专用汽车结构与设计10-11教材

1、专用汽车结构与设计专用汽车结构与设计交通学院交通学院一、汽车列车的组成与分类一、汽车列车的组成与分类汽车列车定义汽车列车定义：一辆汽车（货车或牵引车）与一：一辆汽车（货车或牵引车）与一辆或一辆以上挂车的组合。辆或一辆以上挂车的组合。载货汽车和载货汽车和牵引汽车牵引汽车为汽车列车的驱动车节，称为汽车列车的驱动车节，称为主车；被主车牵引的从动车节称为为主车；被主车牵引的从动车节称为挂车挂车。根据牵引车与挂车的不同组合形式，汽车列车分根据牵引车与挂车的不同组合形式，汽车列车分5种种：(1)牵引杆挂车列车或牵引杆挂车列车或全挂汽车列车全挂汽车列车由一辆牵引由一辆牵引车牵引一辆或一辆以上的车牵引一辆或一

2、辆以上的全挂车全挂车组合而成的汽车组合而成的汽车列车。列车。(2)铰接列车或铰接列车或半挂汽车列车半挂汽车列车由一辆由一辆半挂半挂牵引车牵引车和一辆和一辆半挂半挂车组合而成的汽车列车。车组合而成的汽车列车。(3)双挂汽车列车双挂汽车列车由一辆由一辆半挂牵引车半挂牵引车与一辆与一辆半挂半挂车车和一辆和一辆全挂车全挂车组合的汽车列车。组合的汽车列车。(4)全挂式半挂汽车列车全挂式半挂汽车列车由由牵引货车牵引货车通过牵引拖通过牵引拖台连接一辆台连接一辆半挂车半挂车的组合。的组合。(5)特种汽车列车特种汽车列车由牵引车和特种挂车组合，具由牵引车和特种挂车组合，具有特殊结构或装有专用设备的汽车列车。有特

3、殊结构或装有专用设备的汽车列车。二、牵引车的分类二、牵引车的分类按照按照挂车形式挂车形式分为全挂牵引车、半挂牵引车和特分为全挂牵引车、半挂牵引车和特种挂车牵引车。按照种挂车牵引车。按照用途用途分为分为一般用途牵引车和一般用途牵引车和专用牵引车专用牵引车(如火车站搬运牵引车即可在铁轨上行如火车站搬运牵引车即可在铁轨上行使也可在平地上行使，专门适合火车站的搬运作使也可在平地上行使，专门适合火车站的搬运作业业)。三、挂车的分类三、挂车的分类1、按照牵引连接方式分为、按照牵引连接方式分为全挂车全挂车(挂车的载荷全挂车的载荷全部由自身承受部由自身承受)、半挂车半挂车(车轴置于车辆质心后面车轴置于车辆质心

4、后面,部分载荷可通过牵引座由牵引车承受部分载荷可通过牵引座由牵引车承受)和和特种挂车特种挂车.车轴配置直接影响挂车的装载质量，装载质量增车轴配置直接影响挂车的装载质量，装载质量增加，车轴数量相应增加。半挂车车轴的数量有加，车轴数量相应增加。半挂车车轴的数量有单单轴、双轴、三轴和多轴轴、双轴、三轴和多轴。半挂车的车架有平板式、鹅颈式和凹梁式三种。半挂车的车架有平板式、鹅颈式和凹梁式三种。平板式车架平板式车架(图图a)整个整个货台是平直的，且放在车轮货台是平直的，且放在车轮之上，牵引车和半挂车的搭接部分的上部空间得之上，牵引车和半挂车的搭接部分的上部空间得到充分利用，因而具有较大货台面积，这种车架

5、到充分利用，因而具有较大货台面积，这种车架形式结构比较简单，制造容易，多用于超重型挂形式结构比较简单，制造容易，多用于超重型挂车。车。鹅颈式车架鹅颈式车架(图图b)又称阶梯式，车架呈阶梯形，货又称阶梯式，车架呈阶梯形，货台平面在鹅颈之后，从而使货台主平面降低，便台平面在鹅颈之后，从而使货台主平面降低，便于货物的装卸和运输，但车架的受力情况不如平于货物的装卸和运输，但车架的受力情况不如平板式车架好。板式车架好。凹梁式车架凹梁式车架(图图c)货台平面呈凹形，货台平面呈凹形，具有最低的承载平面，一般适于运输大型或超高具有最低的承载平面，一般适于运输大型或超高的设备。的设备。2、挂车按照用途分为一般、

6、挂车按照用途分为一般用途挂车用途挂车、专用挂车专用挂车(具有专用车厢及附属装置，只用于运输一定种类具有专用车厢及附属装置，只用于运输一定种类的货物或某种特定形式的货物的货物或某种特定形式的货物)和和特种用途挂车特种用途挂车(主要工作不是用来完成纯粹的运输任务，而是用主要工作不是用来完成纯粹的运输任务，而是用来完成某一特定的工作任务，如工程挂车、坦克来完成某一特定的工作任务，如工程挂车、坦克运输车和导弹发射车等军用挂车、移动电站等运输车和导弹发射车等军用挂车、移动电站等)。几种常用专用挂车：几种常用专用挂车：(1)液态物料运输半挂车液态物料运输半挂车(2)粉粒物料运输半挂车粉粒物料运输半挂车(3

7、)汽车运输半挂车汽车运输半挂车(4)箱式半挂车箱式半挂车(5)自卸式半挂车自卸式半挂车(6)冷藏半挂车冷藏半挂车半挂车与牵引车采用牵引座与牵引销的无间隙连接方式，半挂车与牵引车采用牵引座与牵引销的无间隙连接方式，缩短了列车总长、提高整车行使稳定性和机动性、容易缩短了列车总长、提高整车行使稳定性和机动性、容易倒车、方便驾驶；另外，半挂车部分载荷由牵引车承受，倒车、方便驾驶；另外，半挂车部分载荷由牵引车承受，从而提高了牵引车驱动轮的附着质量、加大了牵引车的从而提高了牵引车驱动轮的附着质量、加大了牵引车的牵引力、使发动机功率得到充分发挥。鹅颈式和凹式车牵引力、使发动机功率得到充分发挥。鹅颈式和凹式车

8、架半挂车的质心较低，装卸货物容易、行使安全、适合架半挂车的质心较低，装卸货物容易、行使安全、适合大批量、中远距离运输。大批量、中远距离运输。(一一)半挂车总体结构半挂车总体结构1、图为、图为鹅颈式半挂车鹅颈式半挂车车架，这种车架既照顾了牵引销的高度要求车架，这种车架既照顾了牵引销的高度要求(由由牵引车高度决定牵引车高度决定)，又可降低货台平面的高度。，又可降低货台平面的高度。重型半挂车为方便装卸货物一般都带有重型半挂车为方便装卸货物一般都带有折叠式随车跳板折叠式随车跳板，装卸货物，装卸货物(如汽车如汽车)时，货物可以沿着跳板上下。列车行使过程中跳板收起。时，货物可以沿着跳板上下。列车行使过程中

9、跳板收起。(二二)半挂车和牵引车的连接尺寸半挂车和牵引车的连接尺寸P229(三三)半挂车的轴荷分配半挂车的轴荷分配P230二、半挂车支承装置的结构与设计二、半挂车支承装置的结构与设计(一一)对支承装置的要求对支承装置的要求P231(二二)支承装置的分类支承装置的分类1、按齿轮传动机构分单级、双级和三级齿轮传、按齿轮传动机构分单级、双级和三级齿轮传动支承。动支承。2、按操作方式分连动支承和单动支承。、按操作方式分连动支承和单动支承。3、按支承管的结构分类有基本式和折叠式支承、按支承管的结构分类有基本式和折叠式支承.4、按支承装置接地拖盘的形式分铰接式、橡胶、按支承装置接地拖盘的形式分铰接式、橡胶

10、垫式、球铰式和滚轮式支承。垫式、球铰式和滚轮式支承。(三三)支承装置设计支承装置设计1、支承装置的位置所在位置应保证半挂车满、支承装置的位置所在位置应保证半挂车满载时，支承装置的装载质量不超过半挂车总质量载时，支承装置的装载质量不超过半挂车总质量的一半。的一半。2、支承装置的高度和行程根据半挂车承载面、支承装置的高度和行程根据半挂车承载面的高度和支承装置收起时要求的最小离地间隙确的高度和支承装置收起时要求的最小离地间隙确定。定。3、支承质量根据半挂车的总质量以及支承装、支承质量根据半挂车的总质量以及支承装置位置等参数，求出作用在每一支承装置上的承置位置等参数，求出作用在每一支承装置上的承载质量

11、；并考虑装载的不均匀、地面倾斜、装载载质量；并考虑装载的不均匀、地面倾斜、装载时的冲击载荷等因素，乘上一个附加装载质量系时的冲击载荷等因素，乘上一个附加装载质量系数数(K1.11.3)。4、手柄力的计算公式、手柄力的计算公式(8-1)三、半挂车牵引连接装置结构与设计三、半挂车牵引连接装置结构与设计连接装置的作用连接装置的作用是将牵引车和半挂车牢固连接，是将牵引车和半挂车牢固连接，实现半挂车的正确转向，并起牵引和支承的作用。实现半挂车的正确转向，并起牵引和支承的作用。其其基本形式基本形式为牵引座牵引销组合。牵引销安装为牵引座牵引销组合。牵引销安装在半挂车车架前部的牵引板上，牵引座安装在牵在半挂车

12、车架前部的牵引板上，牵引座安装在牵引车车架上，并有引车车架上，并有分离连接结构和锁紧机构分离连接结构和锁紧机构，以保证牵引座与牵引销的可靠连接和分离。以保证牵引座与牵引销的可靠连接和分离。(四四)半挂车车架设计半挂车车架设计1、半挂车的结构由横梁、半挂车的结构由横梁1和纵梁和纵梁2组成。组成。(1)纵梁其横截面有工字形、槽形、箱形等。纵梁其横截面有工字形、槽形、箱形等。槽槽形截面形截面纵梁具有较高的抗弯强度，纵梁具有较高的抗弯强度，箱形截面箱形截面具有具有较高的抗扭强度，大吨位半挂车多采用较高的抗扭强度，大吨位半挂车多采用工字形截工字形截面面的型钢。的型钢。(2)横梁常用横梁有横梁常用横梁有圆

13、管形圆管形(具有较高的抗扭强具有较高的抗扭强度，一般布置在车架纵梁的两端、靠近下翼板，度，一般布置在车架纵梁的两端、靠近下翼板，以增强车架的整体抗扭转刚度以增强车架的整体抗扭转刚度)、工字形工字形、槽形槽形(多为钢板冲压成形，制造工艺简单、成本低，扭多为钢板冲压成形，制造工艺简单、成本低，扭转刚度较差转刚度较差)和和箱形箱形(与圆形相似，具有较好的抗与圆形相似，具有较好的抗扭转性能扭转性能)。(3)纵梁和横梁的连接即节点结构纵梁和横梁的连接即节点结构纵横梁连接方式具有纵横梁连接方式具有上下翼缘连接上下翼缘连接、腹板连接腹板连接、翼缘腹板连接翼缘腹板连接和和横梁贯穿纵梁腹板连接横梁贯穿纵梁腹板连

14、接四种方四种方式。式。P239(4)车架宽度选择车架宽度选择P240表表8-1中推荐尺寸。中推荐尺寸。(5)车架底板结构车架底板结构P240如图如图8-30。(二二)车架设计车架设计1、受力分析将车架两纵梁简化为、受力分析将车架两纵梁简化为简支梁简支梁、左、左右对称受载，车辆的整备质量及载荷由两根纵梁右对称受载，车辆的整备质量及载荷由两根纵梁按均布载荷分别承担。按均布载荷分别承担。2、弯矩计算将空车簧载质量对车架纵梁的弯、弯矩计算将空车簧载质量对车架纵梁的弯矩和满载质量对车架纵梁的弯矩进行矩和满载质量对车架纵梁的弯矩进行叠加叠加，得到，得到的总弯矩，为车架所受到的最大弯矩值。的总弯矩，为车架所

15、受到的最大弯矩值。3、强度验算弯曲应力小于等于许用应力。根、强度验算弯曲应力小于等于许用应力。根据公式代入数据即可。据公式代入数据即可。4、刚度验算考虑车架的挠度。因为半挂车车、刚度验算考虑车架的挠度。因为半挂车车架纵梁的弯曲变形，取决于纵梁刚度。架纵梁的弯曲变形，取决于纵梁刚度。一、全挂车的总体结构与设计一、全挂车的总体结构与设计全挂车的全部载荷由挂车承载，牵引车只起牵引全挂车的全部载荷由挂车承载，牵引车只起牵引作用，因此全挂出的前支承为作用，因此全挂出的前支承为轮轴结构轮轴结构、且前轴、且前轴设有转向装置，以减少轮胎的侧滑、磨损和汽车设有转向装置，以减少轮胎的侧滑、磨损和汽车列车的转向阻力

16、。列车的转向阻力。二、全挂车的转向装置二、全挂车的转向装置两种：一种是两种：一种是轴转向式轴转向式,即转向时，车轮除绕其中即转向时，车轮除绕其中心旋转外，还与车轴一起绕车轴心旋转外，还与车轴一起绕车轴中心中点垂直线中心中点垂直线(中垂线中垂线)转动。另一种是转动。另一种是轮转向式轮转向式，即转向时，即转向时，车轮绕转向主销转动，而车轴不转动。车轮绕转向主销转动，而车轴不转动。三、全挂车的牵引连接装置三、全挂车的牵引连接装置以以牵引钩挂环牵引钩挂环为主，为主，牵引钩牵引钩安装在牵引车车架安装在牵引车车架后横梁及附加支撑上，挂环安装在全挂车的牵引后横梁及附加支撑上，挂环安装在全挂车的牵引架上，通过

17、牵引钩与挂环使牵引车和全挂车连接架上，通过牵引钩与挂环使牵引车和全挂车连接.四、全挂车车架设计中、四、全挂车车架设计中、小吨位全挂车车架由两小吨位全挂车车架由两根纵梁和若干根横梁组根纵梁和若干根横梁组成，常见结构如图成，常见结构如图.纵纵梁和横梁连接处设有辅梁和横梁连接处设有辅助加强板。助加强板。一、挂车悬架的结构一、挂车悬架的结构挂车悬架挂车悬架是将挂车车架与车轴相连的全套装置的是将挂车车架与车轴相连的全套装置的总称。主要功用是传递作用在车轮和车架之间的总称。主要功用是传递作用在车轮和车架之间的各种载荷，并减少或消除由不平路面通过车轴传各种载荷，并减少或消除由不平路面通过车轴传给车架的冲击和

18、振动，以改善挂车行使的平顺性。给车架的冲击和振动，以改善挂车行使的平顺性。挂车的悬架由挂车的悬架由弹性元件弹性元件、减振器减振器和和导向装置导向装置三部分组三部分组成。常用弹性元件主要有成。常用弹性元件主要有钢板弹簧钢板弹簧(早期用的较多，其早期用的较多，其结构和工艺简单、安装维修方便、价格低廉，在缓冲结构和工艺简单、安装维修方便、价格低廉，在缓冲方面基本满足要求，现仍应用较为普遍方面基本满足要求，现仍应用较为普遍)、空气弹簧空气弹簧(90年代后期发展起来的、成本很高年代后期发展起来的、成本很高)、液压弹簧液压弹簧(用于运输用于运输大吨位成套设备的低速、超宽、超重吨位的挂车上大吨位成套设备的低

19、速、超宽、超重吨位的挂车上)以以及及他们的组合他们的组合。(一一)钢板弹簧平衡悬架钢板弹簧平衡悬架采用平衡悬架的原因采用平衡悬架的原因为了保证汽车列车各轴的为了保证汽车列车各轴的车轮能与地面保持良好的接触，避免因个别车轮车轮能与地面保持良好的接触，避免因个别车轮悬空造成其他车轮超载。悬空造成其他车轮超载。如图如图推力杆式双轴钢板弹簧平衡悬架推力杆式双轴钢板弹簧平衡悬架。在前后两。在前后两组钢板弹簧之间装有平衡臂组钢板弹簧之间装有平衡臂5和推力杆和推力杆2，用支架，用支架1固定在车架上。推力杆的作用是传递作用在悬固定在车架上。推力杆的作用是传递作用在悬架上的力矩，并通过其杠杆作用使其连接的两轴架

20、上的力矩，并通过其杠杆作用使其连接的两轴车轮保持与地面接触，并受载均匀。车轮保持与地面接触，并受载均匀。(二二)液压悬架利用液压缸实现传力和减振功能液压悬架利用液压缸实现传力和减振功能(三三)空气弹簧悬架空气弹簧悬架具有较为理想的弹性、结构简单、减振具有较为理想的弹性、结构简单、减振效果好，在挂车上的应用越来越多。效果好，在挂车上的应用越来越多。与钢板弹簧相比与钢板弹簧相比，空气悬架的，空气悬架的横向尺寸较大、垂直刚度较低，若按传统方法将空气弹簧布置在车横向尺寸较大、垂直刚度较低，若按传统方法将空气弹簧布置在车架纵梁下方，则悬架的侧倾角刚度就会太低，车身在转向时产生较架纵梁下方，则悬架的侧倾角

21、刚度就会太低，车身在转向时产生较大的侧倾运动，因此布置时应尽量将空气弹簧安排得大的侧倾运动，因此布置时应尽量将空气弹簧安排得跨度大跨度大一些。一些。二、挂车悬架设计要点二、挂车悬架设计要点(一一)汽车列车悬架设计中的匹配问题汽车列车悬架设计中的匹配问题1、车辆各轴悬架的弹性与阻尼的匹配与协调、车辆各轴悬架的弹性与阻尼的匹配与协调为了缓和列车的垂直振动，希望悬架刚度小，但悬架过为了缓和列车的垂直振动，希望悬架刚度小，但悬架过软，容易引起车辆的纵向和侧向角振动，制动和转向时软，容易引起车辆的纵向和侧向角振动，制动和转向时产生不安全感，使车辆操纵恶化；若悬架刚度过大，列产生不安全感，使车辆操纵恶化；

22、若悬架刚度过大，列车在不平路面行使时，将产生很大冲击和剧烈的垂直振车在不平路面行使时，将产生很大冲击和剧烈的垂直振动，乘坐不舒适，驾驶员容易疲劳，所运载货物也容易动，乘坐不舒适，驾驶员容易疲劳，所运载货物也容易遭到破坏。理论和实践证明，悬架的减振器阻尼特性与遭到破坏。理论和实践证明，悬架的减振器阻尼特性与系统刚度不匹配，悬架的振动特性比不装减振器时还差系统刚度不匹配，悬架的振动特性比不装减振器时还差.2、悬架与转向系统的运动协调、悬架与转向系统的运动协调转向节臂的球头随车架上下运动，并受转向直拉杆前后运动的牵连，转向节臂的球头随车架上下运动，并受转向直拉杆前后运动的牵连，设计时必须使纵置钢板弹

23、簧与转向直拉杆运动时不发生干涉，否则，设计时必须使纵置钢板弹簧与转向直拉杆运动时不发生干涉，否则，车轮或车架的振动将会引起转向车轮绕主销的摆动和转向盘的抖动，车轮或车架的振动将会引起转向车轮绕主销的摆动和转向盘的抖动，影响汽车列车的操纵稳定性。影响汽车列车的操纵稳定性。3、轴转向问题、轴转向问题轴转向又称轴转向又称侧倾转向侧倾转向，它常常是由车身侧倾时，左右钢板弹簧一侧，它常常是由车身侧倾时，左右钢板弹簧一侧“伸长伸长”，另一侧，另一侧“缩短缩短”而引起的。其而引起的。其定义定义为：车辆在侧向力作为：车辆在侧向力作用下产生侧倾，从而引起用下产生侧倾，从而引起前转向轮绕转向主销转动前转向轮绕转向

24、主销转动、后轮绕垂直于后轮绕垂直于地面轴线的转动地面轴线的转动，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。在车辆总布置设计与悬架设计时，往往让前轴的轴转向作用使车辆在车辆总布置设计与悬架设计时，往往让前轴的轴转向作用使车辆获得不足转向效果，后轴的轴转向作用使车辆产生过多转向的效果，获得不足转向效果，后轴的轴转向作用使车辆产生过多转向的效果，从而使列车可以获得较好的稳态转向特性。从而使列车可以获得较好的稳态转向特性。4、悬架与制动系统的运动协调包括、悬架与制动系统的运动协调包括3个方面：个方面：(1)牵引车强烈制动时，前钢板弹簧纵向产生扭曲造成与转向系统的牵引车强烈制

25、动时，前钢板弹簧纵向产生扭曲造成与转向系统的干涉干涉为避免此干涉，尽量降低转向节臂球销的高度，并使其尽量为避免此干涉，尽量降低转向节臂球销的高度，并使其尽量靠近钢板弹簧的扭曲中心。靠近钢板弹簧的扭曲中心。(2)车辆强烈制动产生较大的制动点头问题车辆强烈制动产生较大的制动点头问题采用非对称的纵置钢板采用非对称的纵置钢板弹簧具有较好的抗制动点头的作用。弹簧具有较好的抗制动点头的作用。(3)后钢板弹簧悬架在车辆强烈制动时的变形对传动轴最大滑出量的后钢板弹簧悬架在车辆强烈制动时的变形对传动轴最大滑出量的影响影响车辆满载时，考虑钢板弹簧的最大垂直变形和扭曲变形后对车辆满载时，考虑钢板弹簧的最大垂直变形和

26、扭曲变形后对传动轴进行运动校核。传动轴进行运动校核。(二二)挂车悬架基本参数选择挂车悬架基本参数选择1、前、后悬架系统动、静挠度的选择和匹配、前、后悬架系统动、静挠度的选择和匹配前、后悬架静挠度的匹配，对列车的行使前、后悬架静挠度的匹配，对列车的行使平顺性平顺性有很大影响。一般有很大影响。一般希望其静挠度值与其固有频率相近，以希望其静挠度值与其固有频率相近，以减少共振减少共振；另一方面，又希；另一方面，又希望后悬架的静挠度小于前悬架的静挠度，以减少望后悬架的静挠度小于前悬架的静挠度，以减少车身的纵向角振动车身的纵向角振动。悬架的动挠度按其相应的静挠度选择，对于货运汽车列车，一般可悬架的动挠度按其相应的静挠度选择，对于货运汽车列车，一般