专用汽车的总体设计

主要内容总体设计概述专用汽车的总体布置

总体布置的原则

专用汽车的底盘

取力器

整车总体参数的确定专用汽车主要性能参数的计算第2章专用车辆的总体设计第一节概述1．专用汽车设计的特点和要求

(1)专用汽车的特点：◆能保持运输货物的物理状态和质量；◆能提高运输生产率，降低运输成本，减少劳动消耗，缩短装卸时间，实现最佳经济效益。◆具有专门的防护设备。与普通汽车的主要区别：在选定的底盘上，改装具有专门功能的上装部分，用以完成某些特殊的运输和作业任务。（2）专用汽车的设计要求

1)选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计。对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的专用汽车，也尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。

2)专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配。设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。

3)

针对专用汽车品种多、批量少的生产特点，专用汽车设计应考虑产品的系列化和标准化，以便根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。

4)合理选择专用装置的配套件。对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成，如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选。专用汽车专项作业性能的好坏，主要决定于这些部件的性能和可靠性。

5)

专用汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求。对于某些特殊车辆，如重型半挂车、油田修井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的特种车辆来处理。

6)

在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。2．专用汽车的设计程序设计程序一般经过如下几个阶段：

（1）可行性分析了解新产品的使用条件，用户对新产品的性能要求、使用要求以及需求量收集国内外同类或相近专用车辆的技术资料进行分析比较整理出新型专用车辆开发的可行性报告分析新产品开发的目的意义国内外现状及发展趋势市场预测及技术经济分析产品开发的关键技术及其实施方案等内容。（2）技术设计

1)确定主要性能指标专用车辆的性能指标分为基本性能和专用性能指标两大类。基本性能指标包括动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、通过性等指标；专用性能指标是由专用车辆的专用功能确定，可通过现有技术资料进行分析比较或社会调查来选择确定专用性能指标。

2)选择汽车底盘专用车辆是在汽车底盘上安装专用工作装置，用于承担专门运输任务或专项作业的车辆。

3)总布置图的绘制及性能参数计算专用车辆的设计实质上是在汽车底盘上进行改装设计的一种过程，根据专用功能设计安装各类型的专用装置。确定总体方案后，要计算一些主要性能参数，如动力性指标、燃油经济性指标、轴载质量分配等。

4)总成及零部件设计以总布置图为依据，进行各总成及零部件的设计计算，各总成及零件的尺寸确定以后还应在总布置图上作进一步的布置及运动校核，使各部件之间相互协调。

（3）产品试制与鉴定工艺人员根据产品设计图样与本厂的生产实际，编制工艺流程卡片及工艺路线，用于产品的试生产。通过试生产或装配进一步暴露技术设计中的问题，以便于改进设计。完成技术设计和试生产后的专用车辆产品必须经过严格的定型试验，全面考核其结构、性能、使用可靠性等是否达到设计任务书的要求。定型试验的主要项目有专用车辆的基本性能试验、专用性能试验、可靠性试验。最后进行新产品的技术鉴定，由主管部门组织同行专家、技术人员对设计的图样、工艺文件、试验报告等有关鉴定文件进行审查鉴定。通过鉴定后完善各种上报手续，即可投入批量生产。新产品投入市场后，还应进一步收集用户意见及在实际使用中所暴露的诸如设计、制造、材料等问题。专用汽车总体布置的任务：正确选定整车参数；合理布置工作装置和附件；使取力装置、专用工作装置、其它附件与所选定的汽车底盘构成相互协调和匹配的整体；获得较好的整车基本性能和专用性能的要求。专用汽车总体布置的内容：

包括专用装置、取力装置、传动装置和汽车底盘上需要改装部件的布置。第二节专用汽车的总体布置1.总体布置原则

(1)应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥。(2)应满足汽车底盘性能的要求。轴载质量分配对专用汽车的行驶性能有很大影响，而专用汽车总体布置时决定轴载质量分配的关键因素。在总布置初步完成后，应对装载质量、轴载质量分配等参数进行估算和校核。(3)应符合有关法规的要求。例如对整车的长、宽、高和最大轴载质量等都有明确的规定，要满足标准的要求。(4)尽量避免对汽车底盘各总成位置的改动。(5)应避免专用工作装置的布置对车架造成集中载荷。(6)应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量。2．专用汽车的底盘

（1）专用汽车底盘的型式及选型汽车底盘的选择或设计专用底盘主要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、动力匹配等来决定。专用汽车采用的基本底盘按结构组成可分为二类底盘、三类底盘和四类底盘。二类底盘:即在基本型整车的基础上，去掉货厢。

常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类底盘改装设计。采用二类底盘进行改装设计工作的重点是货厢和专用工作装置的设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核。设计时若严格控制整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等，则基本上能保持原车型的主要性能。三类底盘：在基本型整车的基础上，去掉货厢和驾驶室。

对大、中、小型客车、客货两用车、厢式货车等则通常采用三类底盘改装设计。专用客车底盘的基本特点是利用基本型总成，按客车性能要求重新进行整车布置，重新设计悬架系统。四类底盘：在三类底盘基础上，去掉车架总成剩下的散件。对承担特种作业的具有特殊结构的专用汽车通常采用四类底盘改装设计。（2）底盘改装部件的布置基准线：在图纸上进行底盘改装部件(如发动机、传动轴、制动系、转向梯形等)布置之前，要确定基准线。一般以底盘车架的上平面线作为高度基准；以前轮中心线作为纵向基准；以汽车中心线(纵向对称平面)作为横向基准。1）发动机的布置以三类底盘改装专用汽车时，有更换发动机的可能，这时要对发动机作重新布置，其布置原则为：①应使整车质心在横向尽量落在纵向对称垂直平面内。②尽量降低发动机的位置，以便于传动系的布置和降低整车的质心高度。但要注意保证适当的地隙及和转向拉杆等杆件间的运动间隙。③曲轴中心线与车架上平面必要时可有一定的倾角，一般取1°～4°，以减少万向节传动的夹角。④发动机维修保养方便。2）传动轴的布置对于需要变动轴距的车辆，要对传动轴作重新布置，在布置时要特别注意以下两点：①满载静止时，两传动轴的夹角不大于3°～4°,过大的传动轴夹角，会使传动效率降低，磨损加快。

②

若轴距加大后，传动轴要加长，此时要计算传动轴的临界转速：3）制动系统的布置

制动系统对专用汽车的安全性有重大影响，因此在对汽车底盘的行车制动、驻车制动和辅助制动系统作某些改装时，应注意以下事项：

①管路的布置在增加制动管路时，采用与底盘相同制动管或软管、管夹、管螺纹等连接件。制动管与其它运动件之间应留有足够的自由空间，避免造成干涉，避免制动软管与金属件的相互摩擦造成的损坏，必要时应增加防护装置。②储气筒的布置储气筒的布置必须便于检查和排水。在某些厢式专用汽车上，储气筒排水开关上需要多装一个控制操纵开关，如图所示，操纵杆尽可能安装成水平位置，以利于排水开关的操作。③附加耗气装置的布置当专用工作装置或其操纵控制机构需要气源时,可从底盘制动系统的储气筒或气路中直接取气，但需耗气量计算。一般允许一次取1～1．5L的压缩空气，若附加耗气装置是在汽车非行驶状态下使用，则可允许耗气量提高到2L。对于耗气量大，工作压力又高的耗气装置，须附加辅助储气筒，其容量视需要而定。4）其它附件的布置①燃油箱燃油箱是底盘改装中经常被移动位置或改装的部件之一。当需加装副油箱时，应尽量使用车架上已有的安装孔位。布置时应使主、副油箱的底部处于同一水平面，并且安装位置尽可能靠近主油箱，同时还要注意避免偏载。燃油箱和燃油管的布置尽可能避开排气管，距排气管的距离应在300mm以上。若布置困难，则应在燃油箱和排气管之间加装隔热板。②消声器对消声器作重新布置时要考虑其安全性。例如油罐车禁止将消声器及排气口安放到车厢下部，必须安放在前保险杠的下面。此时还要注意消声器对车辆接近角的影响。③后保险杠对某些专用车，如油罐车、液化气罐车等，一定要设置后保险杠。在布置后保险杆时应满足以下要求：◆后保险杆以车辆中心对称平面对称安装，其长度略小于车辆总宽，但不得小于罐体的外径，一般取后保险杠的长度(在车辆的宽度方向)为：b≥(0．80～0．85)B

式中B——车辆总宽(mm)。◆后保险杠伸出罐体后端的水平距离应不小于100mm。◆在车辆空载状态下，后保险杠下缘的离地高度应不大于700mm。◆不影响灯光及牌照显示，并应尽量保证车辆最大离去角。在对后保险杆的强度或其断面的几何尺寸作计算时，其计算载荷F按有关推荐的经验公式：F=5mag式中g—重力加速度；ma—汽车总质量；④防护装置防护装置又称护栏，有侧护栏和后护栏，我国从1991年开始要求安装护栏，它属于一种人身安全防护装置，防止人摔倒在车辆前后轮之间，以及防止小型车辆从后部嵌入大车的下方。护栏一般都用圆形管材制作，在安装时，要注意排气管口不要对准侧护栏管口。

3.取力器绝大多数专用汽车上的专用设备都是以汽车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器，用来驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车、加油车、牛奶车、垃圾车、吸污车、随车起重车、高空作业车、散装水泥车、拦板起重运输车等诸多专用汽车配套使用。少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠和特殊的要求而配备专门动力驱动外(例如部分冷藏汽车的机械制冷系统)。取力器实质上是一种单级变速器，其基本参数有总速比（发动机转速与取力器输出转速之比）、额定输出转矩、输出轴旋向和结构质量等。根据取力器相对于汽车底盘变速器的位置，取力器的取力方式可分为前置、中置和后置三种基本型式。（1）发动机前端取力是一种常用型式，一般都是由正时齿轮室或由风扇、水泵的皮带轮输出，例如气刹制动系统中的气泵，某些专用工作装置所用的液压马达等。由于该方式的取力器到专用装置的距离较长，且需要转换传动方向，若采用机械传动其结构就很复杂，因此一般采用液压传动。1）前置式发动机后端取力一般都是在飞轮处。如图是一种飞轮取力的布置方案，在飞轮前端的齿轮，通过中间轴齿轮传动取力器齿轮，从而驱动取力器的输出轴。该取力方式的优点是不受主离合器控制，但因改变了曲轴末端的结构，对于平衡会有一些影响。这种布置在机场消防车上有所应用。

（2）发动机后端取力（1）变速器上盖取力这种布置方案是改制原变速器的上盖，将取力器叠置于变速器之上，用一个惰轮和变速器的第一轴输入齿轮常啮合，再由该惰轮将动力传给取力器的输出轴，如图所示。和前几种取力器一样，这种取力器同样有与发动机同转速输出的特点，因而适合于需要有高转速输入的工作装置。2）中置式（2）变速器侧盖取力变速器侧盖取力又可分为左侧盖取力和右侧盖取力。由于在设计变速器时已考虑了动力输出，因而一般在变速器左侧和右侧都留有标准的取力接口，也有专门生产与之配套的取力器厂家，因此这种取力器较常用。但这种取力形式一般都是从变速器的中间轴上的齿轮取力，因而在传动路线上经过了变速器一对常啮合齿轮的减速，所以取力器输出轴的转速总是低于发动机转速。（3）变速器取力的其他方案（1）传动轴取力传动轴取力是将取力器作成独立总成，设置于变速器输出轴和万向传动轴之间。3）后置式（2）分动器取力对于有分动器的汽车底盘，可用这种取力方式，如全轮驱动的牵引车、汽车起重机车和混凝土搅拌运输车。4.整车总体参数的确定

整车总体参数包括尺寸参数和质量参数两大部分。

(一)尺寸参数

（1）外廓尺寸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。在满足吨位和载客量的情况下，应力求减小外廓尺寸，以减轻汽车的自重，提高动力性和经济性。我国国标“汽车外廓尺寸的界限”中，明确规定：车辆高不超过4m；车辆宽(不包括后视镜)不超过2.5m；外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过250mm；车辆长：货车不超过12m，半挂汽车列车不超过16.5m，全挂汽车列车不超过20m。对于超重型或其它一些特种车辆，属于非公路运输车辆，不在此规定的限制之内。（2）轴距：前轴中心到后轴中心的距离。

轴距影响：

车辆总长；轴荷分配；装载质量；最小转弯直径；纵向通过半径；车辆的操纵稳定性。同普通货车相比，自卸汽车要求轴距变短，轻泡货物运输车则要求轴距加长。（3）轮距：同一车轴上两个轮中心平面之间的距离。

轮距影响:车辆总宽；车辆总重；横向通过半径；车身横摆角；车辆的横向稳定性。轮距要与车宽相适应。对汽车列车，要求挂车轮距和牵引车轮距一致。（4）前、后悬汽车的前、后悬直接涉及到汽车的接近角和离去角，一般要求都在25°以上，至少不小于20°。前悬应满足车辆接近角和轴荷分配的要求；前悬与驾驶室、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；后悬还要满足有关标准的规定，即对于客车和全封闭厢式车辆，后悬不得超出轴距的0.65倍；对于其它车辆，后悬不得超出轴距的0.55倍，但最长不得超出3.5m。

在实际改装过程中，后悬变动比较多。例如对于自卸车，一般要将所选的普通汽车底盘的后悬变短，而对于有些罐式和厢式汽车，则要将后悬加长。（二）质量参数（1）装载质量对装载质量，要考虑以下两方面：

1)用途和使用条件对于货流大，运距长的运输，则宜采用大吨位车辆，以便于提高生产率、降低运输成本；对于货流多变、运距短的运输，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，以利于专用车产品的系列化、通用化和标准化。对于同一底盘，在设计时应尽量提高装载质量。

（2）整备质量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，加满油和水的空车质量。整备质量是一个重要设计参数，对运输型专用汽车的动力性和经济性有很大影响。从设计原则上讲，应减少整备质量，尽量采用轻质金属材料和非金属材料，减少原材料消耗，降低制造成本。

（3）总质量所谓总质量是指专用汽车装备齐全，满载(规定值)货物及乘员时的质量。其计算式：（4）轴载质量

最大轴载质量是指汽车单轴所承载的最大总质量，与道路通过性有关。是专用汽车在公路行驶时使用受限制的一个技术参数，也是公路和桥梁设计载荷标准的依据。

1）轴载质量的计算：

2）轴载质量的分配原则所谓轴载质量分配是指车辆某一轴的承载质量占整车总质量的百分比。在确定轴载质量分配时，还应考虑以下原则：①轮胎磨损均匀。例如：对于4×2型后轴单胎车辆，前、后轴应各占1／2，对于4×2型后轴双胎车辆，前轴应占l／3，而后轴应占2／3。②允许轴载质量的限制。如前所述，允许轴载质量有相应的限值及系列标准。③轮胎负荷系数。所谓轮胎负荷系数是指轮胎所受到的静负荷与轮胎额定负荷之比，一般取0.9～1。3）质心位置汽车质心的纵向位置影响汽车的轴载质量分配；质心的高度影响汽车的操纵稳定性，还影响驱动工况和制动工况的轴载质量转移系数，质心高度越低越好。在横向，应使左、右车轮的承载质量分配均等，其最大偏差不得大于3％～4％；在纵向，要满足前面提到的轴载质量分配条件；在高度位置，应使质心尽可能低；从车辆行驶稳定性考虑，质心高度应满足以下条件：第四节专用车辆主要性能参数的计算主要内容：动力性计算经济性计算稳定性计算专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，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。本节重点介绍整车的动力性、经济性和稳定性等主要性能计算。

一、动力性计算

(一)发动机的外特性

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。外特性一般有三种获得的方法：由发动机厂家或汽车底盘制造厂家提供；直接由发动机台架测出；由经验公式拟合。‘待定系数的确定方法：1.三点插值法2.经验公式1.已知外特性曲线时，根据外特性数值建立外特性方程式,利用拉格朗日三点插值法，求出公式a，b，c的值。

将上式展开，按幂次合并，比较系数，可得三个待定系数。

2.无外特性曲线时，按经验公式拟合外特性方程式得到：修正系数：(二)汽车的行驶方程式1．驱动力2．滚动阻力当车速在50km/h以下，f可取常数：f取决于轮胎的结构形式、汽车行驶速度和路面条件等因素。当车速在50km/h以上，但小于100km/h时，f

可表达为车速的线性函数：3．坡度阻力4．空气阻力5．加速阻力6.专用车辆直线行驶时的运动微分方程式(三)动力性指标计算

衡量汽车动力性能的评价指标有三个：最高车速、最大爬坡度和加速性能。1.最高车速2.最大爬坡度3.最大加速度4.加速时间t和加速行程s

二、燃油经济性计算

专用汽车的燃油经济性通常用车辆在水平的混凝土或沥青路面上，以经济车速满载行驶的百公里耗油量来评价，也称百公里油耗。

其计算公式为：