消防车改装设计

1、摘 要随着国家经济的不断发展，全世界几乎每年要发生近百万次火灾造成大量人员伤亡和较大的物质损失。因此，如何防止火灾发生，在火灾发后如何有效地组织扑救，以便尽可能地减少火灾损失。本设计将参考水罐消防车的基本形状，并根据设计要求查找相关资料进行的设计。其中主要的设计内容有，二类底盘的计算与选择：由整车总体布置和工作装置设计确定二类底盘，计算整车总质量；消防水罐的选择与设计：通过水重确定压强，由压强算出水罐壁厚，确定材料选择水罐；消防管路系统的选择和设计：由整车的总体布置来选择管路系统，根据国家标准和性能参数选取消防泵和取力器，布置消防附件。最后进行整车的性能分析计算,结果表明基本达到了国家对改装车

2、上路的标准。关键词：水罐；水泵；水炮；消防车；水罐消防车ABSTRACTWith the continuous development of the national economy, the whole world to take place almost every year a fire nearly a million times. Caused heavy casualties and material losses larger. Therefore, how to prevent the fire occurred after the fat in the fire how to

3、 effectively organize to fight in order to minimize fire losses. The water will be designed to reference the basic shape of fire engines, and in accordance with design requirements to find relevant information design. The design of the main contents, the calculation of second-class chassis with opti

4、ons: by car overall layout and design work to determine second-class chassis, calculated the total mass of vehicle; Fire choice and design of water: re-determine the pressure through the water by water pressure to calculate wall thickness, material selection to determine water; Fire pipeline system

5、selection and design: from the vehicle to choose the overall layout of piping system, in accordance with national standards and performance parameters of the design of fire pumps and take power, and layout of the Fire Annex . Finally, analysis of vehicle performance,the results show that the state r

6、eached a standard road car modified.Keyword:WaterTanks Pump;Water Cannons;Fire Engines; Fire-extinguishing Water Tanker目录摘要.IAbstractII第1章 绪论.11.1 水罐消防汽车定义，组成，功用.11.2 国内外水罐消防汽车的发展概况.21.3 水罐消防汽车发展方向与前景.31.4 设计的目的和意义.71.5 设计内容.7第2章 底盘及罐体的选择计算92.1 水罐消防汽车底盘的选择.92.2 罐体的设计及材料的选择.112.3 防波板的设计.142.4 本章

7、小结.14第3章 水泵系统的设计与选择.153.1 高压离心消防泵选择.15 高压离心消防泵的特点15 高压离心消防泵的发展趋势15 消防车用水泵的选择153.2 取力器的选择.17 取力器布置方案选择17 取力器基本参数选择183.3 本章小结.19第4章 主要车用消防装备的选择.204.1 水枪和水炮.20 水枪20 绞盘的选用21水炮的选择.214.2本章小结.22第5章 副车架的设计.235.1副梁的截面形状及尺寸.235.2副梁的前端形状及位置.245.3副车架与车架的连接.245.4副车架强度刚度校核.265.4.1额定装载时整车重心的求解265.4.2副车架剪力与弯矩的求解 26

8、5.4.3副车架强度刚度校核295.4.4副车架弯曲变形校核305.5本章小结.32第6章 水罐消防车基本性能参数计算336.1 发动机的动力性.33 发动机的外特性33 汽车行驶方程式36 动力性评价指标37整车动力性计算396.2 燃油经济性计算.416.3 水罐消防汽车稳定性计算.426.4 额定工况工作状态.446.5 本章小结.44结论.45参考文献.36致谢.48附录A.49附录B.53第1章 绪 论国家相关部门统计资料显示，我国的消防车保有量约为2.3万辆，近年新增和更新消防车近3000辆。但我国的消防车车型结构不尽合理，特种车比例过低，水罐消防车约占总量的70，而特种车（除水罐

9、、干粉、泡沫外的车辆）仅占10，且车型较老。有专家预测：目前，我国消防车市场，从总体上看正处于一个高增长的阶段。在未来的5年之内，这种增长的势头一直不会减弱。每年平均增长量会维持在2000台左右，水罐消防车有很大的市场前景1。1.1 水罐消防汽车定义组成和功用水罐消防车是利用本车发动机驱动车载水泵，将高压水送到水枪或水炮，水依靠泵产生的高压将水送往高处。消防汽车,是装备各种消防器材、消防器具的各类消防车辆的总称，是目前公安消防队、企业消防队与火灾作斗争的主要工具，是最基本的移动式消防装备。水罐消防车自上世纪初诞生以来，不断发展，日趋完善，以成为当今消防的主要专用车之一。水罐消防车按最大总质量可

10、分为三类：一类为轻型水罐消防车（2t5t）；中型（8t12t）、重型（14t以上）。消防车在扑救火灾中所以能发挥独特的威力，主要依赖于汽车快速反应的机动性，车上装备的机动式泵以及其他各种消防器具的独特功能和工作效率。普通水罐消防车有三大部分组成，即二类汽车底盘、水罐和水泵系统。其主要组成如下：其中水泵系统是水罐消防车的主要结构部分。1.2 国内外水罐消防汽车的发展概况我国专用车生产始于上世纪60年代初，经过40多年的发展，尤其是在上世纪80年代以后通过技贸结合与合作生产方式，从国外引进若干先进的水罐消防车制造技术，并在此基础上形成以若干大型汽车制造厂为主体的机械传动式水罐消防车生产企业集团。为

11、我国水罐消防车的腾飞打下了坚实的基础。当然除普通水罐消防车以外，专用水罐消防车的生产也得到了一定的发展，尤其是新世纪以来，随着我国社会经济和交通环境的改善，各行业对专用汽车尤其是工程系列专用汽车的需求越来越大。专用汽车将跟更加注重行业化、专用化、系列化。目前消防车辆的高科技产品和关键部件仍需进口。我国消防车辆在产量上已具有一定的规模，但大多数属于劳动密集型和中低技术水平的产品，品质和细节有待加强。一些技术含量较高的车型尤其是关键零部件仍需进口，例如一些50以上登高消防车的上装部分、数控水炮、A类泡沫灭火系统等。此外，进口消防车辆的动力性、耐久性及舒适性等方面也较国产车辆好。消防车辆改装企业的规

12、模与基型车、乘用车生产企业相比普遍过小，技术力量薄弱，研发资金也相对较少。由于消防车辆市场容量相对较小，新产品开发投人大，回报周期长，绝大多数企业在技术研发上投人不足，只好通过引进、仿制来完成产品的升级换代，缺乏自主研发，尤其是对高科技含量产品的自主研发能力。国内消防车辆虽然近几年发展较快,但在品种和车型结构上还存在较大的差距。国外消防车辆品种较为丰富,从小型拖车到大型挂车,从摩托车到汽车列车,从简单的乘用车到双发动机的机场消防车等,类型十分丰富。此外,国外消防车辆轻、中、重型比例为343 ,而我国目前为253 ,从这一比例可以看出,我国轻型消防车辆比重偏少。消防车辆底盘具有独特的结构技术要求

13、。与普通货车相比,消防车辆使用频率较低,但消防部队面临的任务却要求车辆必须具备极高的完好率和可靠性,能够快速到位,持久作战。底盘作为消防车辆行走、动力输出的基础部分,必须具备高效、可靠、持久的特点。此外,车辆底盘还承担着与上装部分连接、匹配的重任,底盘结构的布局直接影响着消防车辆的整体设计。我国消防车辆上装的关键件总体水平不太高,如液压件、电控件、水泵、阀门、仪表等与国外差距较大,制约了高水平消防车辆的开发生产。由于消防车辆具有批量小、种类多、品种杂、多数上装科技含量高等特点,对底盘有着各自独特的要求,只有较为合适的底盘,才能与上装合理匹配,有效地发挥消防车辆整体效能,并延长其使用寿命。国内消

14、防车辆专用底盘供应不足,绝大多数改装厂只能用二类载货车底盘改装,为了生产不得已对二类载货车底盘进行大刀阔斧的改造,结果弄得底盘面目全非,性能受损,严重的还影响到了车辆安全性,制约了国产消防车辆的发展。为提高水罐消防车的科技含量，追求高附加值，各国更是不断采用先进技术，其主要表现以下几个方面：全面提高水罐消防车内在质量和使用性能；随着使用范围的不断扩大、用户要求的不断提高，水罐消防车正朝者多品种、系列化、小批量的方向发展；在制造加工方面，水罐消防车朝着底盘生产专业化、零部件生产专业化、工艺专业化和辅助生产专业化方向发展；广泛采用计算机辅助设计，以提高设计的质量和缩短设计研制的周期；在材料配置上，

15、将更多地采用高强度铝合金、不锈钢、工程塑料和聚合材料等。目前，水罐消防车以形成自己独特的结构与车型系列。水罐消防车作为消防车家族的重要组成，多品种、小批量也是其一大特点。水罐消防车生产的另一个特点是零部件专业化生产，大部分专用汽车厂实际是一个总装厂。其产品按结构分工或组织专业化协作生产2。1.3水罐消防汽车发展方向与前景近几年，随着消防部队灭火和抢险救援任务的飞速发展，消防部队对车辆装备也有了较高的要求，这就迫使消防车辆生产企业必须针对市场研发出适应当前多样化、复杂化、专业化实战需求的消防专业车辆。在第十届国际消防设备技术交流展览会上，国内外近30家企业展出了20多个品种70余辆消防车，一改中

16、型车辆唱主角的现象，重型车辆引人注目，轻型车辆各有特色，体现了今后一段时期国内消防车辆的发展方向。但仅仅这些车型还难以满足日益复杂、危急的灭火和抢险救援实战的要求，仍需不断增加车辆类型，使产品结构趋于合理。物流车辆正向着重型化和轻型化两方面发展，重型车辆主要用于跨区域公路货物运输，发挥其载重量大、成本低的特点；而轻型车辆则用于城市内运输集散，发挥其体积小，快速便捷的特点。国内消防车辆也将向重型化和轻型化两个方向发展，一方面随着我国公路网络的高速发展，使得消防部队远距离、多装备灭火和抢险救援更为便捷，这就要求作战车辆必须具备大功率、高速、重载、高效等特点，重型化车辆必是首选；另一方面，随着城市交

17、通的日益拥堵和灭火技术的不断发展，上装高效灭火设备或多用途的轻型消防车辆凭借其体积小巧，机动性强的特点，将更加适应城市灭火和抢险救援任务。重型化和轻型化消防车辆各有其独特的优势，在实战中两者可以相互补充，发挥其最佳配置效能。传统的中型消防车辆由于数量较多，维修方便和受传统观念影响等原因，在一段时期内还会继续发展。底盘生产企业与改装企业合作，生产出消防车辆专用底盘。消防车辆底盘具有独特的结构技术要求。与普通货车相比，消防车辆使用频率较低，但消防部队面临的任务却要求车辆必须具备极高的完好率和可靠性，能够快速到位，持久作战。底盘作为消防车辆行走、动力输出的基础部分，必须具备高效、可靠、持久的特点。此

18、外，车辆底盘还承担着与上装部分连接、匹配的重任，底盘结构的布局直接影响着消防车辆的整体设计。    国外经验表明，底盘生产企业与改装企业针对消防车辆特点，联合研发出几种消防车辆专用底盘，形成一定规模的产量，一方面能降低企业的生产成本；另一方面能最大限度发挥车辆与上装的效能。目前国内一些消防车辆生产企业已经意识到这一问题，有的企业与底盘生产企业积极合作，在原有二类底盘的基础上对底盘结构进行有针对性的布局设计，以满足上装部分的特殊需求。可以预见，随着消防车辆上装部分技术、功能的要求越来越苛刻，对车辆底盘也将提出更加专业的要求，底盘厂与改装厂为了适应市场的需求

19、，必将研发出批量生产的专业化消防车辆底盘。 消防车辆上装部分的发展消防车辆的上装部分主要包括动力输出系统、灭火系统、专勤系统和各种电气设备等。其中，灭火系统和专勤系统是体现消防特色的两个重要组成部分。    在各类灭火剂中，水是最主要也是最重要的灭火剂，但随着水资源的日益紧张，国家节能中长期专项规划的实施，节水高效灭火系统将逐步替代传统的水灭火系统。当今世界较为先进的空气压缩泡沫灭火系统和细水喷雾灭火系统会有较大需求。    空气压缩泡沫灭火系统的灭火用水由消防泵中抽出，加入特定比例的浓缩泡沫液，然后再充入压缩空气泵产生的空

20、气，在消防水管或消防水带中强力搅拌，形成一种高能量的灭火泡沫，这种泡沫体积较小，所携带的水量不多，却可以达到完整吸热的作用，吸热速度比单纯用水快5倍以上。实验表明：灭同样规模的火，空气压缩泡沫灭火系统水的使用量仅为传统灭火用水量的15.目前，美国大力公司上装此类系统的CAPS消防车，已少量装备部队，反映较好。国内也有消防车辆改装企业引进了此类系统，已研制出定型车辆。    此外，还有沉寂多年的适应车辆上装需要的干粉灭火系统、二氧化碳灭火系统等，随着火灾形势的发展，也将有少量专业需求。针对这些系统极少使用，一旦使用灭火剂用量极大等特点，此类车辆的发展以重型

21、车辆、拖挂车辆为主，可以区域范围内配置，跨区域调度。专勤系统是指完成某项或多项消防专业技术作业的系统，如举高系统、照明系统、排烟系统、防化系统等。随着近几年消防部队火灾和抢险救援任务的复杂化、多样化、专业化，各种上装专勤系统的消防车辆也相应得到了发展。国内专勤消防车辆的发展应以“多功能、专业性、实战性”为原则，大力倡导“模块化、系列化、通用化”设计理念，强调上装系统的实战性、可靠性、持久性。举高、照明、排烟、防化、通讯指挥、空气呼吸器充装、无线遥控、吊装、自动装卸等系统，将是今后多功能专勤车辆使用较为频繁的上装部分3。    安全性方面车辆的安全性是当前

22、汽车业最热门的领域，消防车辆由于其使用的特殊性，对安全性方面应具备更加严格的要求，如对车辆的重心高度、侧倾角度、照明警示等标准应适当高于普通民用车辆。    在车辆上装备制动防抱死（ABS）和加速防滑（ASR）系统的电子稳定程序（ESP），可以一直监控车辆的行驶状态，在快速度的弯道行驶、湿滑道路、紧急制动以及紧急避让等紧急情况下，对可能发生侧滑或车轮抱死自动做出反应，通过调节发动机制动管理和制动系统来稳定车辆的行驶状态，从而有效提高了车辆的安全性；大量应用LED照明和警示灯具，使车辆发光效率高、照明范围大、能源消耗低、使用寿命长、反应速度快；配备欧洲标准

23、的前后防钻入装置；大量采用无尖角设计和抗破碎、抗折断及阻燃材料等，从而在主动安全性和被动安全性两个方面提高车辆的整体安全性能。    国产消防车辆使用寿命一般为八年，但部分车辆在使用五至七年后，车辆性能大不如前，各种阀门、卷帘门开启困难，灭火剂容器滴漏，车漆起泡剥落，可靠性不如进口车辆。随着我国汽车制造业发展，动力性好、承载力大、坚固耐用、大修里程增长的国产优质底盘将更多的用于消防车辆的改装。耐锈蚀电泳底漆；镀铬和塑封技术；预应力高分子橡胶支撑和空气悬架；高强度钢和新型复合材料等技术的使用将一步提升消防车辆的可靠性4。   

24、 轻型化是降低油耗，增加有效上装质量，提高运载效率和操控安全性的重要途径之一，是当前国内外消防车辆追求的新目标。轻量化材料应用较多的有铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及复合材料等。根据当前国内汽车制造业的水平推测，消防车辆在发动机、车架和车厢、车身板件和覆盖件、灭火剂容器等部分大量使用上述轻量化材料，这将是衡量消防车辆生产技术是否先进的重要标准。    智能控制和信息系统装备，包括车辆底盘发动机管理、保养和维修、换挡、制动，以及稳定控制、后从动尾桥及横摇控制等系统，实现了底盘智能化、自动化和优异的动力性、经济性、安全性及长使用寿命。上装部分电子定

25、位导航系统和车辆专勤系统是指完成某项或多项消防专业技术作业的系统，如举高系统、照明系统、排烟系统、防化系统等。随着近几年消防部队火灾和抢险救援任务的复杂化、多样化、专业化，各种上装专勤系统的消防车辆也相应得到了发展。国内专勤消防车辆的发展应以“多功能、专业性、实战性”为原则，大力倡导“模块化、系列化、通用化”设计理念，强调上装系统的实战性、可靠性、持久性。举高、照明、排烟、防化、通讯指挥、空气呼吸器充装、无线遥控、吊装、自动装卸等系统，将是今后多功能专勤车辆使用较为频繁的上装部分。    安全性方面车辆的安全性是当前汽车业最热门的领域，消防车辆由于其使用

26、的特殊性，对安全性方面应具备更加严格的要求，如对车辆的重心高度、侧倾角度、照明警示等标准应适当高于普通民用车辆。    在车辆上装备制动防抱死（ABS）和加速防滑（ASR）系统的电子稳定程序（ESP），可以一直监控车辆的行驶状态，在快速度的弯道行驶、湿滑道路、紧急制动以及紧急避让等紧急情况下，对可能发生侧滑或车轮抱死自动做出反应，通过调节发动机制动管理和制动系统来稳定车辆的行驶状态，从而有效提高了车辆的安全性；大量应用LED照明和警示灯具，使车辆发光效率高、照明范围大、能源消耗低、使用寿命长、反应速度快；配备欧洲标准的前后防钻入装置；大量采用无尖角设计和

27、抗破碎、抗折断及阻燃材料等，从而在主动安全性和被动安全性两个方面提高车辆的整体安全性能。    国产消防车辆使用寿命一般为八年，但部分车辆在使用五至七年后，车辆性能大不如前，各种阀门、卷帘门开启困难，灭火剂容器滴漏，车漆起泡剥落，可靠性不如进口车辆。随着我国汽车制造业发展，动力性好、承载力大、坚固耐用、大修里程增长的国产优质底盘将更多的用于消防车辆的改装。耐锈蚀电泳底漆；镀铬和塑封技术；预应力高分子橡胶支撑和空气悬架；高强度钢和新型复合材料等技术的使用将一步提升消防车辆的可靠性。    轻型化是降低油耗，增加有效上

28、装质量，提高运载效率和操控安全性的重要途径之一，是当前国内外消防车辆追求的新目标。根据当前国内汽车制造业的水平推测，消防车辆在发动机、车架和车厢、车身板件和覆盖件、灭火剂容器等部分大量使用上述轻量化材料，这将是衡量消防车辆生产技术是否先进的重要标准。智能控制和信息系统装备，包括车辆底盘发动机管理、保养和维修、换挡、制动，以及稳定控制、后从动尾桥及横摇控制等系统，实现了底盘智能化、自动化和优异的动力性、经济性、安全性及长使用寿命。上装部分电子定位导航系统和车辆行驶记录仪，举高车的车体平衡和工作中自动保护系统，红外热成相、热寻的与无线传输、电子控制结合系统等。这些应用电子信息技术、传感技术、自动控

29、制技术、机电一体化技术等高新技术的专用装置，提高了消防车辆的智能化水平，增加了车辆的附加值，缩小了与国外产品的差距。在当前消防部队任务量大、人员短缺的条件下，提高消防车辆智能化水平，是节约人力、增强部队战斗力最有效的途径。    注重个性化和人性化设计国产消防车辆改装企业引进、仿制及技术合作越来越普遍，在车辆结构和配置上越来越呈现出“同质化”现象。为了提高市场竞争力，消防车辆改装企业必须针对消防部队的实际使用情况，在车辆功能、结构、外观上进行科学、合理的设计，注重个性化和人性化设计5。    例如，底盘纵梁上预置安

30、装孔，便于上装快捷、方便安装，降低改装难度和成本；应用人机工程学设计驾驶室布局，使环境舒适，显著降低驾驶员的工作强度，使驾驶员远离疲劳；宽大的前风挡和侧窗、自动加热后视镜、宽视角辅助后视镜及侧望地镜等，为驾驶员提供了极佳的视野。成员室采用大空间设计，便于战斗员在车上佩带防护装备，取用常用装备；器材箱装备放置牢固、合理，按照使用频率以取用便捷为设计原则。并应充分考虑人体高度对工作范围的影响，疲劳状态下的操作强度，长时间紧张状态下对舒适度的要求等细节方面。    消防车辆售后服务水平不断提高消防车辆承担着24小时灭火和抢险救援的战备值勤任务，要求车辆具备很高

31、的完好率，这就对消防车辆改装企业的售后服务水平有着苛刻的要求。技术说明、培训、保养、维修等服务环节烦琐而复杂，每一项过程的疏漏或错误都会给用户带来不必要的麻烦或损失，从而危害到国家和人民群众的利益。为使水罐消防汽车能够在不同工况下圆满的完成工作的需求，经过调查、研究，我国水罐消防汽车的品种开发还应从以下方面努力：进一步发展和完善中型水罐消防汽车，以适应农业等部门的需求；进一步提高水罐消防汽车的技术含量以追求其高附加值等。在以经济建设为中心的大环境里，在世界经济复苏的浪潮中。水罐消防汽车的发展前景将是一片美好，但是机遇与挑战是并存的，只有抓住机遇迎接挑战，才能实现我国专用汽车事业的真正腾飞6。1

32、.4设计的目的和意义目的: 综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业设计的过程中，在所学知识得到疏理和运用，提高自己动手能力和培养自己的解决问题的能力。意义：随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，城市的规模也越来越大。近年来城市的火灾及火灾隐患也越来越多，带给人们的损失也逐年增高。因此消防车的需求量也逐步增加，消防车的功能的要求也在增加。城市消防车的设计应突出快速、灵活、机动性好的特点，以适应城市空间狭小、车流量大的特点。同时，在突发事件的时候能为居民提供生活用水。1.5设计内容本设计将参考水罐消防车的基本形状，并根据设计要求查找相关资料进行的设计。其中主要的设计内容有，二类

33、底盘的计算与选择：由整车总体布置和工作装置设计确定二类底盘，计算整车总质量、轴载质量分配和质心高度位置；消防水罐的选择与设计：通过水重确定压强，由压强算出水罐壁厚，确定材料选择水罐；消防管路系统的选择和设计：由整车的总体布置来选择管路系统，根据国标和性能参数设计消防泵和取力器，布置消防附件。在设计完整车后，对轴荷进行合理的分配，使之符合使用要求。最后进行整车的性能分析计算。在对各种结构件进行了分析计算后，绘制消防车的整体图及主要部件的零件图。第2章 底盘及罐体的选择计算如前所述，消防车大部是用普通载重车的底盘改装的。因为消防车直接与人民的生命财产有关，因此各国对消防车的底盘均有严格的要求。我国

34、首先对一般的消防车灭火消防车提出了通用底盘的标准（草案），其他专用消防车的标准尚处于酝酿阶段。消防车用地盘必须是经过国家有关部门鉴定的优质汽车底盘。还有少量的专用底盘也需经过专门的试验和鉴定。驾驶室要求双排、四开门 ,后门采用与前门一样的 2级踏步尽量要宽一般为 800mm850mm以便成员快速进出。同时要求在第二排乘员座位后预留安装空气呼吸器的空间 ,即后围板距离门立柱 200mm230mm。乘员 46人。驾驶室内要配置取力控制操纵机构及配置双缸液压驾驶室翻转装置。 2.1水罐消防汽车底盘的选择消防汽车必须具备良好的动力性、机动性、操纵稳定性和使用可靠性等基本性能GB6244-86消防车通用

35、底盘系列、形式、基本参数和技术要求中规定的消防车底盘部分性能参数列于表2.1：表2.1 消防车底盘部分性能参数消防车性能轻型中型重型最高车速（）加速时间（）发动机功率（）最大总质量（）根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。因此，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

36、从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。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7。与普通货车相比，消防车辆使用频率较低，但消防部队面临的任务却要求车辆必须具备极高的完好率和可靠性，能够快速到位，持久作战。底盘作为消防车辆行走、动力输出的基础部分，必须具备高效、可靠、持久的特

37、点。目前国内市场上底盘的种类多、品种全，因为解放和东风系列底盘性能好，市场保有量大，考虑到消防汽车必须具备良好的动力性、机动性、操纵稳定性和使用可靠性的基本性能;水罐消防汽车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，保证性能参数与原车基本保持不变。因为水罐消防汽车比普通水罐消防车多加了一套水泵系统，所以装载质量应比普通水罐消防车小，根据初定额定装载质量为3t，所以初选东风牌EQ1126KJ车的底盘。1-副梁；2-止推板；3-车架纵梁图5.5止推板结构1-上托架；2-下托架；3-螺栓图5.6 连接支架1-副梁；2-车架纵梁；3-止推连接板；4-后悬连接板；5-连接

38、支架图5.7 支架与止推连接板的配合使用3、U型夹紧螺栓当选用其它连接装置困难时，可采用U型夹紧螺拴，但在车架受扭转裁荷最大的范围建不允许采用U型螺栓。当采用U型螺栓固定时，为防止车架纵梁具面变形，应在其内例讨以才块，但在消声器附近，必须使用角铁或钢管作内衬。本设计中副梁前端形状选择图5.4中（b）形式，水罐车制动时所产生的力较大，此总前端形状可有效防止副梁刚度的突然改变，而引起汽车车架纵梁的应用力集中。本设计连接方式选用支架与止推连接板的配合使用。5.4副车架强度刚度弯曲适应性校核5.4.1、 额定装载时整车重心作用点的求解对主车架来说，其整车重心后移。其受力简图如下图5.8主车架额定装载运

39、输重心作用简图设定消防车在额定装载质量下，其前后轴承受的载荷相同，即有：N (5.1)由图，可以列出：(5.2)求得 mm(5.3)5.4.2、副车架剪力及弯矩的求解由主车架重心作用简图及求得的整车重心作用点，副车架受力简图如下：图5.9副车架额定装载受力简图将此时受力的副车架看为简支梁(见下图)，以便进行强度刚度及弯曲变形的校核。由下图，可以列方程组：图5.10副车架等效简支梁简图可求得： = (5.4) = 即大小为47412N，方向与设定的方向相同。可求得： = (5.5) = 即大小为15098N，方向与设定的方向相反。由以上，可画出实际的副车架等效梁示意图。图5.11副车架实际等效梁

40、简图列出弯曲剪力及弯矩方程：OA段 = 26587 N (0<X<1050) (5.6) = = 26587X (0X1050) (5.7) AB段= = 2658741650 =-15072 (1050<X<4190) (5.8) =13786150-15072X (1050X4190) (5.9) BC段 = = 5753 (4190<X<5240) =5753X65390500 (4190X5240)(5.10)根据以上剪力和弯矩的求解，可以画出剪力及弯矩图如下图：图5.12副车架额定载荷剪力图5.4.3副车架强度刚度校核对于塑性材料，其弯曲正应力强度

41、条件为： (5.11)由即有 式中， 梁内最大弯矩截面弯矩值；抗弯截面模量；梁截面对中性轴的惯性矩；最大弯矩截面距中性轴最远处。对与矩形副车架截面，截面惯性矩 (5.12) 即有： =425.51由于副车架设计成对称的矩形，其截面上下边缘最大抗拉应力与最大抗压应力相等，即有：在所选材料的许用应力范围内。5.4.4 副车架弯曲变形校核由以上知道副车架的等效简支梁形式，利用叠加法可求得梁的最大挠度和最大转角，然后进行副车架弯曲变形的校核。当梁的形式为下图所示形式时，梁的挠曲线方程为： (0xa) (axl) (5.13) 梁的转角方程为： (5.14) 式中， 作用在梁上的力，规定其向下为正，向上

42、为负；梁构成材料的弹性模量，；为梁的惯性矩。 进行叠加后求得，在消防车额定装载时，其挠度为： (0xa)(5.15) (axl)即有最大挠度：求得A、B两处转角为： =1.46784 =-0.46897即梁的最大转角：-0.46897度由计算的挠度和转角，参照选材的许用挠度和许用最大转角，均在许用数值之内。图5.13副车架等效简支梁5.5本章小结 本章主要是进行副车架计算及校核、副车架的尺寸确定、副车架截面形状、前端形状及与主车架连接方式的设计。通过以上的结构设计和力学分析，该消防车的改装设计已经基本完成,还需要进一步对整车的性能。第6章水罐消防车基本性能参数计算专用汽车性能参数计算是总体设计

43、的主要内容之一，其目的是检验整车参数选择是否合理，使用性能参数能否满足要求。最基本的性能参数计算包括动力性计算、经济性和稳定性计算。6.1 发动机的动力性水罐消防汽车整车性能参数见表6.1，表6.2所示：表6.1 与计算有关的整车参数表名称符号数值与单位发动机最大功率132发动机最大功率时的转速2500发动机最大转矩700发动机最大转矩时的转速2200车轮动力半径0.493车轮滚动半径0.509主减速比6.25汽车列车迎风面积4.5汽车列车总质量(满载)13245表6.2 水罐消防汽车变速器速比挡位123456倒挡6.543.9862.2491.5441.000.8146.634 发动机的外特

44、性发动机外特性是专用发动机的外特性是指发动机油门全开时的速度特性，是汽车动力性计算的主要依据。在外特性图上，发动机的输出转矩和输出功率随发动机转速变化的二条重要特性曲线，为非对称曲线。工程实践表明，可用二次三项式来描述汽车发动机的外特性，即 （6.1）式中：发动机输出转矩，（）；发动机输出转速，（）；、待定系数，由具体的外特性曲线决定。、可由多种途径获得，如果没有所要的发动机外特性，但从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时，可用下列经验公式来描述发动机的外特性: （6.2）式中：发动机最大输出转矩，； 发动机最大输出转矩时的转速，；发动机最大输出功率

45、时的转速，；发动机最大输出功率时的转矩，。由式（6.1）和式（6.2）可得：（6.3）如果知道发动机外特性曲线时，可利用拉格朗日三点插值法求出待定系数、。在外特性曲线上选取三个点，即（、）（、）（、），依拉氏插值三项式有:将上式展开，与（4-1）连例可得：（6.4） 汽车行驶方程式水罐消防汽车在直线行驶时，驱动力和行驶阻力之间存在如下平衡关系：（6.5）式中：驱动力，（）； 滚动阻力，（）；坡道阻力，（）； 空气阻力，（）；加速阻力，（）。换算后的（6.6）又因为（6.7）将式（6.7）代入式（6.6）并整理后，可得：（6.8）式中：（6.9） 动力性评价指标衡量汽车动力性能的评价指标有三个。

46、即最高车速、最大爬坡度和加速性能19。1、最高车速根据最高车速的定义，有a=0,j=0,由式（6.8）可得：将滚动阻力方程式代入上式，可得：所以令 （6.10）又因 , ，可确定专用汽车的最高车速为： （6.11）2、最大爬坡度当汽车以最第挡稳定速度爬起时，j=0，则由式（6.8）可得： （6.12）将上式两边以为自变量求导，可得：当时，a取最大值，此时：代入式（6.12），可得：令 （6.13）对上两式整理可得：因为实际上滚动阻力总是存在，并且滚动阻力系数愈大，汽车爬坡能力愈小，所以上式中应取负号，又因，上式可简化为或 （6.14）式中：专用车辆的最大爬坡度，20%。3、加速度专用车辆在平坦

47、路面上的加速度的计算公式如下：（6.15）专用车辆在某一挡位加速过程中最大加速度可由的极值点求出，令： 但可得水罐消防汽车在该挡加速时的最大加速度()如下：（6.16）6.1.4 整车动力性计算1、确定动力性计算所需的有关系数系数、和的确定结果如表6.3所列，回转质量换算系数如表6.4所列：表6.3动力性计算需确定的有关系数名称符号数值发动机外特性修正系数0.90直接挡时传动系效率0.90其它挡时传动系效率0.87空气阻力系数0.04滚动阻力系数0.00860.000148表6.4 质量换算系数的计算结果挡位123456倒挡2.7811.8041.3481.1931.1281.12.5972、

48、确定发动机外特性曲线的数学方程采用前面介绍的拉氏三点插值法来拟合该发动机的外特性曲线。首先在发动机外特性图上和表6.1中选择三点有代表性的坐标值，即 然后利用公式（6.4）计算系数、，为方便计算，记则即得发动机外特性的数学方程如下：3、计算各档位时的系数、和的值依据公式（6.9）和（6.10），将上面确定的有关参数分别代入计算，计算的结果如表6.3所列。 4、计算水罐消防汽车的最高车速将直接档（第6档位）、和值代入式（6.11），可得该水罐消防汽车的最高车速为5、计算最大坡度将最低档（第一档位）、的值代入式（6.13），可得：将E代入式（5-14），可得：水罐消防汽车的最大爬坡度为：表6.5

49、各档位时的系数、和的计算结果档位1-0.12140.14680.2378-851400.3644 2-0.30870.58790.1509-851400.14463-0.65100.20520.8890-851400.49784-0.20290.90340.5899-851400.21785-0.82940.44970.4162-851400.11046-0.46110.26020.3220-851400.6820倒档-0.97720.12710.2212-851400.31506、最大加速度将各档的、的值代入式（6.16）有：表6.6 各档的最大加速度档位123456倒档1.1561.011

50、0.7690.6170.3410.2461.0466.2 燃油经济性计算水罐消防汽车的等速百公里油耗可以根据发动机的负荷特性或万有特性来计算。 首先根据水罐消防汽车的行驶车速计算出相应的发动机转速() （6.17） 然后由水罐消防汽车在该车速时的行驶阻力计算出发动机的转矩（平坦路面上匀速行驶时，=0，=0） （6.18） 根据和的计算值，在万有特性图上查出有效燃油消耗率（），在利用下式计算百公里燃油消耗量（）：（6.19）式中：燃油的重度，。汽油可取；柴油可取。随着车速的不同，各档位燃油消耗量也不同，下面来计算一下水罐消防汽车在直接档时经济速度（4050）下的燃油消耗量，代入式（6.17）得由

51、式（6.18）得由式（6.18）得6.3 水罐消防汽车稳定性计算 由普通汽车底盘改装成的专用汽车，其质心位置均较普通货车为高，其原因是由于副车架或工作装置的布置，使装载部分的位置提高了，因此需对整车的静态稳定性重新进行计算。 对水罐消防汽车，不仅要对运输状态进行稳定性计算，对作业状态的稳定性也应进行计算，如汽车急转弯时，就有侧向失稳的可能性。 分析专用汽车的静态稳定性，首先应计算出整车的质心位置。当水罐消防汽车的总布置基本完成后（见总装配图），即可对该车的质心位置进行计算。计算时可根据已有的资料，或利用试验结果，也可用计算方法来确定专用车各总成的质量及其质心位置坐标，然后按照力矩平衡方程式，求出整车的质心位置。根据东风EQ1126KJ重型水罐消防车满载轴荷分配（前轴3900，后轴8600），可以估算出水罐消防汽车满载轴荷分配情况，初定前轴3900，后轴8600。因为轴矩为4700，则整车重心离前轴长为，离后轴长为。重心离地高度估算为。车