行調 節(jié)的射程大于 40m 的人工操作水炮（噴槍） ，使其能提供沖洗、霧化噴藥、和消 防功能。 第三章 車架的改裝設計 14 車架的改裝設計要求對整車的質心進行確定從而進行軸載質量的校核，車架 強度的校核，后懸架強度校核及輪胎負荷的校核；還包括對相應與車架聯接部件 的聯接設計。 §3.1 整車質心的計算 §3.1.1 各總成質量的估算 一、作臺質量的估算： （1）工作臺底板選用 GB3277-1991 扁豆花紋鋼板，其厚度 ，其理論質m0.5?? 量為 ,則其質量為2/5.40mkgW? kg7.41.40]2)80195(13[ 61 ?????? （2）工作臺護攔鋼管選用 GB13793-1992 直縫電焊鋼管，小管外徑 D=15mm，厚 度 ，其理論質量 ；大管外徑 D=25mm，厚度 ，0.? mkgW/34.? 0.1?? 其理論質量 ，則其質量為kg/592.??????592.0)1.7095..743(2m 34206. kg6..18? （3）工作臺支撐梁選用 GB6723-1986 冷彎等邊槽鋼，腰高 H=180mm，厚度 ，翼寬 B=80mm，其理論質量為 ，長 L=750mm，兩0.4?? mkgW/184.0? 根，其質量為 kgm276.1584.0275.3?? 則工作臺的總質量為 kg1.67.9.321 ???? 其質心位置定于距工作臺尾部邊緣 400mm 的中心線上。 二、水罐質量的估算： 水罐外型為橢圓狀截面，其長軸 a=2000mm,短軸 b=1200mm,水罐長 ,厚 t=6mm。ml3740? 其體積為： ]120)120)([(4370])2([41 ?????????abtalbV32.0? 15 邊緣封板及隔板體積： 32 0452.61204mabtV?????? 水罐采用 Q235 鋼板制造，其密度是 /8.7cg? 水罐質量為 kgVm 4.123)05.132.(085.7)(3211 ??????? 水罐總成的質量是水罐加上副車架和工具箱的質量，取其他部分質量為 75kg，則 水罐總成的質量為： kg4.38754. §3.1.2 質心的計算與軸載質量的分配： 由于選用的 EQF140 型底盤提供的數據資料是其原裝貨車的參數，故得分別 對其原車和除去貨抖之后的質心及軸載質量進行計算和校核 reafront 圖 3-1 空車的載荷分布如圖 2-1 所示，其中，汽車貨抖質量 G2＝1000kg， 汽車底盤質量 G1＝3080kg， 前軸承載質量 N1 = 1930kg, 后軸承載質量 N2 = 2150kg, 貨抖質心距后軸軸線水平距離 x2=1970mm, 底盤質心距后軸軸線水平距離為 x1, 軸距 L=3950mm。 由力矩平衡得 LNxG121??? 得 16 mGxLNx 1836308971951121 ??????? 去掉貨抖之后的底盤軸載質量分配情況如下： reafront 圖 3-2 由力矩平衡得 1'1xGLN? 得 kgL x14323950861' ??? N'1'2? 表 3-1 灑水車各總成、部件位置及自身物理特征參數： 序號 總成名稱 （kg）0im（mm）iy（mm）ix 1 3 人+隨車工具 65 3+15=210?1222 1034 2 底盤 3080 840 2114 3 水罐總成 1318.44 1710 3140 4 工作臺總成 67.1 841 5666 5 水泵總成 50 650 2300 6 取力器總成 30 800 900 7 備胎 170 500 4880 8 前部水管 18 550 650 9 水泵附近水管 15 940 2200 10 后部水管 25 840 5881 17 為各總成部件在裝備好的質量， 為各總成或部件質心離地面的高度， 為0imiy ix 各總成或部件質心距前軸軸線的水平距離，加上額定裝載質量的水 5 噸后對其進 行質心的計算和軸載質量的計算及校核。 由以下公式可以求得整車的質心高度和水平位置： (3-1)??01imxl (3-2)0igyh 示中： 為整車質心距前軸的水平距離1l 為整車質心的離地面的高度g 計算得 230561.73408.6124308420 ???????ixm .28551793 ??? kgi 49.7.610 mxli 8.254.98320?? 則后軸載質量由力矩平衡原理可得 12GlLN 求得 kgl 9.71539508.24.12 ??? 則后軸分配的載質量系數為 %.7154.98362GN? 則前軸為 21?? 滿足《專用車設計》中要求的對長頭貨車前軸分配軸載質量不小于 25%的原則， 同時也接近《汽車設計》中對長頭貨車滿載時的前軸載質量占 25%~27%的要求， 所以本車軸載質量是合理的，其總體布置算是成功的。 由式（3-2 ）可求得整車的質心高度： 650841.671054.6380381200 ???????iym .39291573 ??? 18 mmyhig 26.138954.913860??? 為保證汽車在行駛時的安全穩(wěn)定性，不發(fā)生側翻要求 ；??ghB2 保證汽車不發(fā)生縱翻，要求 。??ghL2 其中： B 表示汽車的輪距 表示汽車質心到后軸中心的距離2L 表示汽車質心高度gh 表示路面附著系數，一般取 =0.7~0.8?? B=2400 mm, 取 =0.75， =1134.2 mm2L 則由上兩式可得： 75.024??ghB 求得 m16?75.0.342?ghL 求得 26.1 由前面質心的計算結果可知，整車的質心高度 mmhg 160.5.389?? 因此滿足不發(fā)生側翻和縱翻的質心高度要求。 §3.2 車架的改裝設計 §3.2.1 車架聯接件的設計 一、水泵支座聯接的設計與強度校核： 1．螺栓結構的設計：采用如圖 3-3 所示的結構，螺栓數 z＝4，對稱布置。 2．螺栓的受力分析： (1).支座采用 6mm 厚的熱軋鋼板沖壓而成，由 GB709-1988 查得其理論質量 W＝47.1kg/ ,橫（縱）板質量為 =(350 200+350 20 2) 47.10=3.9564kg2m2m?? 水泵在出廠之前都進行過動平衡實驗，故不考慮水泵本身工作時其旋轉件的 19 離心力沖擊，即不考慮水泵自身旋轉件給水泵支座與車架相聯接的螺栓組的軸向 力。但是由于水泵工作時，流過水泵的水流的不均勻性，應適當考慮一定的離心 沖擊力，也就是給螺栓組的軸向力，水平向右，作用于螺栓組中心，以 5% 圖 3-3 的重力計 =G 5%=50 9.8 5%=24.5 N hF?? 橫向力（作用于結合面，垂直向下） = g + g =(50+2 3.9564) 9.8=567.5 Nv1m2? 翻轉力矩（逆時針方向） M= g (140+ )+ g =50 225 9.8+3.9564 175 9.8=7275.2 N mm1?2702350?? (2).在軸向力的作用下，各螺栓組所受的工作拉力為 = =24.5/4=6.125 NaFhz? (3).在翻轉力矩 M 的作用下，下面的螺栓受到加載作用，而上面兩螺栓受到減載 作用，故下面的兩螺受力較大，所受的載荷為 = (3-3)maxF?ziL12ax 其中 表示螺栓中心到螺栓組的旋轉中心線的最大距離， 表示各螺栓到螺栓max iL 20 組的旋轉中心線的距離 = = ＝36.376 NmaxF??ziLM12ax2504.7? 所以下面的螺栓所受的軸向力工作載荷為 ＝6.125＋36.376＝42.501 Nmax? (4).在橫向力 的作用下，側面聯接接合面可能會產生滑移，根據側面不發(fā)生滑vF? 移的條件 (3-4)???vsmbKCzf)(0 由《機械設計》查得接合面為軋制表面的摩擦系數 ,并取螺栓聯接的相對3.0?f 剛度 =0.2 ，則 = ，取防滑系數 =1.2，則各螺mb mb?8.1?bCsK 栓所需要的預緊力為 = =572.4 N)(10 ??hmbvsFCfKzF )5.24803.5672(4?? （5）下面兩個螺栓每個螺栓所受的總拉力為 ，按公式 可以2 FCFmb??02 求得，即 =572.4 + 0.2 42.501=580.9002 NFCFmb??02 ? 3.確定螺栓直徑 選擇材料為 Q235，性能等級為 4.6 級的螺栓，由《 機械設計》查得材料的屈 服極限 Mpa，查得螺栓聯接在靜載荷情況下，M6~M16 的安全系數240?s? S=5~4，取 S=4，故螺栓材料的許用應力[ ]= = =60Mpa。?Ss420 根據公式 可以求得螺栓危險截面的直徑（螺紋小徑 ）為][3.1421??Fd?? 1d = = 4.003 mm][.21 6092.58. 21 考慮到灑水車行駛至有一定不平度的路面產生顛簸沖擊，故應適當選用大的 螺栓尺寸，按照粗牙螺紋標準（GB196-81） ，選用螺紋公稱直徑為 d=12 mm（螺 紋小徑 =10.106 mm>4.003 mm） 。1d 4．校核螺栓組聯接接合面的工作能力 （1）.聯接接合面上端的擠壓應力不超過許用值，以防止接合面壓碎，由下面公 式可求得 （3-5） WMCzFAmbp ???)(10max? 62350.7).2460175.4(23????0.8.?? Mpa523 由《機械設計》查得 Mpa 192408..][???sp? ,故聯接接合面上端不致壓碎。maxp?? 聯接接合面下端應保持一定的殘余應力，以防止支座受力時接合面間產生間 隙，即 ，根據公式（3-5-a）可求得0in?p （3-5-a）WMFCzAhmb?????)(1mi? 04.83. Mpa > 0 故接合面下端受壓最小處不會產生間隙。 5．校核螺栓所需的預緊力是否合適 對碳素鋼螺栓，要求 10)7.~6(AFs?? 已知 ， ，取預緊力下限，MPas24?? 22214.80.4mdA???? 即 NAs 8.50.806..01? 要求的預緊力 N，小于上值，故滿足要求。7F 每組兩個螺母 GB6170-86 M12 選取螺栓 GB5782-86 M12 45 選取兩個螺母與螺栓配套，既可以省去考慮墊圈的程序，也可以實現對頂螺 22 擦防母的摩松。 二、水泵進出口附近水管支架聯接的設計與強度校核 1．結構的設計：采用如圖所示的結構,螺栓數 z = 2 G 圖 3-4 2．螺栓的受力分析： （1）在總載荷 的作用下,螺栓組聯接承受以下的力和力矩的作用：由于?F 此處附近水管有三處分別與水泵進水口、水罐、車架相連，可視為定位和固定， 使得水管對螺栓組無軸向力的施加，而只受橫向力（作用于接合面，垂直向下） 和傾覆力矩（順時針方向） 。 橫向力 NmgFv1478.95???? 傾覆力矩 M2020 （2）在傾覆力矩 M 的作用下，上面螺栓受到加載作用，而下面的；螺栓受 到減載的作用，故上面的螺栓受力較大，而受的載荷按公式（3-3）計算，其中 表示螺栓中心到螺栓組的旋轉中心線的最大距離， 表示各螺栓到螺栓組的maxL iL 旋轉中心線的距離 23 NLMFzi 1967529401maxax ???? 故上面的螺栓所受到軸向工作載荷為 = 0 +196 =196 Nmax?? （3）在橫向力 的作用下，底板聯接接合面可能產生滑移，根據底板不?vF 發(fā)生滑移的條件 ???vsmbKCzf)(0 由《機械設計》查得接合面為軋制表面的摩擦系數 ,并取 =0.2 ，3.0?fmbC? 則 = ，取防滑系數 =1.2，則各螺栓所需要的預緊力為mbC?8.01??b sK NFCfKzFhmbvs 294)08.3.01472()(0 ?????? （4）上面螺栓受的總拉力為 mb 2.1962.402 ???? 3.確定螺栓直徑 選擇材料為 Q235，性能等級為 4.6 級的螺栓，由《 機械設計》查得材料的屈 服極限 Mpa，由《機械設計》查得螺栓聯接在靜載荷情況下，M6~M16240?s? 的安全系數 S=5~4，取 S=4，故螺栓材料的許用應力[ ]= = =60Mpa。?Ss420 根據公式 可以求得螺栓危險截面的直徑（螺紋小徑 ）為][3.1421??Fd?? 1d = = 3.03 mm][.21?60.. 考慮到灑水車行駛至有一定不平度的路面產生顛簸沖擊，故應適當選用大的 螺栓尺寸，按照粗牙螺紋標準（GB196-81） ，選用螺紋公稱直徑為 d=12 mm（螺 紋小徑 =10.106 mm>3.03 mm）1d 24 4．校核螺栓組聯接接合面的工作能力 （1）.聯接接合面上端的擠壓應力不超過許用值，以防止接合面壓碎，由公式 （3-5）得 WMCzFAmbp ???)(0max? 6235409)8.294(3541??07.6.?? Mpa14 由《機械設計》查得 Mpa 192408..0][???sp? ,故聯接接合面上端不致壓碎。][maxpp?? 聯接接合面下端應保持一定的殘余應力，以防止支座 0 受力時接合面間產生 間隙，即 ，根據公式（3-5-a）求得0in?p > 079.062.?? 故接合面上端受壓最小處會產生間隙，故應加大預緊力，由 得0)(10min ????WMFCzAhmbp? 6 N.74235479.0 ?????bWMF 取 .74N? 下端螺栓 )235406972(35401)(10min ????????WMFCzAhmbp? =192 Mpa???Pa23.8.5. ][p? 從而保證下端接合面無間隙 5．校核螺栓所需的預緊力是否合適 對碳素鋼螺栓，要求 10)7.~6(AFs? 已知 ，MPas24?? FCzAhmb???)(1mi 25 ，取預緊力下限，即222114.806.4mdA????Ns .5..06.? 要求的預緊力 N，小于上值，故滿足要求。70F 每組兩個螺母 GB6170-86 M12 選取螺栓 GB5782-86 M12 45? 選取兩個螺母與螺栓配套，既可以省去考慮墊圈的程序，也可以實現對頂螺 母的摩擦防松。 三、工作臺支撐梁的聯接設計與校核 螺栓組受力分析： 由于工作臺的結構知，工作臺由兩根支撐梁支撐，故可簡化為對一根支撐梁 進行分析。 如圖 3-5 所示，轉矩為 mNmgGT ????????? 25.18/.9350)261.7(2/3502/)4075( 作用在聯接接合面內，在轉矩 T 的作用下，接合面支撐梁的底板將繞通過螺 栓組中心 O 并與接合面垂直的軸線轉動。為了防止它的轉動，可以采用普通螺栓 聯接，也可以用絞制孔用螺栓聯接。其傳力方式和受橫向載荷的螺栓組聯接相同。 采用普通螺栓，此時靠聯接預緊后在接合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩 T。假設各螺栓的預緊程度相同，即各螺栓的預緊力均為 F，則各螺栓聯接處產生 的摩擦力均相等，并假設此摩擦力集中作用于螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相 對轉動，各摩擦力應該與各該螺栓的軸線到螺栓組對稱中心 O 的連線（即力臂 ）ir 相垂直。根據作用在底板上的力矩平衡及聯接強度的條件，應該有 TKrrfFs??)(43210 26 O 圖 3-5 由上式可得各螺栓所需的預緊力為 （3-6）????zissrfTKrfF143210)( 示中： 表示接合面的摩擦系數；f 表示地 i 個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心 O 的距離；ir z 表示螺栓數目； 表示防滑系數， =1.1~1.3。sKsK 取 =1.2 ， =0.3 ，sf mrr 27.690124321 ??? 則預緊力為 NrfTKrrfTFziss 8.314927.643.058)(143210 ?????? 螺栓危險截面的拉伸強度條件為 ][43.120????dFcaMP6][ 27 可得 mFd32.9608143.][43.10???????? 考慮到工作中由于路面不平造成的顛簸沖擊力，根據粗牙普通螺紋標準 （GB196-81） ，選用螺紋公稱直徑 (螺紋小徑 )。d1 md32.985.13?? 為達到防松效果選配兩個螺母與一個螺栓組合。 螺栓為 GB5782-86 M16 55? 螺母為 GB6170=86 M16 由《專用車設計》知，對車架鉆孔的限制僅限于對車架承載區(qū)，由本車底盤 結構可知，工作臺處在非承載區(qū)，故對于其要求的在承載區(qū)鉆孔孔徑10.46mm）,由于車架縱 梁的結構與標準 U 型螺栓的樣式不能匹配，故選用標準雙頭螺柱進行相應彎曲： GB-88 M20 550-Q? 五、止推聯接板工藝分析： 圖 3-6 此聯接樣式是目前較為新穎的板式聯接，與大梁聯接的部分采用四組螺栓各 分兩組緊固在大梁側面，它與上裝副梁聯接部分為圖示形狀。在與上裝副梁焊接 后，相對于直接用矩形板焊接的長度要長，故上裝聯接牢固可靠，其外型也很美 觀。在板的下側中間部位預留兩孔，可視上裝要求考慮是否增加聯接螺栓，同時 也起到車輛行駛顛簸時板自身應力的釋放。 此聯接件為板式原料，45 鋼，其外型需采用沖壓成型，所以其主要加工部分 為六個孔的鉆取。以其豎直對稱線為工藝基準，用自動對心夾緊機構夾緊板的左 右側面，此時定位基準和工藝基準重合，無基準不重合誤差。熱處理為調質。 工藝流程為：沖壓——鉆 6 個孔 ――熱處理――檢驗——入庫m1? 30 §3.2.2 車架強度的校核： 在所有總成都已經設計好以后，要根據他們各自的分布情況，對車架進行強 度的校核。 將前端橫向水管、工作臺處水管、水罐不計入整車時，對其進行軸載質量的 分配計算得： 1034215480790325014308 ????????ixm =7732860 kgi 5170 ?35286001?ixl 則后軸軸載質量為 kgLlmNi 7.193507286102? 其軸載質量系數為 %1.35.702??i? 可見此時前后軸載質量分配是比較均勻的，所以在對車架進行強度校核時將 車架簡化為簡單的模型，并作出如下假設： （1） 、就以上述分布情況的底盤而言，其質量看成均勻分布于兩縱梁的全長 之上；（2） 、兩縱梁為支于前后軸間的簡支梁；（3） 、所有作用力均通過車架截 面的彎心，而且不計局部扭轉造成的影響。 此時的載荷分布情況如圖 3-7 所示。 設的底盤重力為 =3555g ，水罐（載五噸水）總成重力為 =6318.44g ，前1G2G 端橫向水管重力為 =18g，工作臺處水管重力為 =25g。3 4 由前面可知，前軸軸載質量為 =2866.64mm，則前軸支反力為1NgNF07.2893.64281??? 31 圖 3-7 在前后軸間的縱梁的彎矩有： （3-9）)()(4133111 xlGdlxxFM???? （3-10）)(4][)( 13223122 xlGallx ?? 由此可見，最大彎矩在前后軸之間，即有極值： 02)]([)(233212 ????axlGdlxFdx 可求得 =983.1mm2 代入式（3-10）得 mNM??65.1948max 考慮到行駛中受到動載荷，因此在最大靜載荷之上乘以一動載系數，取 ,則最大動載彎矩為：31Kmaxaxd 總梁彎曲應力： 縱梁的截面如圖 2-8 所示：H = 235mm , B = 80mm , t = 6.5mm 32 A132YZC 圖 3-8 則它的抗彎截面系數的計算為： 三部分各自面積及質心位置： 21508.6mA??mz75.231.651?? 212 .2 3435.6A??z5.17.63?? 則截面的形心為 mAzz5.17321_? 三部分對 的慣性矩為cy 4221 3.6789250).17.(5.680 mIcy ?????2ccy 42359601.61mIcy? 整個圖形的慣性矩為： 4321 .7IIcccc yy?? 則截面系數為 33 3max1.602mHIzWccyy? 彎曲應力為 MPaMd 8.3471.60295748ax?? 車架材料一般為 16MnL，因為前面已經考慮了動載荷，相當于考慮了其安全 系數，所以只需用其屈服強度進行校核，其屈服強度為 ，則 MPas35?? ，滿足強度要求。s?? §3.2.3 后懸架的校核： 在考慮了車架的強度校核之后，還應對汽車的后懸架進行相應的強度校核， 因為這也關系到底盤本身的承載能力。而對本車后懸架的校核主要是對其鋼板彈 簧進行強的校核。 本車底盤后懸架型式為：滑板式鋼板彈簧（雙凹鋼板） ，裝有副鋼板彈簧。 鋼板彈簧的強度校核驗算如下： 汽車驅動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在其前半段出現的最大應力為 （3-11）])/[()]([ 1'202121'max bhmGWlclG?????? 式中： 為作用在后輪上的垂直靜負荷2 為驅動時后軸負荷轉移系數，貨車 =1.10~1.20，取 1.10' '2 為道路附著系數，取 0.8? 為鋼板彈簧的片寬b 為鋼板彈簧主片厚度1h 、 為鋼板彈簧前、后段長度l2 為鋼板彈簧總截面系數0W 為彈簧固定點到路面的距離c 鋼板彈簧的截面尺寸參數為： =10mm , = =730mm , b=75mm ,板簧片數1h1l2 n=19。 其截面的慣性轉矩計算如下： 34 A123 圖 3-9 三部分各自面積及質心位置： 210mA??z51? 27.3 236 形心位置為 mz 78.46027105.352_ ????? 則三部分對 的慣性矩為cy 4221 17.83).45(Icy ?4222 52.0).378(0mIcy ????? 4223 .96).45(16Icy ? 431 2.7506.295.017.8 mI cccc yyy ??????? 截面系數為 3max.478.10256mzIWcy?Wn10? 由式（3-11 ）得 ])/[()]([ 1'202121'max bhGWlclG??????0758..960.4387 )439.6?? 35 〈 MPa6.185?Pa10][?? 還應考慮到汽車行駛到不平路面時鋼板彈簧的強度問題。 假設此時的后軸軸荷增加了 50%，即此時的垂直方向的加速度為 0.5g，則有：])/[()]([ 1'202121'max bhmGWlclG?????? 0758..89.60.4387 )43(59.6?? 〈 MPa.2?Pa1][?? 由上面分析可知，后懸架的強度是滿足要求的。 §3.2.4 后輪輪胎的校核： 輪胎作為支撐整車的唯一部件，其承載能力關系到整車的一切功用和安全， 所以要對其負荷能力進行校核。 查得 9.00-20-10 普通輪胎的最大負荷質量為 2300kg，而后軸載質量為 7116.9kg，則每個輪胎的負荷為 7116.9/4=1779.2kg，所以輪胎對此載重量的整車 是完全有能力承載的。 第四章 管路系統(tǒng)的設計 36 管路系統(tǒng)是整個灑水工作的關鍵部分之一，它的布局也是整體結構布置的 前提之一，它是輸送水流的唯一樞紐。 水 罐 水 泵12345678cba 圖 4-1 管路系統(tǒng)組成 一、工作原理 管道系統(tǒng)組成見圖 3-1。灑水車工作原理是：水從水罐出口出來通過三通閥 與水泵進口連通，水泵出水口通過各球閥與方向不同的管道相連，實現相應的的 灑水作業(yè)。具體操作步驟如下： 1、裝水 將球閥 1、2、3、6、7、8 及三通球閥 5 的 b 端關閉，球閥 4 的接頭與吸水 管一端連接，吸水管另一端放入水中。打開球閥 4，啟動發(fā)動機，將取力器掛上 檔，帶動水泵旋轉。泵將水吸到管路進入罐內。通過液位顯示器觀察罐內水位。 或直接從人孔注水。 2、前端沖洗 打開球閥 7、8（只需沖洗一邊時，關閉 7 或 8） ，三通球閥 5 的 c 向關閉，其 他球閥也關閉。水泵將水從罐內吸出，再從出水口進入管道即可實現前端沖洗作 業(yè)。 3、后端灑水 打開球閥 1 和 2，三通球閥 5 的 c 向關閉，其它球閥皆關閉，即可實施后灑 37 水作業(yè)。 4、水炮噴水 三通球閥 5 的 c 向關閉，打開水炮管路上的球閥，其它球閥關閉，即可實現 高空噴水。根據需要調節(jié)噴頭即可實現柱狀噴水和霧狀噴藥。 二、管路系統(tǒng)主要參數計算 1、水泵選擇 根據要求的灑水寬度、灑水量和作業(yè)速度，選型號為 65QZ-60/60 的水泵。 流量為 60 /h ，揚程為 60m。滿足任務書的要求。3m 2、管路內徑的確定 管徑與流量和流速有關，以水泵最大流量確定其內徑 3210QdmV??? 式中 Q——水泵的額定流量，60 /h；3 V——水常用流速，取 1.5～2 m/s； 得 d=103～118 mm 選用內徑 d=100mm 水管。 管路系統(tǒng)按方案做好后，需要進行必要的壓力實驗。根據要求進行 1-1.5 個 大氣壓試壓實驗，要求無泄露。它的安裝是在整車安裝時才進行的，即根據其他 總成的安裝位置進行相應裝配與調整。 38 第五章 水罐總成的設計 水罐為鋼板焊接結構，罐體須能承受 20kpa 氣壓而無泄漏，內裝橫向防波板， 將罐體分隔成相通的三個部分，減少行駛中水的動蕩和沖擊。 一、罐體形狀及容積計算 1、罐體形狀： 采用橢圓形的優(yōu)點是：橢圓罐形受力狀況、加工工藝、外觀造型、綜合性能 最佳，可降低罐體自重 20%，增加罐體容積 50%，其罐內壓力小于 0.1Mpa，重 心低，穩(wěn)定性高。 長軸：a=2000mm 短軸 b=1200mm 水罐長度：3740mm 人孔尺寸為：圓形孔（直徑） 500mm 罐體壁厚為：6mm 2、罐體容積 橢圓罐體實際容積： 4abVL???3.1207763m 二、罐體材料以及防腐蝕處理 罐體的材料選取普通碳素鋼板。普通碳素鋼板機械性能好，有足夠的強度、 韌性，焊接性和工藝性也好；價格便宜。 為提高罐體的耐蝕性和使用壽命，罐體內表面要求作涂鋅防腐蝕處理。 水罐的安裝以車架上的定位塊為基準上車裝配，定位好以后才進行止推聯接 板的焊接和螺栓聯接裝配，然后安裝 U 型螺栓固定。 39 第六章 變速器改裝設計 根據灑水量要求，通過改變原變速器一、二檔的傳動比，降低車速，通過取 力器給泵響應轉速，達到灑水量要求。 一、檔傳動比的確定 東風牌 EQF140 型載貨汽車的具體參數如下： 變速器一軸和二軸的中心距 130mm，其他數據見第一章。 變速器各檔傳動比: 變速器傳動布置方案分析：采用中間軸式變速器，傳動方案如圖 6-1： 圖