本科生毕业设计论文--RL5040TQZM门架叉式清障车改装设计.docx

本科生毕业设计摘 要清障车是为保证道路畅通而设计的专用工程车,用于及时排除因交通事故、车辆故障、违章停车而造成的道路阻塞,是现代交通管理特别是繁华市区和高速公路交通管理必不可少的装备。本设计对清障车的类型和工作原理做了详细的阐述，在方案上选择门架叉式道路清障汽车。详细的设计了门架叉式道路清障汽车的举升机构、牵引机构，以及取力器的选用。关键词：道路清障车；取力器；举升机构；牵引机构；设计 ABSTRACTTo clear up obstacles in order to ensure the vehicle is designed roads dedicated vehicles for the timely exclude traffic accidents, vehicle breakdowns, illegal parking and traffic congestion caused by modern traffic management -in particular, the busy urban traffic management and highways will essential equipment.To clear up obstacles in the design of the type of vehicle and working principle of the described in detail in the program, select the door frame to clear up obstacles in the road forklift vehicle. Detailed design of the door frame to clear up obstacles in the road fork-lift vehicle bodies, traction institutions, as well as the choice of taking power devices. Keywords: Road-block Removed Truck；Check power devices；Lifting mechanism；Traction agencies；DesignII目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1研究本课题的目的和意义11.2道路清障汽车定义、组成、功用21.3国内外道路清障汽车的发展概况31.3.1国内市场情况31.3.2国外市场情祝31.4道路清障汽车发展方向与前景31.5本次设计的主要内容4第2章 道路清障汽车参数的确定52.1基本尺寸参数的确定52.2质量参数的确定52.2.1额定装载质量52.2.2整车整备质量52.2.3总质量62.3道路清障汽车底盘的选择62.3.1底盘型号的选定62.4本章小结8第3章 道路清障汽车结构方案分析93.1方案一固定轴荷式牵引型清障车93.1.1可调轴荷式牵引装置103.1.2登高举升装置113.1.3长行程油缸直升式登高举升装置113.1.4短行程油缸折叠杆式登高举升装置123.2方案二臂架起重机型清障车123.2.1基本类型133.2.2主要结构143.3方案三背式清障车道路清障车153.3.1装车作业过程153.4方案四门架叉式清障车173.4.1结构173.4.2作业过程183.4.3优点和不足183.5总体机构设计方案的确定193.6本章小结20第4章清障车副车架的设计计算214.1道路清障汽车副车架的设计与分析214.1.1副车架的截面形状及尺寸214.1.2副车架的前端形状及安装位置224.1.3副车架与主车架的连接234.1.4副车架尺寸和材料的确定254.1.5型钢的选取254.1.6门架的校核254.1.7销的校核254.1.8托叉的校核254.1.9托叉与门架底座间销的刚度校核254.1.10外门架和副车架之间螺栓的选取和校核264.1.11液压缸底座与和副车架之间螺栓的选取和校核264.1.12副车架主车架螺栓的选取和校核274.2本章小结27第5章 液压系统设计285.1油缸的计算与选型285.1.1油缸直径及行程的确定285.1.2油缸的选型295.2油泵的计算与选型295.2.1油泵工作压力的计算295.2.2油泵理论流量的计算305.2.3油泵排量的计算305.2.4油泵功率的计算315.2.5油泵的选型315.3油箱与油管的计算与选型315.3.1油箱容积的计算315.3.2油管内径的计算315.4液压卷筒选取325.5分配阀的选型345.6取力器的选型345.6.1取力器布置方案的选定345.6.2取力器取力方式前置式345.6.3飞轮前端取力355.6.4飞轮后端取力355.6.5变速器上盖取力365.6.6变速器后端盖取力365.6.7取力器型号的选定375.7本章小结37第6章 道路清障车基本性能参数计算386.1道路清障车整车参数386.2动力性计算396.2.1发动机外特性396.2.2汽车的行驶方程式406.2.3动力性评价指标的计算436.2.4道路清障车整车动力性计算456.3燃油经济性计算486.4道路清障车稳定性计算496.4.1道路清障车运输状态稳定性计算506.4.2道路清障汽车拖拽时稳定性计算516.4.3工具箱中工具的选取526.5本章小结.52结论53参考文献54致谢56附录57本科生毕业设计第1章 绪论1.1 研究本课题的目的和意义随着全国公路网的健全和汽车保有量的增加，清障车已不再是高速公路管理局、公安交通管理局等交通管理部门唯一使用的专用车辆，而已普及到汽车经销商、维修站等汽车服务业，一些大城市还出现了专业的清障车已成为交通管理、汽车服务等行业必备的专用车辆。大多数情况下，车辆因碰撞或侧翻会导致不同程序的破坏，丧失行驶功能而抛锚。有的车辆或因自身原因在行车道上抛锚，或违章停车。这些情况都将会严重阻碍交通。因此，及时将这类车辆清理拖离现场，尽快恢复交通秩序，保障交通安全已成为摆在交通管理部门面前的首要任务。以往对交通事故肇事车辆的清理，采用的都是比较原始笨拙的办法，或靠人力肩扛手抬，或临时找其它车辆生拖硬拽。对一般办法处理不了的肇事车辆，如大型重载车辆，只有请搬运公司的吊车加平板车联合作业才能应付。这些办法既费工费时，又严重影响了正常车辆通行，处理不当还会触发新的交通事故。随着城市车辆剧增，车流密度加大，传统的清障作业方法已不能适应现代城市交通安全管理的需要。道路清障车，一种专门用于处理肇事车辆的车辆，正是适应这种需要而诞生的产物1 。在经济发达国家，随着道路交通和汽车工业的发展，用于处理交通事故的专用车辆已经发展到比较成熟可靠的阶段，而且各种车辆和装备都达到了一个比较合理的比例。在我国，道路清障车还是近几年为适应高速公路的发展和城市交通安全管理的需要而出现的一种新型专用车辆。“八五”国家科技攻关项目“高速公路紧急救援装备车的研制”，正是把握了交通安全管理这一脉博，为高速公路交通安全管理乃至城市交通安全管理起到了良好的引导作用。 清障车的首要任务，就是要能把各种状态下的肇事车辆清离出事故现场。目前普遍采用的作业形式，是利用清障车尾部设置的起重托臂、附加托叉挂钩等装置，将肇事车辆的前端（或后端）托起，利角肇事车辆尚能行走的后轮（或前轮），将肇事车辆拖离现场。对前后轴均已损坏的车辆，则可利用辅助行走装置，将肇事车辆的前轴（或后轴）垫起，替代原车行驶。对于豪华型轿车，为了保证拖车作业过程中不损坏原车，清障车通常还带有一套轮胎托举装置，以实现柔性作业2。1.2 道路清障汽车定义、组成、功用清障车是指装备有起重、托举、拖曳等设备，用于清除道路障碍物的专用汽车。道路清障汽车自上世纪初诞生以来，不断发展，日趋完善。已经是专用车中一个大家族，根据其中作业能力，清障汽车可分为轻型，重中型及超重型；根据结构形式区分，道路清障汽车可分为臂架起重机型清障汽车，门架叉式清障汽车，简单叉式清障汽车和背式清障汽车四个基本类型；从吊臂的作业功能来分，清障汽车有吊臂旋转型清障汽车，托臂负载折叠型，吊臂滑动型及吊臂固定型。从托臂的作业功能来分清障汽车有托臂负载折叠型，托臂折叠型，及托臂不折叠型；从整车结构来分，清障汽车有单功能型，双功能型及多功能混合型。典型清障车结构如图1.13 。 图1.1 臂架起重机型清障车 臂架起重机型清障车（简称臂架式清障车）是清障车中最主要的一种类型，占全部清障车的90%以上。臂架式清障车是在一类通用汽车底盘上驾驶室之后，纵向安装一台专用液压起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根铰接于车架中部，臂端紧贴车架尾部，极限位置接触地而，山两支行程约500mm的举升油缸控制臂架做以铰点为圆心的俯仰运动，可实现对事故车辆的托起动作。清障车的起重臂架无须水平回转，臂架只在通过车辆纵轴线的垂直平而内做小范围的旋转运动，所以臂架受力简中一，强度要求较低，但应具有较大刚度。由于臂架无回转要求，整车制造成本大为降低。在臂架末端的摆动臂内装有小油缸驱动的可伸缩叉梁副臂，叉梁副臂外端可安装叉式拖架等起重属具，当臂架在举升油缸驱动起升时可以方便快捷地抬起事故车辆的前桥或后桥，固定后即可拖离现场，实现清障目的。1.3 国内外道路清障汽车的发展概况1.3.1 国内市场情况我国清障车虽起步较晚，但发展迅速。20世纪90年代初期，我国开始生产清障车。目前，国内已有十三四家生产清障车的厂家，技术基本上接近或达到国际水平。近几年我国公路交通事业发展非常迅速：一是投资大，国家每年投资两三千亿元用于公路建设，已成为拉动经济增长的先导行业；二是公路多，2002年公路通车总里程已达175.8万km，高速公路通车里程已跃居世界第2 位；三是汽车多，2002年汽车产销总量已跃居世界第5 位。这么庞大的公路网络和车流量、客流量及物流量，加之超载、违章、事故率高，即要求保障公路交通高效、有序、畅通、安全的重要装备清障车也要同步快速发展，而且今后我国公路交通仍将保持高速发展势头，到2010年全国公路总里程将达到210万230万km。那么，清障车的需求量也应保持与之相适应的增长比例，并且绝不只是数量上的增长，而是在质量和技术上的不断提高。只有这样才能适应公路交通事业的发展，而且市场竞争的焦点首先集中在技术的层次与创新上。1.3.2 国外市场情祝清障车创始于公路交通非常的国家，早在20世纪50年代美国就生产出第一辆清障车。国外清障车现阶段发展较为成熟，多以液压传动与控制技术的引入为标志。各大企业均有较完善的车型发布。如美国的CENTURY、CHAUENGER、JERR-DAN、奥地利的EMPL、日本的TOKYU、加拿大的NRC等。现阶段，清障车技术和生产得到很大发展。首先是系列品种及规格增多，结构形式多样化；其次是所用的专用底盘、二类底盘多样化，最大型号的清障车为4桥；第三是结构多样化，功能齐全，具有托举、起吊、拖拽、牵引、背拖、破拆、清洁、维修等功能；第四是工作能力更大，托举能力最大可达25t，拖牵能力可达48t，起吊能力可达40t，第五是操作方式更先进，工作环境更优越舒适5。1.4 道路清障汽车发展方向与前景我国清障车生产起步于上世纪年代末。在近年里国内清障车行业经历了引进整车、吸收仿制到自主研发清障车的过程。随着我国城市交通和高速公路的央速发展国内清障车的产品设计技术、制造工艺也实现了突破性发展形成了清障车多功能化、智能化、人性化的产品技术特点和专用机构运用新型材料、产品模块化设计、专用设备的应用等制造工艺技术特点。清障车底盘专用化、重型化、智能化、作业装置实用性是清障车技术发展的必然趋势 。清障车底盘专用化，是国内清障车行业发展的必然趋势。目前国内的清障车全部是利用二类底盘来改装的二类底盘的轴荷分布一般按载货车来设计与清障车托举作业时所要求的轴荷分布是不同的。采用一般二类载货底盘改装的障车往往会出现清障的托举机构还有潜力，清障车的总质量也小于其最大总质量，但其后却已经超载了。因此普通二类底盘的轴荷分布对清障车是不适用的。由于清障车是种作业车，需随车携带许多作业工具，而普通的二类底盘两大梁外侧已被燃油箱、电瓶、气罐占住了空间，很难再布置工具箱和安放清障车所需的各种作业附件。若清障车底盘专用化就能很好地解决这些问题。清障作业的安全和快速是道路清障拯救的两项重要指标。而专用作业辅件是作业安全快速重要的保证。随着车辆的种类和款式的不断增多道路交通事故与故障的模式也千变万化因此，只有不断地开发安全、实用、高效的作业辅件才能满足各类清障作业的需要。1.5 本次设计的主要内容本设计的目标是设计一种载重2t的道路清障汽车。本次道路清障车装备有门架装置和液压绞盘两套装置。因此本设计主要研究的内容有：进行二类底盘选型分析、副车架和液压绞盘的设计计算、卷筒的选取计算、门架的设计与计算、液压传动装置设计计算选型；然后进行车辆的总体布置和性能分析，并用总布置图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。第2章 道路清障汽车参数的确定2.1 基本尺寸参数的确定道路清障汽车与普通专用汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保证其整车性能参数与原车基本保持不变。常见二类底盘机构如图2.1所示。图2.1 常见二类底盘2.2 质量参数的确定2.2.1 额定装载质量道路清障汽车m是在二类地盘的基础多加了一套举升和倾卸装置，所以其装载质量差不多，而且道路清障汽车不需要太高的速度，根据CA1041K26L2-车底盘最大承载质量为18800kg，所以初定额定装载质量为m=1700kg。2.2.2 整车整备质量整车整备质量m0是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。参考同类普通专用汽车的整车整备质量，在此基础上在增加装备质量，便可估算的道路清障汽车整车整备质量。所选CA1041K26L2-车底盘的整备质量为2180kg,因为在本次设计选用的装备较多，因此整车整备质量相对有所增加，取为m0=2500kg；2.2.3 总质量总质量ma的计算公式为=kg （2.1）式中 mp乘员质量（kg），按每人65kg计。改装后道路清障汽车最大轴载质量的分配应基本接近原车底盘轴载要求。又由于车厢升高的同时，其质心向后移。2.3 道路清障汽车底盘的选择专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求：（1）适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计.（2）可靠性所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命；且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡.（3）先进性应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘；而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求.（4）方便性所选用的底盘要便用于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾.除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量6。2.3.1 底盘型号的选定专用汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量为2t左右的轻型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。表2.1底盘性能对比列表解放东风红岩适用性适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求适用于各吨位载重货车的改装设计要求以及部分专用车辆的特殊要求可靠性工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命工作性能好，故障率低，零部件要有足够的强度和寿命性能可靠，出现故障率低，各部件要有足够的强度先进性动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面略低于同类车型方便性安装、检查保养和维修方便，结构紧凑安装、检查保养和维修方便，结构紧凑安装、检查保养和维修方便，结构紧凑价格较便宜便宜便宜供货来源市场拥有量多市场拥有量多市场拥有量较多常见吨位各种吨位车型各种吨位车型轻、中型载货车型经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本次改装设计专用车的用途、最大装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽车或专用车辆改装制造时，选用解放系列底盘相对较合理。所以选择CA1041K26L2-底盘作为本次道路清障汽车道路清障车的底盘，其主要技术参数见下页表2.2。2.4 本章小结本章主要进行道路清障车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们的适用性、可靠性、先进性、方便性、价格以及供货来源等各方面因素选择比较使用的底盘；综合各方面情况最后选用解放CA1041K26L2-底盘作为本次道路清障车的底盘。表2.2底盘技术参数列表底盘型号CA1041K26L2- 外型尺寸（长宽高）（mm）582018702081总质量（kg）4330整备质量（kg）2230轴距（mm）3100接近角/离去角（）22/14额定载质量（kg）1700轴荷（kg）1555/2555最高车速（km/h）110前轮距/后轮距（mm）1414/1370轮胎规格7.50-16前悬/后悬（mm）1023/1697轮胎数6第3章 道路清障汽车结构方案分析道路清障汽车装备有托举机构和液压卷筒两套装置，它能将车平移举升到一定高度后拖走。对道路清障车进行改装设计是，一般应满足以下设计要求：（1） 具有一般清障汽车的功能；（2） 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度；（3） 拖拽功能；（4） 牵引功能；（5） 起吊功能；3.1 方案一固定轴荷式牵引型清障车清障车牵引举升装置的操作过程主要包括:牵引铰盘2靠油马达带动钢丝绳来拖拽作业对象;可升降的变幅臂4通过举升油缸5的升降来托起或放下被拖车辆;支撑架3防止因液压系统泄漏而使变幅臂在运行途中下降，折叠臂7铰接在变幅臂的下端，带动伸缩臂8和车轮托叉9作收起与放下动作。整个操作过程靠多路换向阀6控制，如图3.1所示。其缺点是:由于被拖车辆10的部分重量悬置在清障车1的后部，使清障车的后轴荷增加，前轴荷减少，即使拖拽较轻的车辆就接近甚至超过清障车后轴额定负荷，从而限制了清障车拖拽能力的充分发挥，而且还会因前轴负荷的减轻进而使清障车转向操纵性能恶化。如果在前轴上加祝重块，又会使清障车在不拖拽作业时转向沉重7。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101清障车2牵引铰盘3支撑架4变幅臂5举升油缸6多路换向阀7折叠臂8伸缩臂9车轮托叉10被拖车辆图3.1 固定轴荷式油障车作业示意图3.1.1 可调轴荷式牵引装置 英国的一项发明很巧妙地解决了上述问题，其结构如图3.2和工作原理是:在清障车1的后悬部位安装一对支撑架4，可伸长的牵引梁5铰接在支撑架4上，它是可以上下运动的。梁5的后端装有一付轮框6，用于安放被拖车辆7的车轮。在梁5的前端下部和清障车底盘之间装备有油缸2，用来使梁5升降，并调节清障车后轴与轮式托架（由小车轮9和连接柄8组成，柄8可插人轮框6的相应插孔中）的载荷比。液压系统控制装置3包括调节油缸压力油的阀门、压力表等7。1-清障车2油缸3-液压系统控制 4-装置支撑架5-梁6-轮框 7-被拖车辆8-连接柄9-小车轮图3.2 可调轴荷式牵引装置结构示意图在拖拽作业时，操纵控制手柄，可将梁5放到地面上，将轮框6卡住被拖车辆的车轮，再操纵手柄使梁5升到合道高度，以便轮式托架连接柄8插人梁5的相应孔中并加以坚固，如下图3.3（a）所示、然后慢慢放下梁5，使小轮9正处于受压临界状态，此时控制装置的压力表显示出最大读数，表示被拖车辆前轮上的重量已全部转移到清障车后轴上，清障车前轴负荷也处于最轻状态。这时继续操纵控制装置以减小压力表读数，油缸2中油压下降，小轮9上负荷逐渐增加。这样被拖车辆前轴载荷将由清障车后轴和轮式托架二者分担，其分担比例由操纵控制装置调节，可根据具体情况调至最佳轴荷状态，如图3.3（b）所示8。 （a）轮架进入轮下（b） 轮架安装完成图3.3 可调轴荷式清陈车作业过程示意图3.1.2 登高举升装置 清障车的登高举升装置通常有两种:长行程油缸直升式和短行程油缸折叠杆式。前者存在油缸造价高、最大升程不足等缺陷，如图3.4所示。在登高作业负重不太大的情况下，通常采用第二种装置，如图3.5所示9。图3.4 长行程油缸直升式 图3.5 短行程油缸折叠杆式3.1.3 长行程油缸直升式登高举升装置 该装置位于清障车驾驶室之后，主要由2只举升油缸（TG系列多级伸缩套筒液压缸）、换向阀、导向底架、一级导向架、二级导向架、工作台等部件组成。工作台可根据需要做成活络结构，安装2只小油缸推动两边活动工作台沿水平方向左右展开，从而扩大工作台的作业范围。操作人员在工作台上操纵换向阀可使工作台停留在任意高度位.置，这种装置的工作台最大离地高度可达6m。其特点是稳定性好，但导向机构制做尺寸精度要求较高，举升油缸行程较大，成本偏高，市场销售受到一定限制。3.1.4 短行程油缸折叠杆式登高举升装置该装置也是置于清障车驾驶室之后，主要由2只油缸，1只电磁换向阀，1只升降支撑阀，1只电控开关、2只行程开关、16根折叠杆以及工作台（也可做成活络展开式）、底座等部件组成。作业人员进入工作台后，在液压系统供油的情况下，可直接按动电控开关按钮，控制工作台上升或下降到任意位置以进行高处作业，如图3.6所示。如按着电控开关按钮不放，当内折叠杆下端触到行程开关时，电磁换向阀自动关闭油路，工作台即停在最大行程处。图3.6 折叠杆工作示意图这种装置的特点是:结构紧凑，布局合理，工作台最大升程可根据需要进行设计，不受举升油缸行程限制。3.2 方案二臂架起重机型清障车臂架起重机型清障车（简称臂架式清障车）是清障车中最主要的一种类型如图3.7，占全部清障车的90%以上。臂架式清障车是在一类通用汽车底盘上驾驶室之后，纵向安装一台专用液压起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根铰接于车架中部，臂端紧贴车架尾部，极限位置接触地而，山两支行程约500mm的举升油缸控制臂架做以铰点为圆心的俯仰运动，可实现对事故车辆的托起动作。清障车的起重臂架无须水平回转，臂架只在通过车辆纵轴线的垂直平而内做小范围的旋转运动，所以臂架受力简中一，强度要求较低，但应具有较大刚度。由于臂架无回转要求，整车制造成本大为降低。在臂架末端的摆动臂内装有小油缸驱动的可伸缩叉梁副臂，叉梁副臂外端可安装叉式拖架等起重属具，当臂架在举升油缸驱动下起升时可以方便快捷地抬起事故车辆的前桥或后桥，固定后即可拖离现场，实现清障目的10。图3.7 臂架起重机型清障车3.2.1 基本类型 所有臂架式清障车的基本结构是相似的，如果进行分类的话，只能从臂架形状和是否装有起重副臂来区分。在臂架形状上，轻小型清障车多采用直线梁臂架如图3.8，中重型清障车有采用曲线梁的如图3.9，是否装有起重副臂是指在起重臂架主梁内可套装一节可伸缩起重副臂（参看图3.8），起重副臂端部装有钢丝绳滑轮，可用于简单的起重作业，以扩大清障车的工作范围。例如将翻下路基、掉到沟里或水中的失事车吊起或曳引送回地面，再用叉式拖架抬起拖走，或将翻滚的事故车扶正等。当要求起重或牵引功能时，应在起重臂架根部安装钢丝绳卷扬机构，用液压马达驱动，使用吊钩或直接用钢丝绳捆绑作业，安装了起重副臂的清障车明显扩大了使用范围。主臂 举升油缸 起重副臂 摆动臂 叉梁副臂 图3.8 带起重副臂的直线梁起重臂图3.9 曲线梁起重臂3.2.2 主要结构1.起重臂架总成起重臂架总成是清障车最重要的部分，也是基本工作装置，其功能是将事故车头抬起、固定，以达到拖离现场排障的目的。如果遇到后桥严重损毁而前桥正常的事故车辆则采用倒拖，即托起后轮退行。遇到前后桥均损坏时应使用背式清障车，也可以托起前轮，同时在后轮下垫装滑板。主臂架为“之”字矩形截面箱型梁，由主臂、垂直副臂、摆动臂及摆动臂内套桑着的叉梁副臂构成，主臂架总成还包括两支主臂架举升油缸、摆动臂油缸、叉梁副臂伸缩油缸共七部分组成。兼有起重机功能的起重臂架总成还包括起重副臂和起重副臂伸缩油缸两部分。叉梁副臂是一个“T”字矩形截面箱型梁，可由伸缩油缸作功而产生伸缩运动。在叉梁副臂的横梁上安装可调节相对位置的两组叉式拖架，叉式拖架是用来插入事故车辆前轮并使之固定的专用装置，分为叉架前梁和叉架后梁两部分。主臂举升油缸的缸头铰接在汽车底盘上，活塞杆头铰接在主臂中部的水平销轴耳座上，一般成对布置。举升油缸的作用是实现臂架的托起动作，为保证在拖行过程中事故车头不致下落，应考虑油缸的液压闭锁。2.钢丝绳卷扬机构采用低速大扭矩马达，通过离合器驱动钢丝绳卷筒实现牵引或起重作业。一般清障车上装有一台钢丝绳卷扬机构，为提高作业能力可安装两台卷扬机构，其优点是通过两根绳索的有效配合，可实现将事故车辆翻个、掉头并弥补单绳牵引力的不足。采用牵引作业方式时，应尽量使钢丝绳方向和车身方向相同，避免斜拉。在牵引作业时，用起重臂支承地而可起到支腿作用，如被牵引车辆较重或地形过于陡峭时应考虑清障车的锚定。工作过程（按正拖方式叙述）固定车轮的方式清障车到达事故现场，将起重臂架下放，清障车尾部接近事故车车头，在接近过程中，带有两支叉架后梁的叉梁副臂贴地而伸入事故车前轮，用液压卷筒将事故车辆驱动轮拽到叉架上。当叉架前梁和叉架后梁上的两个圆块稳稳地将事故车车轮卡紧时，用尼龙锁紧带或铁链将车轮和叉式拖架捆绑牢固，并用卷筒带上车辆，这样事故车辆就和清障车联结起来了。举升油缸工作，臂架将事故车头抬起脱离地而清障车起步将事故车拖走11。3.3 方案三背式清障车道路清障车背式清障车道路清障车在作业时应十分注意对事故车辆的保护，特别对一些新车、高档轿车应避免因为作业中的捆绑、挤压以及运输中的碰撞造成对事故车辆机件及外观上进一步的损伤。除采用文明作业方式外，还应在作业方法上子以注意，包括使用垫层、软接触、选择拖运部位、使用专用属具及注意拖行车速等多方而。如果采用上述方法仍不能实现无损输送，就应选用背式清障车如图3.10，背式清障车能够最大限度地保护事故车辆。图3.10 背式清障车背式清障车外形上类似自行平板车如图3.11，具有一般平板车不具备的工作台翻转能力，运动形式类似翻斗卡车。背式清障车在工作平台前部装有液压传动钢丝绳卷扬机构，是装车卸车的动力来源。工作原理:在二类通用汽车底盘上装有用油缸、连杆和底盘相联接的工作平台，工作平台、汽车底盘、翻转油缸及连杆共同构成在汽车纵向垂直平而内的四杆机构。当翻转油缸伸出时，工作平台平缓地后移和翻转，平台末端落地，与地面成1122角，位于事故车正前方。3.3.1 装车作业过程清障车以车尾接近事故车，翻转油缸工作使工作平台后翻落地。开动液压卷扬机构，用钢丝绳连接事故车辆的前桥（也可连接事故车辆后桥，以倒拉方式装车，本文和图示均按正拉方式叙述，如图3.11），开动卷扬机，事故车被缓慢地拉上平台，驱动翻转油缸，工作平台复位，固定事故车辆后即可实现无损输送如图3.12。为了便于曳引事故车辆，可在工作平台上设置两条纵向由排列紧密的多支平行滚子组成滑道，使牵引阻力降低，即使前后桥均己损坏，车轮不能转动的车辆也能轻松装卸如图3.13。到达目的地，卸车过程是装车过程的逆过程。背式清障车的最大优点是实现了无损输送，这是臂架式清障车和门架叉式清障车难以做到的。背式清障车对前后桥均己损坏，不能拖行的全损车辆也能施救作业，此外，背式清障车可实现长途运输，车速不受限制，而其它清障车在拖行时的速度低于25km/h。背式清障车的缺点是作业时间较长，尤其是装车时间较长，这一点对于繁忙路段的清障是不利的，背式清障车的成本也略高于其它类型清障车。图3.11 背式清障车工作过程图3.12 背式清障车运输状态图3.13 背式清障车3.4 方案四门架叉式清障车3.4.1 结构门架叉式清障车使用普通卡车改装，视不同起重吨位，可选用轻卡、中卡及重型卡车改装，只需制作一副起重门架，增加一套简单的液压系统即可改装完成。起重门架铰接在汽车底盘纵梁尾部，小型液压系统安装在汽车发动机功率输出端，利用汽车发动机的动力驱动油泵，提供清障作业时起重油缸和偏转油缸的动力图3.14。起重门架是矩形焊接结构件。以中型门架为例，其轮廓尺寸（长、高、厚）为1 200、1 800、150mm，包括外门架（图3.15）和内门架（图3.16a）。内门架在外门架内滑动，山起重油缸控制内门架的升降。在内门架上装有叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁（图3.16b、c、a），用于托起事故车辆。整个起重门架能在偏转油缸作用下做小角度偏转。作业时将叉架伸入事故车辆前轮（或后轮），固定后，举升油缸驱动内门架上升即可抬起事故车头（或车尾），将事故车拖离现场12。图3.14 门架叉式清障车门架叉式清障车的设计思想源于装卸用门架式叉车，其作业过程与叉车的作业过程极为相似。不同的是，叉车内门架行程大，一般达到2m，而叉式清障车的内门架行程只300mm。叉车由于输送距离短，一般利用门架偏转油缸使货物贴紧门架即可，不需捆绑货物，而叉式清障车输送距离长，应考虑捆绑锁紧方式。3.4.2 作业过程作业时，清障车以尾部门架靠近事故车头，人工插入托叉前梁。利用托叉后梁和托叉前梁上的两个楔形块将事故车前轮固定，再使用钢丝绳、铁链和尼龙锁紧带等将车轮和叉梁捆扎牢固。先后启动偏转油缸和起升油缸即可将事故车头托起，达到安全高度后拖离现场。除使用楔形块固定车轮方式外，也可以在叉梁上安装支承钢叉（图3.17），用于托起事故车纵梁上的钢板弹簧吊耳，此时托举作用力直接传递到事故车底盘纵梁上，不同于托起车轮时作用力通过弹性支承作用在底盘纵梁上16。3.4.3 优点和不足起重臂架式清障车和背式清障车价格昂贵，最低也需十几万元，而门架叉式清障车可以利用现有的普通卡车改装，改装费用只需三、四元，所以门架叉式清障车有投资小、见效快的优势。门架叉式清障车和同吨位的臂架式清障车具有相同的功能，可以替代臂架式清障车完成相应的工作，而且门架叉式清障车可以一车两用，拆下门架仍是一台运输车。 门架叉式清障车也有明显的不足:度盘纵梁受力不合理，全部工作载荷作用在纵梁悬臂上，纵梁悬臂可能因刚度不够而变形至损坏，此外，减小前桥轴荷，对前桥的转向能力产生影响。解决方法是加强纵梁悬臂，保证其强度和刚度，在车厢前部道当放一些压重块，保证前轮有足够的附着力。当然，在改装时也应对后桥轴荷进行验算，保证在安全范围之内。图3.15 外门架图3.16 叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁图3.17 支承钢叉门架叉式清障车和同吨位的臂架式清障车具有相同的功能，可以替代臂架式清障车完成相应的工作，而且门架叉式清障车可以一车两用，拆下门架仍是一台运输车。 门架叉式清障车也有明显的不足:度盘纵梁受力不合理，全部工作载荷作用在纵梁悬臂上，纵梁悬臂可能因刚度不够而变形至损坏，此外，减小前桥轴荷，对前桥的转向能力产生影响。解决方法是加强纵梁悬臂，保证其强度和刚度，在车厢前部道当放一些压重块，保证前轮有足够的附着力。当然，在改装时也应对后桥轴荷进行验算，保证在安全范围之内13。3.5 总体机构设计方案的确定综合上述道路清障汽车道路清障车的各主要机构的选定方案，最终所得到的整车装配结构如图3.17所示。图3-17 门架叉式清障车3.6 本章小结本章先后采用对比分析以及列举举例的方法介绍了固定轴荷式牵引装置、臂架起重机型清障车、背式清障车道路清障车、门架叉式清障车道路清障汽车的几大主要类型设计方案并分析了优缺点。经过仔细的研究确定为门架叉式障车。第4章 清障车副车架的设计计算4.1 道路清障汽车副车架的设计与分析 在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷。同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架（副梁）过渡。在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定要求。4.1.1 副车架的截面形状及尺寸专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图4-1所示的槽形结构，其截面形状尺寸图4.1所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。 图4.1 副车架的截面形状对于随车运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图4.2和图4.3所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。 图4.2 加强后的副车架截面形状图4.3 加强腹板的位置4.1.2 副车架的前端形状及安装位置 为了避免由于副车架截面高度尺寸的突然变化而引起主车架纵梁的应力集中，副车架的前端形状应采用逐步过渡的方式。例如采用如图4.4所示的三种过渡方式。对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如图4.4（c）所示。h=1mm l=1520mm。如果加工上述形状困难时，可以采用如图4.5所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。对于钢质副车架:h=57mm；l=200300mm对于硬木质副车架:h=5到10mm；l=H副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能地往驾驶室后围靠近。 a-U形 b-角形 c-L形图4.4 副车架前端的三种形式图4.5为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装位置，在满足轴荷分配的前提下，其中A不宜过大，留足空压机的位置即可;B为副车架的前端离主车架拱形横梁的距离，一般在100mm之内;C为固定副车架的前面第一个U型螺栓距拱形横梁的距离，一般控制在500800mm的范围内。a-钢质副车架 b-硬木质副车架图4.5 副车架前端简易形状图4.6 副车架的安装位置4.1.3 副车架与主车架的连接副车架与主车架的连接常采用如下几种形式。1.止推板连接 图4.8是斯泰尔重型专用汽车所采用的止推连接板的结构形状及其安装方式。连接板上端通过焊接与副车架固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副车架与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个推止推连接板之间的距离在5001 000 mm范围内。1副车架 2止推连接板 3主车架纵梁图4.8 止推板的连接结构2.连接支架 连接支架由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与副车架和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上、下托架相连接，见图4.9所示。由于上、下托架之间留有间隙，因此连接支架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推连接板配合使用。一般布置是在后悬架前支座前用连接支架连接，在后悬架前支座后用止推连接板连接。3.U型夹紧螺栓当选用其它连接装置有困难时，可采用U型夹紧螺栓。但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用U螺性。当采用U型螺栓固定时，为防止主车架纵梁翼面变形，应在其内侧衬以木块，但在消声器附近，必须使用角铁等作内衬.最终方案的选定结合专用汽车以及道路清障汽车的设计特点，本设计决定采用副车架前端形状为U型。而副车架与主车架的连接决定采用止推板连接。1-上托架 2-下托架 3-螺栓图4.9 连接支架4.1.4 副车架尺寸和材料的确定副车架纵梁高180mm长3433mm材料16Mn。横梁长度575mm，材料16Mn。副车架和主车架之间采用止推板锁紧方式。4.1.5 型钢的选取经过以上的计算选取外门架的形状为矩形槽钢，壁厚为6mm，内门架与外门架相同。4.1.6门架的校核