车辆工程毕业设计论文HQ5160QZ臂架式清障车改装设计全套图纸

1、 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，在方案上选择臂架式道路清障汽车。救援清障系统为全液压动力驱动，由吊臂、绞盘、托架、副车架救援附件构成。吊臂和托架是臂架式清障车上最为重要的工作装置，工作时，可用托架将前桥或后桥托起，使发生故障和事故的车辆及时脱离现场；吊臂与液压绞盘配合，可扶正倾翻车辆，使其便于托拖或牵引。因此，详细的设计了臂架式清障汽车的吊臂与托架、液压系统，以及取力器的选用。最后对改装完成后的臂架式清障车

2、进行了必要的动力性、燃油经济性和稳定性等主要整车性能的计算分析，计算结果表明整车性能满足要求。全套图纸，加全套图纸，加153893706153893706关键词：清障车；取力器；吊臂与托架；绞盘；设计 abstract to 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

3、 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 arm rack wrecker . the rescue snag syste

4、m is driven by the whole liquid power, it is made up of lift arm, winch, bracket, sub frame, rescue accessories. the lift arm and bracket are the most important working devices. during the work, the bracket can lift the front bridge or back bridge, which makes the vehicles escape from the accident s

5、pot in time. the lift arm and the bracket are bewared the more complicated woke condition of the load during the snag and rescue.therefor,detailed design of lift arm and bracket in the arm rack wrecker ,hydraulic system, as well as the choice of taking power devices. finally, it counted and analyzed

6、 the resule in the power performance, the fuel economical efficiency and the stability, which is necessary. the out came showed that the while performance meet the challenge.keywords: wrecker；check power devices；lift arm and bracket；winch；design目 录摘要.iabstract.ii第 1 章 绪论.11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 臂架式清障车

7、国内外研究状况 .11.2.1 臂架式清障车的组成及功用.11.2.2 国外研究状况.21.2.3 国内研究状况.31.3 课题研究的主要内容及技术路线 .51.3.1 课题研究的主要内容.51.3.2 课题研究的技术路线.5第 2 章 臂架式清障车的参数确定.72.1 臂架式清障车的底盘的选取与型号的确定 .72.1.1 臂架式清障车的底盘的选取.72.1.2 臂架式清障车的底盘型号的确定.72.2 臂架式清障车主要参数的选取 .92.2.1 臂架式清障车主要尺寸参数的选取.92.2.2 臂架式清障车主要质量参数的选取.102.3 本章小结 .11第 3 章 臂架式清障车的总体设计.123.

8、1 臂架式清障车的总体设计思想 .123.2 道路清障车的总体设计方案的分析确定 .123.2.1 道路清障车结构方案.123.2.2 道路清障车结构方案分析.153.2.3 道路清障车结构方案的确定.153.3 臂架式清障车的总体组成 .153.4 本章小结.16第 4 章 臂架式清障车起重臂的设计.174.1 臂架式清障车起重臂结构分析.174.1.1 吊臂结构分析.174.1.2 托臂结构分析.174.2 臂架式清障车吊臂与托臂的长度计算.184.2.1 吊臂长度计算.184.2.2 托臂长度计算.194.3 臂架式清障车吊臂与托臂载荷工况的确定.204.3.1 吊臂载荷工况的确定.20

9、4.3.2 托臂载荷工况的确定.224.4 臂架式清障车吊臂与托臂材料的确定.224.5 本章小结.22第 5 章 臂架式清障车副车架的设计.235.1 副车架的截面形状及尺寸.235.2 副车架的前端形状及安装位置.245.3 副车架与主车架的连接.255.4 副车架与主车架连接方式的选择.265.5 副车架结构及尺寸的确定.265.6 臂架式清障车主要承载构件受力分析.275.7 副车架强度校核.285.8 本章小结.29第 6 章 液压系统的设计.306.1 臂架式清障车的液压系统 .306.1.1 臂架式清障车的液压系统原理.306.1.2 臂架式清障车的液压系统的组成.306.2 臂

10、架式清障车的液压缸的设计 .306.2.1 液压缸的计算.306.2.2 液压缸直径的确定.316.2.3 液压缸活塞杆径的确定.326.2.4 液压缸壁厚的确定.336.2.5 液压缸缸体长度的确定.346.3 油泵的计算与选型 .346.3.1 油泵工作压力的计算.346.3.2 油泵工作压力的计算.346.3.3 油泵排量的计算.356.3.4 油泵功率的计算.356.3.5 油泵的选型.356.4 液压卷筒的选取 .356.5 分配阀的选型 .366.6 取力器的选型 .376.7 本章小结 .38第 7 章 臂架式清障车性能参数计算.397.1 臂架式清障车动力性计算 .397.1.

11、1 发动机外特性.397.1.2 汽车的行驶方程式.407.2 燃油经济性计算 .437.3 臂架式清障车稳定性计算 .447.3.1 臂架式清障车运输状态稳定性计算.447.3.2 臂架式清障车拖拽时稳定性计算.467.3.3 臂架式清障车工具箱中工作辅具的选取.477.4 本章小结 .48结论.49参考文献.50致谢.51 第 1 章 绪 论1.1 课题研究的目的和意义清障车全名为道路清障车，又称拖车，由底盘、起重装置、托举牵引装置、液压系统、电控系统、车体与工具箱等组成，具有起吊、拽拉和托举牵引等多项功能，适用于高速公路、城市道路的清障作业。清障车是为保证道路畅通而设计的专用工程车辆，是

12、繁华市区和高速公路交通管理的重要装备。随着高等级路面和在用汽车的增多，清障车也得到了发展。它能够快速、及时、安全地清除道路上的事故、故障、违章车辆，疏导道路交通的特种车辆1。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

13、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2。1.2 臂架式清障车国内外研究状况1.2.1 臂架式清障车的组成及功用 清障车是指装备有起重、托举、拖曳

14、等设备，用于清除道路障碍物的专用汽车。道路清障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，根据其作业能力，清障汽车可分为轻型，中、重型及超重型；根据结构形式区分,清障车可分为臂架起重机型清障车、门架叉式清障车、简单叉式清障车和背式清障车四个基本类型；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。臂架起重机型清障车(以下简称臂架式清障车)是清障车中最主要的一种类型, 占全部清障车的 90%以上3

15、。典型清障车结构如图1.1。图 1.1 臂架起重机型清障车臂架式清障车是在二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，极限位置接触地面，安上两支行程约 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，所以臂架受力简单，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

16、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。1.2.2 国外研究状况 道路清障车最早应用于公路交通非常发达的国家，美国早在 20 世纪 50 年代即生产出世界第一辆道路清障车。当时这种特种车结构比较简单，由发动机驱动，通过机械传动。带动卷扬机构，并用拉杆支撑，将故障车一端吊起拖离现场，而且往往采用自制底盘，功能也较单一。这是道路清障车发展的第一阶段。道路清障车发展的第二阶段，是以液压传动与控制技术的引入为标志的。20 世经 70 年代，第一批全液压系统的道路清障车并涌现出一批著名的道路清障车生产企业如美国的century、llenger、jerrdan、wrec

17、ker、奥地利的 empl、日本的tokyu、加拿大的 n rc 等。此阶段内，道路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，结构型式多样化；其次是所用的专用底盘，二类底盘多样化。最大型号的道路清障车为 4 桥；第三是结构多样、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，拖举能力最大可达 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4。1.2.3 国内研究状况我国清障车工业起步于上世纪八十年代末，在近二十年里，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

18、高速公路的快速发展，国内清障车的产品设计技术、制造工艺也进行了突破性发展，形成了清障车多功能化、智能化、人性化的产品技术特点；专用机构运用新型材料、产品模块化设计、专用设备的应用的制造工艺技术特点。清障车，要使其更能发挥安全快捷、强而有力的道路清障优势，那么清障车底盘专用化、重型化、智能化、作业附件实用性是清障车技术发展的必然趋势。现在的清障车已是功能化、智能化、人性化，不再是单纯的托（牵）车了。如在清障车上添加摩托车升降平台，除能满足对四轮车辆的托（牵）车的作业外，还可对二轮摩托车进行背载作业，拓宽了清障车作业车辆的范围。在清障车上配装高空作业升降平台，既满足了道路清障作业的需要，又可满足公

19、路、交警、市政门对路标、路灯等进行高空作业。在清障车上配装强光照明装置，可为夜间作业提供照明光源。 清障车上配装原地转向机构，作业人员可以很轻松地校正清障车与被托车的相对位置。清障车在托举事故车时，必需将托臂对准被托举的事故车后，才能作业。但在实际清障作业中，若驾驶员倒车技术不熟练或者路况不良，则可能要反复几次倒车，方可校正清障车与事故车的相对位置。这时，作业人员只需操纵安装在驾驶室的原地转向操纵手柄，清障车可围绕后桥中心原地转动，调整清障车与被托车的纵向作业所需的位置，进行作业。从而大大提高了工作效率。在一些公路隧道、城市道路和高架桥等较窄的路面上，如发生事故造成堵塞交通时，汽车掉头转向就非

20、常困难了，清障车也就不能快速顺畅地将事故车辆拖走。如清障车上配装带动力驱动的原地转向机构就能有效地解决以上问题。折叠式平板机构作业时，其与地面的最小夹角为8，能适用低矮且接近角较小的车辆，使被托车在被牵引上平板时，不会与平板发生干涉，从而能安全地完成托举作业5。清障车托臂自动平衡机构，利用传感器（临时安装在被拖牵车辆的前端与尾端，即前端与清障车托臂、尾端与地面最有可能或最先趋向发生碰撞的位置。也可固定安装在托臂上）发出被拖牵车辆与托臂的相对位置的变化信号，动力单元接收信号后即开始工作，同时电磁阀阀门打开，压力油即进入执行油缸产生动作，使托臂立即变幅角度或升降离地高度，调整被托车前端与清障车托臂

21、、被托车尾端与地面的间距，从而避免发生碰撞。驾驶员不用担心路面是如何的上坡下坡，也不用停车挂取力器，下车操纵，人为地调整托臂的变幅角度。 新材料新设备新工艺已经是现在清障车的制作工艺特点。清障车其实还是一种用来负载的专用车辆。对最大总质量一定的清障车，其整车整备质量的大小很大程度上影响了它的负载（托举）能力。尽量减轻清障车的整车整备，也是清障车技术的特点。应用新型材料 hg70、hg60 等高强度钢材，既能保证机构的强度（托举、吊举等能力），又能减轻机构本身的质量。如托臂、吊臂等总成均采用高强度钢板制作6。清障车的各机构、总成大都是通过大量焊接而成的。如何控制焊接变形？首先从毛坯下料开始，运用

22、水下等离子切割机开料，能保证下料尺寸准确，减小毛坏因受热而变形。专用机构制作时，应用专用工装夹具对其定位、防焊接变形。这种工艺既能保证产品质量，提高产品互换性，又能提高生产效率。 清障车也是一种个性化很强的专用车辆。不同区域、行业，不同规模的单位（企业），其需求的清障车的外观、专用机构、操纵方式等均有所不同，为了能快速满足不同客户的不同需求，产品的模块化设计在清障车设计技术上，也就自然地得到了充分的应用。清障车重型化也是清障车技术发展的一个显著特点。随着我国汽车吨位重型化的调整，国家西部开发、南水北调和西气东输的建设，加上奥运建设的铺开和上海世博会建设的启动，道路条件的改善，交通运输业的发展，

23、公路运输向高速化、集约化、专用化、集装箱化发展，必将引起重型汽车业（包括专用重型汽车）的崛起。作为保证道路畅通的清障车，无凝也必须重型化，才能满足重型车辆的清障需要。现在国内最大吨位的清障车为 48 吨7。道路清障车底盘专用化，是国内清障车装配工艺发展的必然趋势。目前，国内的清障车全部是利用二类汽车底盘来改装的。二类汽车底盘的轴荷分布是按照载货汽车来设计的，这与清障车托举作业时的轴荷分布要求是不同的。往往会出现清障车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，但其后轴却已经超载了。二类底盘的轴荷分布对清障车已经明显不适用了。由于清障车是特种作业车，需随车携带许多作业附件工具。现在国内

24、的二类底盘两大梁外侧已被燃油箱、蓄电池、气罐占据了空间，这样就很难再布置工具箱来安放清障车所需的众多作业工具。若清障车底盘能更专用化，就能很好地来解决这些制约清障车发展的问题。 道路清障车智能化，就是从安全、操作方便、人性化考虑，在整车系统中配备一些智能设备，如：远程遥控系统，机构安全报警系统等。 作业安全、快速是道路清障救援的两项重要指标。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，道路上造成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。1.3 课题研究的主要内容及技术路线1.3.1 课题研究的主要内容 （1

25、）臂式清障车的组成、结构与设计。（2）进行二类底盘选择。（3）进行总体结构布置。（4）辅助装置的选择、设计。（5）总体性能参数的计算。（6）总体设计及零部件的计算。（7）整车性能计算分析。1.3.2 课题研究的技术路线 课题研究的设计技术路线图如图 1.1 所示。总体设计方案的确定起重臂的设计清障车副车架的设计液压系统的设计辅助装置的设计 总体设计选择二类底盘整车性能分析总体性能参数计算、校核完成装配图撰写设计说明书现状调查，收集资料图 1.1 技术路线图第 2 章 臂架式清障车的参数确定2.1 臂架式清障车的底盘的选取与型号的确定2.1.1 臂架式清障车的底盘的选取臂架式清障车是专用车的一种

26、，而专用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。本设计是在二类底盘的基础上进行改装设计。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

27、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，还有两个方面值得注意，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8。2.1.2 臂架式清障车的底盘型号的确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%

28、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9。清障车是一种专项作业的汽车。汽车底盘的性能决定了清障车的基本性能，最大限度地发挥底盘的能力及底盘能够满足专用装置的要求是底盘选择的关键。清障车是以路面作业为主的专用车，故底盘的选择以二类货车底盘为主。国产底盘可供选择的品种很多，如东风、解放、庆铃、江铃、依维柯、江淮、黄河、跃进、斯太尔、北方奔驰等知名品牌均可做为清障车的底盘。进口底盘五十铃、日野、ud、沃尔沃、福来纳、万国等都适合国内清障车的改装。另外，随着

29、清障车市场的不断扩大及设计的规范化，可考虑设计专用底盘。表 2 2. .1 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

30、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、中型载货车型通过技术经济分析，如果开发专用底盘，虽有布置更加灵活、结构更趋合理的优点，但所需资金投入太大，研制周期也太长。鉴于市场对清障车的需求，而且利用定型的二类底盘还有质量性能稳定和成本较低的优势。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

31、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，选用东风系列底盘相对较合理。所以选择 ca1160p9k2l3e底盘作为本次道路清障汽车道路清障车的底盘，针对我国目前定型车的类型和所开发清障车的特点，经过各方面的分析和比较，最终确定采用 ca1160p9k2l3e 型底盘。其主要技术参数见下表 2.2。 表 2.2 底盘技术参数列表底盘型号ca1160p9k2l3e外型尺寸（长宽高） （mm）868523492675总质量（kg）16000整备质量（kg）4750轴距（mm）5050接近角/离去角（）26/13最高车速（km/h）90

32、轴荷（kg）6000/10000轮胎规格9.00-20前轮距/后轮距（mm）1800/1800轮胎数6前悬/后悬（mm）1330/23052.2 臂架式清障车主要参数的选取2.2.1 臂架式清障车主要尺寸参数的选取整车主要尺寸参数包括外廓尺寸、轴距、轮距、前悬和后悬。外廓尺寸即指整车的长、宽、高，由所选的汽车底盘及工作装置确定，但最大尺寸要满足法规要求。gb1589-2004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值明确规定：车高不超过 4m，车宽（不包括后视镜）不超过 2.5m，对于专用作业车辆车长限值不适用。所以该臂架式清障车车宽选取为 2400mm。轴距、轮距的选择，由于是选的现有的定型二类底盘，

33、在满足清障车性能前提下一般不作更改。所以该臂架式清障车的轴距为 5050mm，其前、后轮距均为1800mm。汽车的前、后悬直接限制汽车的接近角和离去角，影响通过性能前悬长度与驾驶室、发动机、转向器、前保险杠等总成布置有关。后悬应满足车辆离去角和轴荷分配的要求，同时还要满足有关标准的规定，清障车后悬不得超出轴距的 0.55 倍，绝对值不大于 3.5m。在实际改装过程中，后悬变动比较多。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。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。图 2.1 常见二类底盘2.2

34、.2 臂架式清障车主要质量参数的选取对装载质量，要考虑以下两方面：（1）用途和使用条件：如对于货流大，运距长的运输，则宜采用大吨位的车辆，以便于提高生产率、降低成本；尔对于货流多变、运输距离短的运输，则宜采用中、小吨位车辆。（2）合理分级：在装载吨位级别上，要分布合理，以利于专用车产品系列化、通用化合标准化。本次设计初选最大装载质量kg。5000em所谓整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和货物时的整车质量。整备质量是一个重要的设计指标，对运输型专用汽车的动力性和经济性有很大影响。据估计，载重汽车整备质量减少 10%，可使经济性提高 8.5%。因此从设

35、计原则上讲，应减少整备质量，尽量采用轻质金属材料和非金属材料材料，减少原材料消耗，降低制造成本。当然整备质量在设计时要受到一些条件得制约，如车辆使用的公路条件、原材料质量、制造工艺水平等，这些方面都要综合考虑。本次设计所选汽车底盘质量为 4750kg，副车架质量约为 750kg，其他全部工作装置质量约为 4500kg，所以初选整备质量约为kg。100000m所谓总质量是指专用汽车装备齐全，满载（规定值）货物及成员质量。其计算式可表达为：= (2.1)ampemmm0 kg1519540265100005000式中：成员质量， （kg） 。按座位数计算，65kg/人。pm汽车的轴荷分配是指汽车在

36、空载或满载状态下，各车轴对支撑平面的垂直载荷，可以用载荷的绝对数值表示（单位：kg） ，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。影响和决定轴荷分配的因素主要包括以下几个方面：（1）设计轴荷必须符合国家标准规定的车辆最大允许轴荷限值；（2）从轮胎磨损均匀和使用寿命相近考虑，每个车轮的载荷应相差不大；（3）为了保证汽车有良好的动力性和通过性，希望驱动桥应有足够大的载荷，从动轴载荷可以适当减小。（4）为了保证汽车的操纵稳定性，希望转向轴的载荷不要太小。根据以上参数选取原则，所以最终确定该臂架式清障车的主要参数见表 2.3表 2.3 臂架式清障车参数列表底盘型号ca1160p9k2l3e外型尺寸（长

37、宽高） （mm）868523493356总质量（kg）15195整备质量（kg）10000轴距（mm）5050接近角/离去角（）26/13最高车速（km/h）90轴荷（kg）6000/10000轮胎规格9.00-20前轮距/后轮距（mm）1800/1800轮胎数6前悬/后悬（mm）1330/23052.3 本章小结本章主要进行道路清障车参数的选取。首先根据任务书设计参数要求，查询选取所需底盘的主要设计参数，查询各牌号对应的底盘；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适用的底盘；综合各方面情况最后选用东风牌

38、ca1160p9k2l3e 载货汽车底盘作为本次道路清障车的底盘。再根据已知底盘参数和设计任务书要求及相关法律要求，在满足该臂架式清障车作业要求和二类底盘基本性能的前提下，最终确定本臂架式清障车的主要参数。第 3 章 臂架式清障车的总体设计3.1 臂架式清障车的总体设计思想在臂架式清障车设计之前，我们经过对有关资料的收集和分析。根据目前我国的实际情况，确定如下设计原则：（1）既可在高等级公路上使用，也可在城市道路中使用，且适宜救援的车辆范围应尽量宽一些；（2）合理地选择底盘及有关总成，同时尽量避免变动汽车地盘各总成的位置，确保各总成之间的匹配和整车性能；（3）整车结构布置合理，应避免工作装置的

39、布置对车架造成集中载荷；（4）车辆运行机动灵活，工作可靠，功能齐全，附件装夹迅速，操作使用方便；（5）为便于车辆的维修，结构设计要最大限度地贯彻“标准化、系统化和通用化；（6）符合国家、行业的有关标准和法规。3.2 道路清障车的总体设计方案的分析确定3.2.1 道路清障车结构方案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

40、个操作过程靠多路换向阀 6 控制，如图 3.1 所示。1 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。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。如果在前轴上加配重块，又会使清障车在不拖拽作业时转向沉重10。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 3.2，占全

41、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，极限位置接触地面，安上两支行程约 500mm1 2 3 4 5 6 7 8 9 10图 3.1 固定轴荷式油障车作业示意图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，所以臂架受力简单，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

42、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11。图 3.2 臂架起重机型清障车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3.3，中重型清障车有采用曲线梁的如图 3.4，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 3.3） ，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

43、。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。臂架式清障车主要结构包括起重臂架和钢丝绳卷扬机构。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，也可以主臂 举升油缸 起重副臂 摆动臂 叉梁副臂 图 3.3 带起重副臂的直线梁起重臂图 3.4 曲线梁起重臂以托起前轮，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

44、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。钢丝绳卷扬机构采用低

45、速大扭矩马达，通过取力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，用起重臂支承地面可起到支腿作用，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

46、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。3.2.2 道路清障车结构方案分析起重臂架式清障车价格昂贵，最低也需十几万元，而固定轴荷式牵引型清障车虽比臂架式清障车便宜，但固定轴荷式牵引型清障车缺点是:由于被拖车辆的部分重量悬置在清障车的后部，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。如果在前轴上加配重块，又会使清障车

47、在不拖拽作业时转向沉重12。3.2.3 道路清障车结构方案的确定综合上述道路清障车的各选定方案及各机构的优缺点，通过综合的性价比比较，最终确定道路清障车方案为臂架式清障车。所得到的整车装配结构如图 3.5 所示：图 3.5 臂架式清障车3.3 臂架式清障车的总体组成臂架式清障车的各总成部件包括底盘、副车架、臂架总成、托架总成、警灯支架、车身、液压系统、电气系统、绞盘、辅具汇总等。该臂架式清障车底盘上安装有全液压控制的吊臂、拖吊机构、液压绞盘,用以实现清障车的托、拖及远距离牵引(如事故车掉到路边沟内)等功能；吊臂形式采用固定转轴的液压升降具有自锁装置，在行车过程中锁住吊臂以免油缸过载，拖吊机构利

48、用液压驱动可以折叠及伸缩。多路换向阀操纵手柄通过连接杆布置于车身的两侧。为保证车辆载荷的合理分配，在清障车前悬加有适当的配重。从整车的造型效果考虑，车身后部采用左右分置的两个封闭箱体，右箱体内放置随车附件， 左箱体内设置液压管路，箱体与主车架之间增设的副车架靠螺栓连接。为了保证清障车顺利地执行救援任务，在驾驶室后端的厢体护栏上装有醒目的警报装置13。如图3.6臂架式清障车总布置图：图3.6 臂架式清障车总布置图3.4 本章小结本章首先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两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采用起重臂架式障车确定设计方案。针

49、对臂架式清障车的设计方案，按照道路清障车标准及总体设计思想，对清障车总体进行设计。依次进行了臂架式清障车的总体组成结构的确定、臂架式清障车的总体布置、臂架式清障车总体布置草图的绘制。第 4 章 臂架式清障车起重臂的设计4.1 臂架式清障车起重臂结构分析臂架式清障车的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可以托起前轮,同时在后轮下垫装滑板。 本臂架式清障车主臂架为“ 之” 字矩形截面箱型梁,由主臂、垂直副臂、托臂构成。其中，起重臂架是由为

50、 16 锰钢板焊成矩形截面。主臂架总成还包括主臂架举升油缸、托臂伸缩油缸等组成。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加强板上,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。4.1.1 吊臂结构分析臂架式清障车的起重臂主臂主要承受轴向压力及弯矩。矩形截面其制造工艺简单，具有较好的抗弯能力与抗扭刚度。基本

51、臂根部与转台铰接,可以相对转动。基本臂下部与变幅液压缸铰接，可改变吊臂仰角。吊臂端部安装有起升滑轮组，可以将事故车抬起、拖拽。吊臂是起重机构的重要部件，其设计的好坏将直接影响起重机构的性能和经济成本。吊臂的结构形式根据变幅方式的不同分为定长式起重臂和伸缩式起重臂两种。本设计选用定长式起重臂。4.1.2 托臂结构分析托臂是指能托起物体沿车辆纵向轴线伸缩且能在其纵向轴线所处的垂直平面内升降的部件（qc/t645-2005）如图 4.1 所示拖臂结构。托臂有托臂全伸、托臂全缩、托臂伸缩行程三个状态。托臂全伸是指托臂处于最长位置，托臂全缩是指托臂处于最短位置的状态，托臂伸缩行程是指托臂从全缩状态到全伸

52、状态的长度变化量。当托臂处于水平位置时，托臂与被托举物间各侧合力点的连线与清障车纵向轴线的交点，即为托举中心。托臂的有效长度是指当托臂处于水平位置时，垂直与清障车纵向轴线的平面从托举中心开始延托臂上轮廓线无阻挡的先前平行移动的最大距离。托举中心至清障车后轴中心垂直平面的距离，即后托距。托臂能沿车辆纵向轴线伸缩。托臂由垂直臂、基本臂和伸缩臂组成，三种臂均采用矩形截面的闭口箱形结构，也主要承受轴向压力及弯矩。基本臂和伸缩臂间有相对滑动,靠其中的支撑滑块来支撑并传递力的作用。 图 4.1 托臂结构4.2 臂架式清障车吊臂与托臂的长度计算4.2.1 吊臂长度计算通过查阅机械设计手册 ，考虑到起重机吊臂

53、端部有变幅拉臂钢丝绳或起升钢丝绳的有利影响，吊臂在回转平面内的计算长度可按下式计算： iic321（4.1）式中：构件实际几何长度；i与支承方式有关的长度系数，对于悬臂构件=2：11变截面长度系数，见表 4.1，等截面取=l；22考虑变幅拉索和起升钢丝绳张力对臂架端部侧向位移约束的长度系数。3当吊臂由变幅油缸变幅时如图，起升绳影响的长度系数可有下式求得： (4.2)2-3ci (4.3)hiaicsincos式中：起升滑轮组倍率；a 吊臂长度；i为几何尺寸，见图 4.2。h、表 4.1 变截面长度系数值2变截面系数maxminii20.11.450.21.350.41.210.61.13i 呈

54、线性变化x0.81.060.11.660.21.450.41.240.61.13i 呈抛物线变化x0.81.05图 4.2 吊臂由变幅油缸变幅图根据以上计算式代入数值算得吊臂长度为 4550mm。4.2.2 托臂长度计算通过查阅机械设计手册 ，根据伸缩臂几何特性伸缩臂长度可按下式计算 ii11（4.5） iii221（4.5） iiii321（4.6） 212ii（4.7） 323ii（4.8）式中：、伸缩臂各段杆的长度。1i2i3i构件实际几何长度。i 固定系数其值为 0.4。1 固定系数其值为 0.7。2 为与变截面长度系数相关的系数，见表 4.2。32、2表 4.2 变截面长度系数值（箱

55、形伸缩臂）2伸缩臂几何特性21.31.61.92.22.531.32.51.32.51.32.51.32.51.32.521.0521.0901.1001.1451.1451.1951.1901.2441.2301.290根据以上计算式代入数值算得托臂总长度为mm。1700i4.3 臂架式清障车吊臂与托臂载荷工况的确定4.3.1 吊臂载荷工况的确定（1）吊臂载荷的处理：吊臂所受载荷包括起升载荷以及由于清障车的起升运行引起的附加载荷。根据吊臂的受力特点及工作情况,将吊臂上垂直载荷和钢丝绳拉力在变幅平面内分解为沿吊臂中心线方向和垂直于吊臂方向的分力。吊臂的载荷处理情况如图 4.3 所示。 dqsq

56、（4.9）式中：垂直载荷， （单位：kg） ；q钢丝绳拉力， （单位：kg） ；s起升动载系数，取为 1.2；吊臂的起重量， （单位：kg） 。dq图中：垂直载荷 q 沿吊臂中心线方向的分力；1q垂直载荷 q 沿垂直吊臂方向的分力；2q钢丝绳拉力 s 沿吊臂中心线方向的分力；1s钢丝绳拉力 s 沿垂直吊臂方向的分力；2s仰角，。a50图 4.3 吊臂载荷处理情况（2）吊臂工况的确定：吊臂工作角度不同，同一工作角度下又处于不同的伸缩状态，所以选择吊臂工作角度为最小和最大又分别处于两种状态作为分析工况。如表4.3 所示工况分析表表 4.3 工况分析工况序号仰角（度）吊臂长度（mm）最大起重量（kg

57、）132455012000025045502500004.3.2 托臂载荷工况的确定（1）托臂载荷的处理：臂架式清障车的最大托举质量是衡量清障车作业技术性能的重要参数之一。qc/t645-2005 标准规定“最大托举质量 ：托臂有效长度为最小值时清障车的额定托举质量” ，而“在最大托牵状态下时，后轴轴荷不得超过其允许载荷的 20%” 。为了保证臂架式清障车所能救援车型的范围尽量广，根据不同车型的前轴轴荷，主要考虑救援类似黄河吨位载重车托举汽车纵梁时能满足要求，并结合ca1160p9k2l3e 型货车的及轮胎承载能力，确定托举机构的最大托举质量。中型的载重汽车一般采用 9.00-20 轮胎，当达

58、到 90km/h 的高速时，承受最大负荷 2200kg，能满足空车高速的行驶。当拖载时，此时负载超过轮胎的额定负荷。由轮胎特性可知，车速越低，轮胎承受的负荷越大。托臂所受载荷为托举载荷，根据托架的受力特点及工作情况,将托臂所受铅直方向的托举载荷均布于托臂横梁上。（2）托臂工况的确定：托臂工作角度为 0 度，水平臂为 1700mm 时，最大托举力为 5000kg。4.4 臂架式清障车吊臂与托臂材料的确定根据对吊臂和托臂的工况分析可知：吊臂的性能参数：在最小仰角 32时，额定起重量为 12000kg；在最大仰角50时，额定起重量为 25000kg。托臂的性能参数：在工作角度 0时，最大托举力为 5

59、000kg。通过查机械设计手册最终确定吊臂和托臂材料：二者的基本臂，托臂的垂直臂均用厚为 10mm 的 16mn 高强度钢板折弯焊接而成，其它的板类零、部件及伸缩臂下底面焊接的两块滑块材料也均为 16mn 高强度钢板。16mn 的弹性模量为 2.0710n/m11，泊松比为 0.3，密度为 7.810 kg/m ，屈服极限 345mpa。2334.5 本章小结臂架式清障车的起重臂架总成是清障车最重要的部分, 也是基本工作装置。本臂架式清障车主臂架为“ 之” 字矩形截面箱型梁,由主臂、垂直副臂及托臂构成。其中，起重臂架是由为 16 锰钢板焊成矩形截面。主臂架总成还包括主臂架举升油缸、 托臂伸缩油

60、缸。本章对臂架进行设计，分析了臂架的受力情况及工况，并且通过查阅机械设计手册进行了臂架及托架长度、材料的选取。第 5 章 臂架式清障车副车架的设计5.1 副车架的截面形状及尺寸在专用汽车设计时，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。车架是汽车承载的基体，贯穿汽车全长。专用装置或设备都直接或间接的安装在车架上。对于臂架式清障车来说，结构和使用条件都比较复杂，使车架受较大的动载荷和扭矩，特别是后轴一