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锄大地半挂车设计规范

时间:2020-04-27 11:19

  半挂车架 设计规范 1 目录 摘要...............................................................3 关键词.............................................................3 1 前言.............................................................3 2 普通半挂车制动系统工作原理...................................4 2.1 不带 ABS 防抱系统原理.............................4 2.2 带 ABS 防抱系统原理............................4 3 ABS 防抱系统的组成及工作原理................................5 3.1 ABS 防抱系统的组成............................5 3.2 ABS 防抱系统工作原理及性能特点..................6 4 ABS 防抱系统的安装及故障检测.................9 4.1 ABS 防抱系统的安装.........................9 4.2 ABS 防抱系统的测试....................10 5 ABS 防抱系统常见故障的诊断......................12 6 结束语...........................................15 2 半挂车架设计规范 摘要:本论文介绍了半挂车架在设计过程中应遵循的设计规范,分别从纵梁的选择、纵 梁强度的计算、横梁的选择、纵梁和横梁的连接等几方面做了详细的阐述,对半挂车技 术人员在设计半挂车时起很好的参考作用。 关键词:车架、纵梁、横梁、强度、规范。 1 前言: 车架是车辆的骨架,是车辆的重要承载部件,连接着各个主要总成,承受着复杂空 间力系的作用。一般,车架应该具有足够的强度、合适的刚度,在保证刚度和强度的前 提下重量最轻,以及结构应尽量简单等。随着高速公路的发展,车速不断提高,因而要 求车架要具有足够的抗弯曲变形和抗扭转变形的能力。 2 设计车架注意事项: 2.1 车架的各个构件几乎都是冲压件,因此,各构件的形状要尽量符合冲压工艺的要 求,拉伸量不能太大,余料也不能过多,以节省材料; 2.2 由于在每个截面上的扭转应力总是在上、下翼面的翼缘处最大,因此在车架上、 下翼面上应尽可能不要钻孔、开口或有其他工艺缺陷。在前后轴之间车架纵梁的下翼面、 后悬架部分纵梁的上翼面等都禁止钻孔。在车架纵梁的腹板及横梁上钻孔时,孔间距和 孔大小都应符合规定。 2.3 在车架上焊接零件时,应该采用与车架材料焊接性能相同的材料进行焊接,不能 随意地在车架上进行焊接。 2.4 对于承受扭转应力的构件,应尽量采用抗扭刚度高的箱形和圆管等闭口截面来制 造。 2.5 为了避免材料折弯时产生破裂,内圆角半径应比板材的厚度大一些,对于 T700 钢的材料,一般内圆角的半径应等于板材厚度的 2-3 倍。 2.6 纵梁若要有加强板,由于纵梁在加强板处的扭转应力下降,但在离开加强板处的 扭转应力反而又增大,故应使加强板的形状向两端逐渐减小,从而得到缓和、过度的扭 转应力。 2.7 纵梁的扭转应力是按不同位置的横梁分段的,每段与横梁连接处扭转应力或为最 大或为最小,如果在两根横梁之间加装一根横梁,则车架的扭转应力提高、加装横梁处 的扭转应力增加,而纵梁在与原来两根横梁连接处的扭转应力反而下降,布置横梁时应 注意这个问题。 2.8 对车架需要加强的地方,可采用这样的加强方式:①将槽形断面的加强板附加在 纵梁的内侧或外侧,加强效果十分显著;②采用 L 形断面的加强板附加在纵梁承受拉伸 应力的一侧;③将纵梁的加强成为箱形断面,方法简单,加强效果也较好,但对其扭转 刚度有一定的影响;④在翼板上加强,但效果不明显。 3 3 纵梁的选择: 车架的纵梁结构是根据货台形式要求,相应的有平板式、阶梯式、凹梁式三种,如 图 3.9 所示。 纵梁截面有工字形和槽形, 为防止上 平板式 下翼缘受拉伸和压缩作用而破裂, 阶梯式 按薄板理论进行校核,其弯曲应 力不应超过临界弯曲应力。翼缘 凹梁式 最大宽度一般不超过 16t(t 为钢 图 3.9 车架纵梁的形式 板的厚度),对于大吨位半挂车多采用工字形截面梁。 纵梁截面高度根据吨位不同有较大的差异。可参考以下尺寸: 载质量 15t,主截面高 300mm 左右;载质量 20~30t,主截面高 350~450mm;载质量 40~50t,主截面高 450~550mm。 半挂车车架纵梁沿其长度方向截面尺寸的变化,主要根据弯曲强度计算和总体布置 确定。车架纵梁均采用高腹板结构,主截面的高和翼板宽度之比为 2.7~4.2。本车主截 面的高和翼板宽度之比为 3.286。 目前各生产厂家为了便于产品变型和多品种生产,规定了纵梁腹板、翼板尺寸规范, 从而可采用几种规定尺寸的腹板和翼板的组合,来满足各种吨位半挂车车架纵梁的要 求。 本车纵梁的主要参数: 主截面高为 460mm;腹板厚度 5mm;上翼板尺寸 140×8;下翼板尺寸 140×10;变截 面加强板尺寸 110×5。采用汽车大梁专用钢 T700 钢板焊接而成。 4 纵梁强度计算: 汽车传统设计理论认为,在纵梁设计中,通常只对纵梁进行简化的弯曲强度计算, 以确定纵梁的截面尺寸。根据上述理论设计纵梁时做如下假设: (一)纵梁为支承在牵引销和后轮上的简支梁; (二)空车时的簧载质量均布在左右两纵梁的全长上,满载时的有效载荷则均布在 承载面的全长上; 所以本文在建立数学结构模型工作中,分析纵梁承载情况和受力状况时先设计计算 的力学模型,尽管实际承受载荷情况错综复杂,总的来说,纵梁重要承受静载荷和动载 荷,可把纵梁结构简化为支承在牵引销和后轴上的简支梁作弯曲强度计算。因车架结构 左右对称受力相差不大,所以可对其一侧纵梁用传统的设计理论进行强度计算。其计算 过程大致如下(由于计算过程复杂,我们可利用 VB 软件进行编程计算): 纵梁和不贯穿式横梁均采用 T700,T700 具有良好的综合力学性能,低温冲击韧度、 冷冲压、切削加工性、焊接性能等。T700 钢的综合性能明显优于 Q235A 和 16Mn,是专 为汽车大梁设计生产的汽车大梁专用钢。许用应力[σ ]=466 Mpa。侧支梁、边梁和贯穿 4 式横梁均采用 Q345,屈服点[σ ]=345 Mpa,伸长率δ =20% ,密度ρ =7.85×103kg/m3。 Q345 具有良好的塑性、韧性、焊接性能和冷冲压性能,以及一定的强度、良好的冷弯性 能。 4.1 车体各个部分的重量: 车架重量 3000kg,加强板、牵引板、牵引销和悬挂重量约为 600 kg ,三根车轴共 重 1000 kg ,载货平板重量 700kg,拦板、立柱约 500kg,护拦板、备胎、工具箱总重 量约为 300 kg ,支承装置和储气罐等重量 300kg,轮胎总重量 800kg。 4.2 轴荷分配: 如图 4.12 所示,车架承受纵向单位线长度均匀载荷 qa ,有: FA ——牵引销所受力(N); FB ——后轴中心处所受力(N); L ——牵引销到中间车轴的距离(m); Lk ——中间车轴到车架尾部的距离(m)。 图 4.12 车架均布载荷图 空载: W qa ? ? 6.4 ?103 ? 9.8 ? 5.103 ?103 N / m La 12.290 FA ? qaLa(La ? 2Lk) ? 5.103?103 ?12.29 ? (12.29 ? 2 ? 2.78) ? 24.8?103 N 2L 2 ? 8.51 FB ? qaLa ? FA ? 5.103 ?103 ?12.29 ? 24.8 ?103 ? 37.916 ?103 N 满载: qa ? W ? We ? 6.4 ?103 ? 9.8 ? 32.8 ?103 ? 9.8 ? 31.258 ?103 N / m La 12.290 FA ? qaLa(La ? 2Lk) ? 31.258 ?103 ?12.29 ? (12.29 ? 2 ? 2.78) ? 151.904 ?103 N 2L 2 ? 8.51 FB ? qaLa ? FA ? 31.258 ?103 ?12.29 ? 151.904 ?103 ? 232.288 ?103 N 4.3 强度计算 在满载时进行纵梁的强度校核 4.3.1 支反力计算: G ? (6.4 ? 32.8) ?103 ? 9.8 ? 384160N q ? mg / 2l ( l 为纵梁总长,取一根纵梁计算) 5 式中: G ——半挂车承受的重力 q ——纵梁上的单位长度线载荷 由上述计算得: q ? 15628.97N ? M 由平衡力矩: ? 0 f 2 * l2 ? q * l12 / 2 ? q * (l2 ? l3)2 / 2 ? 0 A 得 f 2 ? 116265N f 1 ? G / 2 ? f 2 ? 75815N 4.3.2 剪力的计算: CA 段: fs (x) ? ?qa x ( 0? x ? 1-)--------------------------① AB 段: fs (x) ? f 1? qa x (1 ? x ? 9.51) -----------------------② BD 段: fs (x) ? qa (l ? x) (9.51 ? x ? 12.29) -----------------③ 4.3.3 弯矩的计算: CA 段: M (x) ? ?qx2 / 2 ( 0? x ? 1-)-------------------------① AB 段: M (x) ? f 1(x ?1) ? qx2 / 2 (1 ? x ? 9.51) ----------② BD 段: M (x) ? ?q(l ? x)2 / 2 ( 9 . 5?1 x ? 1 2 .-2---9--)---③ 由上述三式可计算出各弯矩最大的点为: A 点的最大弯矩: M A ? ?qa x2 / 2 ? ?15628.97 ?12 / 2KN ? m ? 7.814KN ? m ; B 点的最大弯矩: M B ? ?q(l ? x)2 / 2 ? ?15628.97 ? (12.29 ? 9.51)2 / 2KN ? m ? 60.393KN ? m ; 由图可知,最大弯矩出现在 (l1,l1? l2) 段上,则有: dM (x1 ) dx ? 0? d[?qa x2 / 2? dx f 1(x ? l1)] ? 0 ? ?qa x ? f1? 0 ; 即 x ? f 1 ? 75815 m ? 4.86m ; qa 15628.97 M max ? ?qa x2 / 2 ? f 1(x ? l1) ? ?15678.97 ? 4.852 / 2 ? 75815(4.86 ?1) ? 108.071KN ? m 。 6 通过计算,可以画出车架纵梁的支反力、剪力、弯矩图如图 4.13。 图 4.13 纵梁剪力 弯矩图 4.4 危险截面确定 由经验可知,纵梁的危险截面一般为变截面处和最大弯矩处,通过结构图和计 算可知分别距车架前端距离为 1.56m,2.98m 和 4.86m,现分别对以上三截面进 行强度校核,分别令其为截面 1、截面 2、截面 3。 见图 4.14 截面 1:H=250mm,δ 1=8mm,δ 2=5mm,B=140mm 截面 2:H=330mm,δ 1=8mm,δ 2=5mm,B=140mm 截面 3:H=460mm,δ 1=8mm,δ 2=5mm,B=140mm 由此可计算抗弯截面系数: 图 4.14 纵梁截面示意图 ?1 ? BH 3 ? bh3 6H ? BH 3 ? (B ?? 2 )(H 6H ? 2?1)3 =0.000334488m3 ?2 ? BH 3 ? bh3 6H ? BH 3 ? (B ? ? 2 )(H 6H ? 2?1 )3 =0.000470227m3 ?3 ? BH 3 ? bh3 6H ? BH 3 ? (B ? ? 2 )(H 6H ? 2?1 )3 =0.000713648m3 各截面处的弯矩: M (1) ? f 1? (1.56 ?1) ? q ?1.562 / 2 =23439N/m M (2) ? f 1? (2.98 ?1) ? q ? 2.982 / 2 =80718N/m 7 M (3) ? f 1? (4.86 ?1) ? q ? 4.862 / 2 =108071N/m 由弯曲应力公式所计算出的弯矩分别计算各截面弯曲应力: 截面 1: 截面 2: 截面 3: 剪切应力:[? ] ? 0.6[? ] [? ]——材料许用剪切应力 对于工字梁截面,其腹板上的剪切应力可看成是均布的,所以其剪切应力可 由如下公式计算: ? ? Fs ?2h --------------? 2h 为腹板截面面积。 由上述计算各截面的剪切应力: 截面 1: 截面 2: 截面 3: 由于纵梁同时承受剪力和弯矩,所以其应力应按下面公式计算: ? ? ??2 ? 3? 2 ? [? ] 许用应力:[? ] ? ? s n1n2 式中:? s ——材料屈服极限 8 n1 ——疲劳系数 n1 =1.2~1.4 本书取 n1 =1.3 n2 ——动载系数 n2 =1.8~2.2 本书取 n2 =2.0 本车纵梁采用 T700 汽车大梁专用钢,其屈服极限为σ s=466MPa 所以可算出许用应力为: 由第四强度理论,分别校核各个截面的强度: 截面 1: = =103.9KPa≤[ ] 截面 2: = =174.6KPa≤[ ] 截面 3: = =151.4KPa≤[ ] 通过上述计算,纵梁强度符合要求。 5 横梁的选择 横梁是连接左右纵梁组成车架的主要构件。横梁本身的抗扭性能及横梁在车 架上的分布,直接影响着车架的内应力及车架的刚度,合理地设计横梁可以保证 车架具有足够的扭转刚度。 半挂车车架中的横梁有冲压成型或直接采用型材,前者比后者轻 15% ~ 20%,一般前者采用比较广泛。 常见的横梁结构有: (1)圆管形 具有较高的扭转刚度,但因纵梁截面高度较大,为使载荷从 整个截面传递到横梁上,必须补焊许多连接板,故增加了车架的重量、成本高、 工艺复杂。另外,当扭转较严重时,连接板处应力较大。因此圆管形横梁一般只 布置在车架纵梁的两端,靠近下翼板,增强车架整体扭转刚度。 (2)工字形 对载荷传递较为理想,但纵梁翼缘和横梁翼缘连接,对扭转 约束较大,因而翼缘产生的内应力较大。 (3)槽形 多用钢板冲压成型,制造工艺简单、成本低,为许多厂家采用, 但扭转刚度较差。 (4)箱形 和圆管形横梁有类似的特点,具有较好的抗扭性。 横梁的截面尺寸通常用类比法确定。从产品的系列化、标准化和通用化考虑, 应采用一、二种规格尺寸的横梁,在布置上采用疏密不同的方式来满足各种吨位 级别半挂车的要求。 横梁在布置时,其间距为 700~1200mm,视实际情况也可不遵循此规格。本 9 半挂车的中横梁采用的是钢板冲压的槽形横梁。 6 纵梁和横梁的连接 车架结构的整体刚度,除和纵梁、横梁自身的刚度有关外,还直接受节点连 接刚度的影响,节点的刚度越大,车架的整体刚度也越大。因此,正确选择和合 理设计横梁和纵梁的节点结构,是车架设计的重要问题,下面介绍几种节点结构。 6.1 横梁和纵梁上下翼缘连接(见图 2.10(a))这种结构有利于提高车架的扭 转刚度,但在受扭严重的情况下,易产生约束扭转,因而在纵梁翼缘处会出现较 大内应力。该结构形式一般用在半挂车鹅劲区、支承装置处和后悬架支承处。 图 6.10 半挂车纵梁和横梁的连接 6.2 横梁和纵梁的腹板连接(见图 6.10(b))这种结构刚度较差,允许纵梁截 面产生自由翘曲,不形成约束扭转。这种结构形式多用在扭转变形较小的车架中 部横梁上。 6.3 横梁与纵梁上翼缘和腹板连接(见图 6.10(c))这种结构兼有以上两种结 构的特点,故应用较多。 6.4 横梁贯穿纵梁腹板连接(见图 6.11)这 种结构称为贯穿连接结构,是目前国内外广泛采 用的半挂车车架结构。它在贯穿出只焊接横梁腹 板,其上下翼板不焊接,并在穿孔之间留有间隙。 当纵梁产生弯曲变形时,允许纵梁相对横梁产生 微量位移,从而消除应力集中现象。但车架整体 扭转刚度较差,需要在靠近纵梁两端处加横梁来 提高扭转刚度。 贯穿式横梁结构,由于采用了整体横梁,减少 图 6.11 贯穿式横梁结构 了焊缝,使焊接变形减少。同时还具有腹板承载能 力大,并且在偏载较大时,能使车架各处所产生的 10 应力分布较均匀的特点。 7 结束语 本论文是本人在从事多年半挂车设计工作中,总结出的经验给大家分享,主 要阐述了以下四个方面的内容: (1)介绍了半挂车架设计时的注意事项; (2)阐述了纵梁的选择规范和纵梁强度的计算; (3)阐述了横梁的选择规范; (4)阐述了纵梁和横梁连接时的选择规范。 本文通过以上四个方面的阐述,为半挂车车架的设计、校验以及产品改进工 作,提供了参考。 参考文献 1 何光里主编.汽车运用工程师手册.北京:人民交通出版社,1993:98~102 2 徐达、蒋崇贤.专用汽车结构与设计[M].北京:北京理工大学出版社,1998: 318~320 3 余志生:汽车理论 北京:机械工业出版社 2000.10 4 《汽车百科全书》编纂委员会编.汽车百科全书(下).北京:机械工业出版 社,1994:99 5 刘惟信:汽车设计 北京:清华大学出版社 2001.7 6 蒋崇贤、何咀辉.专用汽车设计.武汉:武汉工业大学出版社,1994 7 王望予主编.汽车设计(第3版).北京:机械工业出版社,2000 8 陈家瑞主编.汽车构造(下).北京:机械工业出版社,2000 9 2006.12 林业机械与木工设备 张海鹰.半挂车纵梁结构设计探讨:25~28 10 刘鸿文:材料力学 高等教育出版社 1991.5 11 郭正康主编.现代汽车列车设计与使用.北京:北京理工大学出版社,2000 12 冯晋祥、王慧君编著.专用车构造与维修.山东:科学技术出版社,1996:178 13 郑殿旺,华学超.专用汽车结构与维修.上海科学技术出版社,1995.9 11

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