挂车设计计算书

1、-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 1491280/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1、外形尺寸 ( 长宽高 )( 空载)(mm) 16500 32002955 2、整备质量 (kg) 21840 前桥载质量 (kg) 4560 中桥载质量 (kg) 8130 后桥载质量 (kg) 9150 3、装载质量 (kg) 30000 4、最

2、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 32001770 2、平台尺寸 ( 长宽)(mm) 90003200 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 (

3、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 1491280/s29/6 4 2、整备质量 (kg) 8860 3、轴距 (kg) 2925+1350 4、轮距 (mm)前轮 1939 -2- 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 二、列车的动力性计算、列车动力性参数及计算公式1. 发动机扭距 m

4、e me =memax (nmne)2nm 式中 memax发动机最大扭距， 1068n m ； m发动机最大功率时对应的扭距， mp=9550 =9550 =820n m ； nm发动机最大扭距时对应的转速，1400r/min ； np发动机最大功率时对应的转速，2400r/min ； ne发动机转速。2. 列车行使速度 va enp22rr.neig.io档位1 2 3 4 5 6 7 8 9 i 12.42 8.26 6.08 4.53 3.36 2.47 1.81 1.35 1.00 meigiotrcda.va22memp（npnm）2-3- va=0.377 km/h 式中：rr车

5、轮滚动半径，取rr=0.56m； io主传动比； io=6.72 ig变速器传动比，见下表。3. 牵引车驱动力 ft ft= n 式中：nt机械传动效率，取nt=0.85 r车轮半径， r=rr=0.56m。4. 列车行驶中的空气阻力fw fw= n 式中： cd空气阻力系数，取cd=0.95 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 d= 式中： ga 列车最大总重， ga=509306n 、列车动力型参数计算结果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

6、驱动力图和动力特性图根据计算结果，可作出列车驱动力图和动力特性图。图 1 为驱动力图，即 ft va曲线图。图 2 为动力特性图，即dva曲线图。、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vamax，其值为：vamax75km/h 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： d1max=0.266 取 f=0.016 得ft-fwga012+212d1mf1 d21mf21 f2-4- max =arcsin 14.60 最大

7、爬坡度 imax为 imax=tg max=tg 14.600.26=26表 1：列车的动力性参数ner/min 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 me n m1006 1046 1066 1066 1046 1006 946 867 第1 档vakm/h 2.28 2.78 3.29 3.79 4.30 4.81 5.31 5.82 ftn127444 132511 135045 135045 132511 127444 119843 109835 fwn1.38 2.04 2.86 3.80 4.89 6.12 7.46 8.96 d 0.251

8、 0.261 0.266 0.266 0.261 0.251 0.236 0.216 第9 档va km/h28.28 34.55 40.83 47.12 53.40 59.68 65.96 72.24 ftn10261 10669 10873 10873 10669 10261 9649 8843 fw n206.20 307.76 429.81 572.44 735.19 918.28 1121.7 1345.46 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

9、 1 可知，列车的最大牵引力为135000n ，即一档行使时发动机最大扭矩时的驱动力。（二）按头档起步条件计算列车的最大爬坡能力计算公式为：ftmax=gacosmaxf+gasin max+ j 由于最大爬坡值不会太大，上式可近似的写为： ftmaxgaf+gatg max+ j 式中：f 滚动阻力系数，取f=0.016 ；g重力加速度， 9.8m/s2；旋转质量换算系数，取=1.5；j 列车起步过程中的加速度，其值为一变数，一般地va从 0 到 0.5m/s2时取 j=0.4s/m2。max列车用一档起步时最大爬坡角度。将上述各已知参数代入公式中可求得最大爬坡度：imax=tg max=

10、-f- j= -0.016- 0.4 0.1889 即max =arctg0.18891048（三）、列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gaggag-5- 的比率为 206kw/51.77t3.98kw/t。因此，牵引列车的比功率值满足国家标准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：ftfz，n 式中；fz作用与所有驱动轮上的地面法向反作用力fz=163954n 道路附着系数，取值分别为0.4、0.5 、0.6、0.7 、0.8

11、 计算结果列表如下：0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 fzn65582 81977 98372 114768 131163 由计算结果知当列车行驶于0.82 的路面上时，满足附着条件。四、列车最小转弯直径的确定根据公式 dmin=2l21+b12+l22-s2+b22）22式中 l1牵引车轴距 l1=2925mm l2半挂车轴距 l2=10500mm s 牵引车前置距 s=300mm b1牵引车前轮距 b1=1939mm b2半挂车轮距 b2=1680mm 将上述已知参数代入上式中可求得最小转弯直径：dmin =222+12+12-2+12）22 =23730mm 23.7m 五、车架强

12、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。ftgag1509-6- 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

13、荷分配：牵引销负荷 37534n 后轴负荷 89670n 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

14、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： q1=23=3.27n.mm-1 q2=79=3.95n.mm-1 载质量在承载面上均匀分布，其载荷线集度为 q3=39=16.3n.mm-1 2. 纵梁支点处的支反力牵引销 a处的支反力 ra=64337n 后轴 b 处的支反力 rb=14925n 3. 计算纵梁各截面上的弯距：纵梁受力简图及计算所取坐标见图5 所

15、示。ca段： mw （x）=- q1x2 （0 x400）-7- ae段： mw （x）=ra（x-400）- q1x2 （400 x2640）ef段： mw （x）=ra（x-400）- q1x2 - （2640 x3150）fb段：mw （x）=ra（x-400 ）- -3150q1（x- ） - （3150 x10900）bg段： mw （x1）=- q2x12- q3（x1-400）2（400 x1650）gd段： mw （x1）=- q2x12（0 x1400）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mw为纵坐标建立坐标系，将已知量 q1、q2、q3代入弯距方程，便

16、可绘制出单根纵梁的弯距图（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。 mw =46090000n.mm 2. 危险断面：纵梁前段截面变化处x=2190mm mw =107320000n.mm 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mw（x）=0 得 x= 5719mm mw =227000000n.mm 4. 计算危险断面的抗弯系数三处危险断面形状均为工字型，断面形状如图6 所示。

17、截面抗弯系数 w= （1）危险断面b=220mm t=16mm h=300mm h=252mm b=b-t=204mm w= =1486326mm2 （2）危险断面b=220mm t=16mm h=373mm h=325mm b=b-t=204mm w= =1972291mm2 121212q2（ x-22q2（x-2232q3（x-22121212ra-q1+q2+q3q2+q3-8- （3）危险断面b=220mm t=16mm h=520mm h=472mm b=b-t=204mm w= =3039210mm2 5. 计算危险断面上的弯曲应力根据公式 = 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