重型货车后部防护装置设计说明书

1、参考资料绪论论文研究背景近十来，中国高速公程数和机动车保有持续增加。根据公局、公安部最新统计显示：截至2011底，中国公通车程达到85000公，仅次于美国位于全球第二；机动车保有达到2.25亿辆，其中汽车达到1.06亿辆，仅次于日本，居于全球第二。因此，如何保障道交通安个已成为当前讨论的热点和难点问题。根据我国的交通事故统计数据表明，从2002至2009，事故总体上呈现递减趋势，但是在2010却出现大幅的反弹；其它数据上如伤亡人数、经济损失则一向持续低。究其原因，主要是我国出台新的汽车安全法规、强化监管道交通安全和提高整车安全性能等联合作用的结果。但我国道交通事故总数居高下，汽车安全问题仍得到

2、有效保障。我国高速公具有其独特的特点，如：全封闭、全交等。所以交通事故的形态构成与普通公大同。据统计，在中国2010的高速公交通事故为39%，包括尾随相撞，碰撞固定物或静止车辆造成损伤均占25%。按车型所占比序排，追尾车辆车型依次为轿车、大型货乍、轻型货车、微型客车、其它类型车辆和中型客车;被追尾车辆车型依次为大型货车、轿车、其他车辆和轻型货车。所以，尾随相撞仍是高速公交通事故的主要事故形态，并且由于高速公笔直、设计标准高、车速快，一旦发生交通则事故后果严重。在涉及重型卡车的交通事故中，尤其是在汽车追尾卡车和多辆车连环相撞造成的最严重的车祸，极为容的造成较大的伤害，事故发生和死亡的比是最大的，

3、这种事故的致死比是轿车与其他车型碰撞致死比的四倍，约占到追尾交通事故的46%，。针对此类情况，我国出台相关法规，其中最早的是在1989颁布汽车和挂车侧面及后下部防护装置要求。2006，我国公安部颁布关于加强机动车安全防护装置和乍身反光标识等管工作的紧急通知，提出规范安装机动车安全防护装置的处罚办法，为货车后下部吸能装置的提出给予有的政策保障。国内外研究现状国外最新研究进展在国外对车辆安全的研究很早，大部分的研究是通过仿真测试和实车碰撞来进，主要是为提高货车和轿车之间的碰撞相容性，提高吸收缓冲保护的能。PriyaPrasad等对现有车辆耐撞性进较为系统的分析，并对其后部防护装置的设计提出研究思。

4、DE提出改善车刚可以明显提高碰撞的轿车和卡车的兼容性。Atahan等用大仿真测试得出结论并加以实测验证，后防护装置的规定离地间隙并能阻止轿车钻撞货车和建议修订FMVSS223安全要求。Roger等使用MADYMO软件对汽车和货车进追尾碰撞仿真保护分析。意大巴莫用软件来设计一个高效的能吸收部防护装置。Berg等通过测试车辆验证ECER58测试方法能有效保护轿车内部乘员，并提出一系改进建议。Cerniglia等人总结现有的货车后下部防护装置吸能方式：同组件安全材的塑性变形、装置摩擦损坏和液体或气体的动之间的摩擦。Inqrassia等通过模拟轿车和重型货车的碰撞过程，详细描述碰撞特点，并进优化设计过

5、程的分析。Rechnitze等参考相关的法和法规设计保护货车后面的装置，并通过碰撞测试装备的有效性。国内最新研究进展赵幼平等人提出一系的后防护结构，经过静载荷和移动壁障追尾测试，比较分析出一个很好的设计方案。平飞提出将后部防护装置设计成活动式，指出静态加载试验结果能反映装置的实际作用效果，只有移动壁障追尾碰撞试验可以在一定程上代替实车碰撞。朱西产等人选定的MDB轿车模型来分析同离地间隙对车辆后端吸能效果和车体变形的影响，结果表明后部防护装置离地高小于450mm最佳。张志勇分别对圆形、双圆形、矩形和槽钢形四种截面形状的横的缓冲吸能效果进比较，得出圆形横吸能效果最好。叶新娜等人将后部防护装置常用的

6、槽钢改进为圆钢，保证防止钻入并吸收多的碰撞能。付锐等人提出用圆柱形轴向大的特点，将缓冲区设计成圆筒体结构，并将其放置在两层钢板之间，用轴心受压来吸收碰撞能。杨辉等提出“N字型后部防护装置结构，并详细分析其吸能保护机。董学勤等指出防护装置的研究需考虑离地高与离去角之间的关系。白中浩等人提出矩形钢管具有较好的吸收碰撞能，并对装置的静态加载试验的修改提出建议。马迅等人通过增加斜撑的方式对防护装置进结构改进，具有好的缓冲效果，验证结构的可性。赵洋分析矩形钢结构的钢管壁厚、长宽比与斜撑倾角对后防护装置吸能效果的影响。论文研究内容本论文将查阅大的相关资，解吸能装置的工作条件，运用机械设计方面的相关知识，初

7、步推算出设计中的限制性尺一寸，并对其基本构件进设计。本文所设计的货车后下部吸能装置的先进之处在于：栓组结合薄壁吸能结构可以吸收后部车辆意外撞击时的冲击能，低和避免在高速公上山于车身结构特点和驶速的原因造成追尾车辆人员的伤亡；装有该装置的车辆在需要执任务时，可通过电子控制装置使其抬起到货车后部，影响车辆的正常驶。word文档整理分享货车后下部吸能装置设计的论基础汽车碰撞学分析2.1.1能和动守恒定汽车碰撞（1）能守恒定汽车碰撞是指汽车在极短的时间内与其他物体发生剧撞击的作用过程。参考资料word文档整理分享参考资料部位在此过程中发生塌陷性塑性变形，时间持续大约为O.ls-0.2s。在碰撞过程中产

8、生的动能迅速转化成其他形式的能，如应变能、热能、化学能和声能等。从此可以看出，汽车碰撞也遵循着自然界的能守恒定。动守恒定动守恒定是在动定和牛顿第三定的基础上总结得出。对于汽车碰撞而两车动交换的过程，碰撞前后的动能相等。动是向，方向取决于车辆速的方向。汽车碰撞学的特点汽车碰撞过程由碰撞前、碰撞中、碰撞后三部分组成，三者连续依次进。碰撞前这一时刻位置的过程；碰撞中阶段是指从两车发生接触碰撞这一时刻开始到两车碰撞过程结束的时刻为止，这一阶段也是两车之间进瞬间动交换的过程；碰撞后阶段是指两车碰撞过程结束产生分离这一时刻开始到两车运动到完全静止的时刻为止。碰撞阶段也被称为直接碰撞过程，包括弹性变形，塑性

9、变形和塑性变形。从汽车碰撞时车辆受角分析，得出以下特点：(1)汽车直接碰撞阶段的作用时间非常短，一般在0.1s-0.2s，且与碰撞接触部位的刚成反比，即刚越大，作用时间越短。(2)由于碰撞时间短，会造成两车的减速和撞击过大，减速的大小与两车自身质成反比，即质大的车辆碰撞时受到的减速较小，车内人员受到的伤害也相较低。两车碰撞时弹塑性变形同时存在，且相互之间通过挤压消耗碰撞动能。一般用恢复系数e夹衡碰撞时车辆的弹塑性变形的实际情况，即车辆发生碰撞后恢复变形的能，取值大小在0-1。汽车在碰撞过程中发生弹塑性变形主要集中在直接接触部位，距离接触部位体件。当在现实生活中，轿车与货车追尾时，要尽保证轿车变

10、形主要集中在轿车的前超过一定范围后碰撞区，特别是要保证轿车的头部碰撞区和后碰撞区变形，见图2-1所示。图2-1轿车碰撞区域汽车追尾碰撞论汽车的追尾碰撞是指碰撞前两车运动方向一致、后车速明显高于前车，从而导致后车头部撞击前车尾部的现象。A车和B车的总质分别用ml和m2表示，A车和B车碰撞后的速分别用vl和v2表示，A车和B车碰撞前的速则分别用v10和v20表示。图2-2汽车追尾碰撞示意图在汽车追尾碰撞过程中，被追尾车辆由于对事故的认知较!晚，来及采取相应的回避措施，所以几乎是完全处于被动状态。对于发动机前置的两车发生追尾碰撞时，主要是前车尾部发生大面积变形，其恢复系数远远小于正面碰撞。根据多次试

11、验结果证明：当有效碰撞速ve大于20km/h，其恢复洗漱接近于，如图2-3所示：图2-3恢复系数与有效碰撞速的关系在碰撞中，两辆车会粘在一起，以同样的速vc移动。此时可以把两者看成是一个整体，运用动守恒定来进计算。由于追尾车辆的驾驶员多半会在发现危险后采取紧急制动措施，而被追尾车辆几乎是被动碰撞，所以轮胎和地面的摩擦会消耗碰撞后的大部分动能。轿车追尾碰撞货车的实分析高速公具有全封闭、全交、中间设有隔离带的特征，所以在其交通事故中造成伤亡人数最多的是追尾碰撞，尤其是冰雪面或天气能见好的情况下，容造成该类事故的发生。如果是轿车追尾货车，情况就会加严重。因为货车后悬较大且没有足够强的防护措施，追尾轿

12、车内的安全气囊也会被触动弹开，从而导致货车底板直接插入轿车驾驶室，这对轿车内成员将是致命伤害。某高速段发生一起追尾事故。一辆轿车追尾碰撞同方向驶的货车，轿车几乎整个车身卡入货车下部，轿车前部、上部以及驾驶室均发生严重变形，现场事故照片如图2-4：图2-4现场事故照片货车后下部吸能装置的设计分析3.1货车后下部吸能装置的想碰撞模式轿车与货车之间发生追尾钻撞事故时，会导致轿车的大部分车体（包括前挡风玻璃、车顶前部等）直接撞到货车尾部，车内乘员几乎没有生还的可能。针对这类问题，部分货车安有简单的后防护装置，有效地防上普通道上两者的追尾碰撞，可是对于高速的伤害，可知在保证给轿车乘员有生存空间的前提下，

13、仅仅在轿车前部加吸能保护装置和在货车后部加简单的防护装置已经解决根本问题，应再次从货车的后防护结构上入手，在其后部加一个与轿车离地间隙相近的吸能装置来吸收两者的碰撞动能。该结构应尽可能多地发生剪变形，合吸收撞击动能，材相对轿车车体较为软化，使其作用在轿车车体上的和加速值均在许用范围内。合格的货车后部吸能装置应能有效提高轿车货车之间的碰撞相容性，如图3-1和3-2所示o图3-1未安装后下部吸能装置的追尾示意图图3-2安装后下部吸能装置的追尾示意图货车后下部吸能装置的功能性要求根据GB11X67.2-2001标准的相关规定，采用移动臂障撞击货车后下部吸能装置，主要考察其动态性能：（1）阻挡功能，防

14、止追尾车辆钻入货车下部，造成成员伤害；（2）缓冲吸能功能，缓和冲击，改善碰撞相容性，最大程地保护驾乘人员安全和低对轿车本身的伤害；（3）升功能，安装吸能装置后，除将在一定程上增加货车的质外，还将加大车辆的整体长。因此，应安装有电子控制装置来控制吸能装置的升，以保证车辆长会受太大的影响。碰撞结果应满足如下要求：（1）碰撞过程中，较低的能吸收装置可变形，纹，但允许从装置整体从卡车连接处脱；（2）碰撞过程中，较低的能吸收装置应能吸收碰撞能，缓和冲击的变形，车（3）碰撞结束后，撞击轿车要在完全停止时与货车后部车身保持尽可能少的接触，避免两者之间发生直接接触碰撞；（4）碰撞结束后，除吸能装置发生破坏变形

15、外，货车本身无任何损伤；撞击轿车车身变形较小，控制在车身前部吸能区域内。货车后下部吸能装置的设计与实现4.1设计原及其吸能方式本论文所设计的货车后下部吸能装置主要是针对高速公上轿车追尾货车发生碰撞事故的情况。考虑到货车和轿车车身结构上的差异，现设计安装在货车后下部的安全缓撞吸能装置。设计原是在原来简单的货车后防护装置（多采用槽钢或圆管结构）的基础上进较大的改进，由缓撞吸能组件来专门吸收碰撞动能，缓撞吸能组件由薄壁和栓组构成以形成多个碰撞剪面。当发生碰撞过程时，两根薄壁之间会产生相对的运动从而使栓组件发生分离。由于在薄壁是各栓件是分散布置，所以对于释放缓冲能以及低车体的势能有很好的效果，并可避免

16、对追尾车辆的二次碰撞。货车后下部吸能装置中基本构件的特性分析货车后部的能吸收装置机构的工作作为一个缓慢的碰撞吸能部件，和缓慢的碰撞吸能部件四方结构。因此，本文主要对薄壁的主要特征进分析。根据薄壁的碰撞变形规可知，货车后下部吸能装置吸收能的多少和变形结构是否稳定取决于所选用薄壁的材、截面形状和壁厚等，而的吸能效果与其抗弯折能是两个相互矛盾的性能。根据相关研究表明：方形截面的薄壁结构比圆形截面的薄壁在碰撞中具有有于保护驾乘人员较少损伤的吸能特性。4.2.1轴向学特性吸能装置的薄壁结构在碰撞过程中主要承受着轴向载荷，最好的变形结果是在剪栓后自身发生分阶段屈曲变形。根据己有的解析经验公式，有助于解决实

17、际问题。如果矩形薄壁采用弹塑性材，其临界失稳强为：（1）一般汽车用薄壁为弹塑性材，半波长取直1入0.707b。根据半波长与宽高比之间的关系，只有当d/b0.67时矩形薄壁才会出现想变形模式。矩形截面薄壁承受的最大强可通过推算得出：（2）这n取0.43，可得：（3）这B取直见图4-1，kp取直见图4-2所示。图4-1B直与t/b的关系图图4-2kp与d/b的关系图截面形状的选择薄壁的形状大致可分为五种类型：圆形，矩形，方形，角形和八个形状。在同等质的每单位长的情况下，正面碰撞能吸收的顺序为八边形，以角，圆形，方形和矩形。在单位长质相等的情况下，正面碰撞吸收能的顺序依次为、边形、圆形、正方形和长方

18、形。在进后防护装置截面尺寸设计时，可以从制造工艺、吸能效果和设计空间等方面来考虑。方形截面的薄壁结构比圆形截面的薄壁在碰撞中具有有于保护驾乘人员较少损伤的吸能特性，而且正方形各边长相同，可以形成规则的压溃变形。其抗弯性能用公式可表述为：4）诱导槽形状和位置的选择薄壁上设置诱导槽的目的是定向引导薄壁变形和低轴向承受载荷，取得想的碰撞加速。诱导槽一般分为凹槽、形凹槽、球形凹槽、塑性压痕、减薄、圆形凹槽、圆孔和椭圆形孔等。见图4-3所示。图4-3诱导槽类型入有关。（5）装置整体结构的设计现就国内一起高速公上小轿车追尾碰撞货车的实来进简单设计：事故轿车质为1870kg，外形尺寸（长X宽X高）为4820

19、X1807X1450mm，货车质为14390kg，外形尺寸（长X宽X高）为8490X2470X2830mm。由于后下部吸能装置可升起放置在货车后部，为满足货车限高等要求，故装置的总长能大于货车总高（即2.8m）；由于装置上对称布置有一些剪栓（栓直径d0为1Omm），根据钢结构设计规范，栓或铆钉最word文档整理分享word文档整理分享参考资料参考资料大容许间距应满足24t(t为薄壁厚，t=lOmm)，即240mm，最小容许间距为3d0=30mm，这取200mm；最小边距为1.5d0=15mm，最大栓边距为：sWmin(4d0,8t)=40mm，这取30mm；且还要考虑薄壁的屈曲变形吸能方式，故

20、将缓撞吸能组件长定为2.3m，考虑到装置中还有保险杠连接组件，所以将装置总长定为最大直2.8m。另外，根据安全基准的规定和后下部吸能装置的实际情况，宽应定为车宽的60%以上且能超过车宽，即1.5m-2.4m。此处定为2m。由于后下部吸能装置安装在货车的后部且可升，所以在考虑装置离地高上用考虑货车通过性的问题，即应选择对轿车起最大保护作用的离地高。图4-4所示为MDB以40km/h与货车后部发生碰撞时的车身变形曲线。如图可知，离地高能低到300mm以下的话，则轿车前端结构全部参加能吸收，可以起到最佳的保护效果。所以，设定该装置在放下状态时离地高为300mm。图4-4MDB以40km/h与货车后部

21、发生碰撞时的车身变形曲线图4-5和图4-6分别为本文所设计的货车后下部吸能装置的工作档位图及其结构示意图。它主要由保险杠连接组件、电子控制部分、机械控制部分和缓冲吸能组件等组成。图4-5货车后下部吸能装置的上作档位图图4-6货车后下部吸能装置的结构示意图保险杠连接组件的设计保险杠连接组件是整个吸能装置的主要受和支撑部件之一，其最基本的作用是用来将吸能装置连接到货车后下部。主要作用是当吸能装置处于工作档时，为缓撞吸能组件提供一定程的固定壁障功能;当吸能装置处于驶档时，用来承受整个吸能装置的重。为保证吸能装置在驶时可通过电子控制部分和机械控制部分将其抬起，所以在侧板下部安装有轴承，由于其主要承受径向载荷，所以这选为深沟球轴承。竖板和货车后部、侧板和支持板之间通过栓组件夹连接，栓直径定为30mm，其它栓选用16mm。除侧板下部为轴承支撑和相应栓连接外，其它各件采用焊接方式。保险杠连接组件主要件尺寸见表4-1所示。表4-1保险杠连接组件主要件尺寸机械控制部分的设计机械控制部分和绞盘机（电子控制部分）共同工作用来完成吸能装置的升功能。这的机械控制部分主要指的是绞盘带和锁链。绞盘机安装在绞盘机支架上，绞盘带一端包裹在绞盘卷筒顶部，另一端包裹在缓撞吸能组件的中间横板短轴上，可自由转动。绞盘卷筒和短轴之间的绞盘