专用车设计计算书1

专用车设计计算书1 前言 ST9430型鹅颈式半挂车主要是为了装运大中型设备而设计的。该列车牵引车采用斯太尔1491?280/S29/6×4型半挂牵引车。支承装置、车轴装置及制动系统等，各承受的负荷基本上与已定型产品的设计相吻合，这几部分不再重新进行计算，本设计计算书只对该列车的动力性有关技术参数，半挂车车架强度进行计算。 一、列车的基本技术参数 (一)汽车列车 、外形尺寸(长×宽×高)(空载)(mm) 16500×3200×2955 1 2、整备质量(Kg) 21840 前桥载质量(Kg) 4560 -1- 中桥载质量(Kg) 8130 后桥载质量(Kg) 9150 3、装载质量(Kg) 30000 4、最大总质量(包括驾乘2人)(Kg) 51970 前桥载质量(Kg) 5440 中桥载质量(Kg) 16680 后桥载质量 (Kg) 29850 (二)半挂车 1、外形尺寸(长×宽×高)(空载)(mm) 12830×3200×1770 2、平台尺寸(长×宽)(mm) 9000×3200 3、整备质量(Kg) 12980 牵引销(Kg) 3830 后轴(Kg) 9150 4、装载质量(Kg) 30000 5、满载质量(Kg) 42980 牵引销(Kg) 13130 后轴(Kg) 29850 6、轴距(mm) 9890+1220 7、轮距(mm) 1680/915 8、前悬(mm) 450 9、承载面高度(空载)(mm) 860 10、前回转半径(mm) 984 11、间隙半径(mm) 2356 (三)牵引车 1、车型 斯太尔1491?280/S29/6×4 2、整备质量(Kg) 8860 3、轴距(Kg) 2925+1350 4、轮距(mm)前轮 1939 后轮 1800 5、牵引座前置距(mm) 300 6、牵引座接合面高度(mm) 1490 7、牵引座 90# 8、最大功率(马力/转/分) 280/2400 9、最大扭距(公斤?米/转/分) 109/1400 -2- 二、列车的动力性计算 ?、列车动力性参数及计算 1.发动机扭距Me 2 M=M, (n,n)N?m e emaxMe 式中 M——发动机最大扭距，1068N?M; emax M——发动机最大功率时对应的扭距， M=9550 =9550× =820N?M; p n ,发动机最大扭距时对应的转速，1400r/min; M n ,发动机最大功率时对应的转速，2400r/min; P n ,发动机转速。 e -3- 2.列车行使速度Va Va=0.377 Km/h F-Ftw Ga式中:r—车轮滚动半径，取r=0.56m; rr M,Mep i—主传动比;i=6.72 oo 2(n,n)pM i—变速器传动比，见下表。 g P2e 2np 3.牵引车驱动力 Ft Ft= N 式中:n—机械传动效率，取n=0.85 tt r—车轮半径， r=r=0.56m。 r 4.列车行驶中的空气阻力Fw r.nre Fw= N i.igo式中: C—空气阻力系数，取C=0.95 DD A—迎风面积，A=BH=1.94×2.96=5.74 B-汽车轮距H-汽车高 5.列车的动力因数D 档位1 2 3 4 5 6 7 8 9 D= i 12.42 8.26 6.08 4.53 3.36 2.47 1.81 1.35 1.00 式22 D—f1D f1m1m中: 21f Miiegot Ga—列车最大总重，Ga=509306N r2201+?、列车动力型参数计算结果 21将已知参数代入上述公式中，经过计算即得所需数值。微机计 算结果如表1所示。(只对第1、9档计算，其余省略) ?、作列车驱动力图和动力特性图 2C A.V Da 根据计算结果，可作出列车驱动力图和动力特性图。 2 图1为驱动力图，即Ft—Va曲线图。 图2为动力特性图，即D—Va曲线图。 -4- ?、列车动力性能参数的确定 1.列车最高车速的确定 由列车动力特性图(图2)可以看出，列车在满载良好水平的 路面使用九档行驶时，其发动机最高转速下所对应的车速即为最高 车速V，其值为: amax V?75Km/h amax 2.列车最大爬坡度的确定 由图2可以看出，汽车以一档低速行驶时的最大动力因数值为: D=0.266 1max 取f=0.016得 α=arcsin max 0 ?14.6 最大爬坡度i为 max 0 i=tgα=tg 14.6?0.26=26, maxmax 表1:列车的动力性参数 ner/min 〔〕900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 MeN?m 〔〕1006 1046 1066 1066 1046 1006 946 867 VKm/h 〔〕2.28 2.78 3.29 3.79 4.30 4.81 5.31 5.82 a FN 〔〕127444 132511 135045 135045 132511 127444 119843 109835 t 第 Ga1 FN 〔〕1.38 2.04 2.86 3.80 4.89 6.12 7.46 8.96 wg 档D 0.251 0.261 0.266 0.266 0.261 0.251 0.236 0.216 VaKm/h 〔〕G28.28 34.55 40.83 47.12 53.40 59.68 65.96 72.24 a 第gFtN 〔〕10261 10669 10873 10873 10669 10261 9649 8843 9 FwN 〔〕206.20 307.76 429.81 572.44 735.19 918.28 1121.7 1345.46 档 D 0.0198 0.0204 0.0206 0.0203 0.0196 0.0184 0.0168 0.0148 三、列车的牵引性能计算 (一)列车的最大牵引力Ftmax 由表1可知，列车的最大牵引力为135000N，即一档行使时发 -5- 动机最大扭矩时的驱动力。 Ft(二)按头档起步条件计算列车的最大爬坡能力计算公式为: 0δ1 Ga9g5F=G?cosα′?f+Gsinα′+ ?δ?j 由于最tmaxamaxamax 大爬坡值不会太大，上式可近似的写为: F?G?f+Gtgα′+ ?δ?j tmaxaamax 式中: f,滚动阻力系数，取f=0.016; 2g,重力加速度，9.8m/s; δ,旋转质量换算系数，取δ=1.5; j,列车起步过程中的加速度，其值为一变数，一般地V从0a 22到 0.5m/s时取j=0.4s/m。 ′α,列车用一档起步时最大爬坡角度。 max 将上述各已知参数代入公式中可求得最大爬坡度: ′′=tgα= -f- ?j= -0.016- ×0.4 ?imaxmax 0.1889 ′ 即 α =arctg0.1889?10?48′ (三)、列max 车比功率计算 牵引车的发动机功率为206KW，列车总质量为51770Kg，即51.77t，其列车的比率为206KW/51.77t?3.98KW/t。 因此，牵引列车的比功率值满足国家GB6420-86《货运挂车系列型谱》所规定的比功率不小于1.10KW/t的要求。 (四)、按附着条件计算列车最大牵引力 根据驱动附着条件: Ft?F?φ，N zφ 式中; F—作用与所有驱动轮上的地面法向反作用力 zφ F=163954N zφ φ—道路附着系数，取值分别为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 计算结果列表如下: φ 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Fzφ?φN 65582 81977 98372 114768 131163 由计算结果知当列车行驶于φ,0.82的路面上时，满足附着条 -6- 件。 四、列车最小转弯直径的确定 BB1222222　+L)L+-S+ ,1222根据公式D=2 min 式中L——牵引车轴距 L=2925mm 11 L——半挂车轴距 L=10500mm 22 S——牵引车前置距 S=300mm B——牵引车前轮距 B=1939mm 11 B——半挂车轮距 B=1680mm 22 将上述已知参数代入上式中可求得最小转弯直径: 1122222+1)2+-+,22D =2 min =23730mm?23.7m 五、车架强度计算 (一)计算基本参数 半挂车整备质量 12980Kg 非悬挂质量 3000Kg 最大载质量 30000Kg 说明: 非悬挂质量为悬挂支架以下(不包括支架)的总成质量。 (二)关于计算的假设 本计算基于下述假设: 1.假设车架是支于牵引销与悬挂支架上的简支梁。 2.忽略偏心负荷的影响，假设所有重力均通过纵梁的弯心。 3.将车架分为前段与后段两部分，假设每段的质量均匀分布于 其总长上，结构简化图及其计算参数如图3所示。 4.假设装载质量均匀分布于9000mm长的承载面上。 5.车架左右对称，作用于两纵梁上的负荷是相等的，因此，只 对单根纵梁进行计算。 (三)负荷分配 1.空载负荷分配: 牵引销负荷 37534N 后轴负荷 89670N -7- 2.满载负荷分配: 牵引销负荷 128674N 后轴负荷 292530N (四)半挂车车架的简化及悬挂质量与载质量的分布 1.半挂车车架的简化 将半挂车车架简化为前后两段，前段长度为3150mm，后段长度为9900mm, 两段相重叠部分为500mm 2.悬挂质量与载质量的分布 悬挂质量为9980Kg ，包括以下几个部分: 车架前段 2100Kg 车架后段 7480Kg 支腿(两根) 270Kg 备胎架(含备胎) 130Kg 载质量3000Kg均匀分布于承载面长度上。 悬挂质量与载质量的分布如图4所示，根据理论力学的知识，可计算出牵引销处、支腿处和后轴的载荷分配。 牵引销处 12210Kg 后轴处 27770Kg (五)计算并绘制满载状况下的单根纵梁弯距图(见图5) 1.纵梁的载荷线集度 将纵梁简化为前后两段，忽略支腿与备胎架集中载荷的影响，纵梁前后两段的质量按在其全长上均匀分布，则两段的重量线集度分别为: 2-1 3 q==3.27N.mm1 7-1 9 q==3.95N.mm2 载质量在承载面上均匀分布，其载荷线集度为 3-1 9 q==16.3N.mm3 2.纵梁支点处的支反力 牵引销A处的支反力 R=64337N A 后轴 B处的支反力 R=14925N B 3.计算纵梁各截面上的弯距: -8- 纵梁受力简图及计算所取坐标见图5所示。 12 CA段: M=- qx (0?x?400) W(x)12 12 AE段: M=R(x-400)- qx(400?x?2640) W(x)A122q(x-212 2EF段: M=R(x-400)- qx- 2W(x)A1 (2640?x?3150) 23(x-2q FB段:M=R(x-400)- -3150q(x- ) W(x)A1222q(x-3 2 - (3150?x?10900) 112222BG段: M=- qx- q(x-400) (400?x?1650) W(x1)21311 22GD段: M=- qx (0?x?400) W(x1)211 4.绘制弯距图: 以纵梁长度为横坐标，以纵梁各截面的弯距值M为纵坐标建立W 坐标系，将已知量q、q、q代入弯距方程，便可绘制出单根纵梁123 的弯距图(见图5)。 (六)纵梁静弯曲应力的计算 静弯曲应力的计算旨在校核纵梁的弯曲强度，因此只对危险断 面进行计算。 1.危险断面?:纵梁前段截面突变处x=1150mm 此处的弯距值由弯距方程所求得。 M=46090000N.mm W? 2.危险断面?:纵梁前段截面变化处x=2190mm M=107320000N.mm W? 3.危险断面?:最大弯距处，由弯距图知在FB段内，其位置 可通过对该区段的弯距方程求导来得到。 ′对弯距方程求导，并令M=0 W(x) 得X= ?5719mm R-q+q+qA123M=227000000N.mm W? q+q23 4.计算危险断面的抗弯系数 -9- 三处危险断面形状均为工字型，断面形状如图6所示。 截面抗弯系数W= (1)危险断面? B=220mm t=16mm H=300mm h=252mm b=B-t=204mm 2 W= =1486326mm (2)危险断面? B=220mm t=16mm H=373mm h=325mm b=B-t=204mm 2 W= =1972291mm (3)危险断面? B=220mm t=16mm H=520mm h=472mm b=B-t=204mm 2 W= =3039210mm 5.计算危险断面上的弯曲应力 根据公式δ= 可计算出危险断面上的弯曲应力如下表所示 图6 (七)强度分析: 纵梁采用16Mn优质合金钢板，其屈服强度δ ?343MPa，上述 各危险断面的弯曲应力远小于材料的屈服强度，故强度足够。 -10- 各危险断面的安全系数ηs的值见下表 33B-b 6H 图1 列车驱动力图 332- 图2 列车动力特性图 6 332- 6 332- 6主要参考资料 1.《汽车设计》吉林工业大学汽车教研室编。 M W2.《汽车理论》清华大学余志生编。 3.《材料力学》刘鸿文主编。 4.《专用汽车设计》崔靖主编。 危险断面? ? ? δN.mm 应力31 54.4 74.7 5.《专用汽车设计》蒋崇贤、何明辉 主编。 -11- 本资料编写人员: 周淑芳 审核: 危险断面? ? ? 贾倩 ηs 安全系数11.06 6.31 4.59 -12- -13- -14-