货车后部防护装置的结构计算设计9800字

易造成车毁人亡。小轿车追尾大货车事故约占追尾交通事故的46%,其致死比1绪论 11.1研究背景及意义 1 2 3 42.1防护装置的设计要求 42.2防护装置的总体结构 5 5 63防护架的设计 83.1防护架的组成 8 8 8 9 4.3活塞和活塞杆的设计 4.4端盖的设计 4.7.2连接装置强度设计 2411绪论1.1研究背景及意义随着国民经济的发展，汽车在我们日常生活中发挥的作用越来越大，汽车的数量越来越多。尽管汽车的出现给人们出行带来极大便利，但随着汽车数量的剧增，带来了极大的出行安全性问题。2008年，全国累计发生道路交通事故约25万起。在2009年的上半年，全国总共发生了道路交通事故107193起，造成了29866人死亡、128336人受伤错误!未找到引用源。。汽车的安全性问题直接关系到个人的生命，必须得到高度重视。追尾碰撞是高速公路交通事故中最具有代表性的事故形式。在涉及大型货车的交通事故中，小轿车追尾大货车事故(如图1所示)约占追尾交通事故的46%,其致死比例是轿车与其他车型碰撞致死比例的四倍[1,造成的恶性程度很大，极易造成车毁人亡。为了防止并减轻载货汽车被追尾事故带来的严重伤害，大型载货汽车的被动安全性必须引起重视。目前，我国大型载货汽车后防护栏的被动安全性水平低下，在离地高度、刚度、强度等方面存在一定的缺陷[2]。只有设计出合适的后防护装置，才能切实提高载货汽车被动安全性，有效保护驾驶人员和乘车人员的安全。因此，设计科学合理的货车后防护装置是十分必要的。2(1)发展历程20世纪80年代末，国内首个实车碰撞试验台在清华大学搭建成功并投入试2016年设计了一款新的货车后部防护装置，设计了一款兼顾车辆通过性能，在碰撞仿真分析，验证RUPD的缓冲吸能性和阻挡性能。新装置对于提高货车通(2)法规方面法规体系，其中最具有代表性的法规就是欧洲的ECE和美国的FMVSS。日本是上仍然略微逊色于欧美国家。欧洲关于货车后碰撞防护的法规ECER58于1983年7月1日就已正式实施，日本在它的汽车安全技术法规中并没有明确指出试验(3)实验方面国外对现有提供的汽车碰撞吸能装置的研究成果主要从实车测试和计算机改进与优化方面，鲜有涉及小车追尾载货汽车后下部安全装置的碰撞试验研究31.3论文主要内容护装置达到国标要求的仅占总数的23%,部分或完全不合乎要求的比例高达77%。为了降低小车追尾货车后部事故的伤害，提高货车行驶安全，本论文拟进(1)确定货车后部防护装置的整体方案；(2)进行货车后部安全防护装置中防护架的设计、校核；(3)进行货车后部安全防护装置中液压系统的设计、校核；42货车后部防护装置的整体方案(1)几何尺寸据研究，货车后部防护装置的离地间隙应该是在450mm到550mm之间，如(2)型材的选择装置的型材错误!未找到引用源。(3)刚度要求防护装置刚度对提高轿车与大货车哑撞相容性的影响错误!未找到引用源。。(4)重量因子5和刚度要求的前提下，应尽量减轻防护装置的重量，以提高车辆碰撞的相容性错误!未找到引用源。该防护装置由防护架、液压装置、连接装置三大部分组成。(1)防护架的主体包含活塞杆、连接块、叉板、槽钢以及横梁。这些基本零件，用相应的螺栓、销相互连接起来，组合成防护架的主体结构，即防止车钻入的部分。防护架主体的设计主要考虑结构以及安装到车尾后对车的通过性能的影响，其次是对刚度的校核，所设计的防护架在一般碰撞情况下，能保证不断裂、不脱落。(2)液压系统由液压缸、活塞、减压阀等组成。液压缸与防护架的支臂相连，受到撞击后，通过液压缸中的液压油流动起到反作用力进行第一次缓冲，通过相应的阀对液压油减速来起到第二次缓冲的作用。(3)防护架连接装置将液压缸与车体底盘通过螺栓相连接，主要保证刚度与强度要求。在两车相碰撞时，不会产生松动或者断裂即可。防护架连接装置的质量可以尽可能的取小，以减少车的负荷，对车的运动有利。防护架的类型一般分为以下几种；(1)悬臂粱式结构(T型),由与载货汽车横粱相连的两个支座来连接后下部防护装置，且仅用一根横向构件作为载货汽车的后防护栏，大多采用槽型钢方式。此种装置一般都置于载货汽车内部。(2)可翻转结构：它可在载货车辆遇到障碍物时自行或自动翻起，当车辆通过后即恢复原状，同时，它所具有的上下锁定功能也赋予其更大的灵活性。(3)工字型载货汽车后防护栏：采用工字型方式，市场上通常共由四根构件组成，本文采用的是五根构件组成的后下部防护装置。除去两根横向构件，还有三根竖直的构件，装置上部一般都与载货汽车大梁连接，而下部由两个支座与载货汽车横梁连接。防护架的钢架结构一般设计为矩形管状体，防护架中抵抗碰撞的部分尽量设6影响，在T型结构中加入类似筋板的结构，对T型架的刚度加以提升，提高抵两个T型结构的伸出臂(活塞杆)部分较长，在碰撞过程中，若为非正碰，2.4初始参数基本数据类型牵引卡车全高mm轴距mm前悬mm后悬mm后离地高度整车重量T最大载重T//接近角离去角67发动机类型东风康明斯ISLe34030燃油种类柴油气缸排列形式直列标准排放欧Ⅲ马力340变速箱型号法士特12JS160TA83防护架的设计3.1防护架的组成防护架的主体包含活塞杆、连接块、叉板、槽钢、紧固杆以及横梁。这些基本零件，用相应的螺栓、销相互连接起来，组合成防护架的主体结构，即防止车钻入的部分。防护架主体的设计主要考虑的是结构以及防护装置安装到车尾后对车的通过性能的影响，其次是对刚度的校核，所设计的防护架在一般碰撞情况下，能保证不断裂、不脱落。图2防护架示意图3.2防护架的计算3.2.1碰撞力的计算由于该计算方法较复杂，在所学知识结构之内很难较准确的计算出相关碰撞力数据，为使得所设计的结构有较高的可靠性能，防止因校核刚度而出现很大误差，故本设计的刚度校核中的碰撞力全都采用其他参考文献中的碰撞结果。参考数据如下表：9角度表4计算结果比较1]自重KG角度由以上表中数据比较可知，该文献的计算碰撞力误差均在11%以内，其中最大误差仅为10.16%。因此该文献中的数据具有较高的参考可靠性。根据以上参考文献的数据，结合本设计参考用车DFL4251A9的相关数据，车身自重8500KG,在空载情况下进行刚度校核，速度设计为60km/h(通常国内的卡车行驶速度上限为85km/h),碰撞角度取20°,而小车的速度设计为100km/h。(1)槽钢的设计由于本文所选的卡车宽度为2500mm,而防护家的长度应略小于卡车的宽度，因此设定防护架挡板的长度为2400mm,高度为100mm,而防护架的横梁高度为430mm,宽度为95mm。非正碰，且事故发生为一个偶然小概率事件，所以在此取其防护架总面积的70%防护架的截面积为两U型槽的截面积之和。防护架的材料为45号钢，经过正火之后其许用弯曲应力为σ_1=55MPa,剪切疲劳极限为t_=105MPa根据根据此截面积，设计的槽钢截面尺寸外壁95mm×70mm、内壁85mm×65mm、壁厚5mm(见图3),计算的总面积为(95mm×70mm-85mm×65mm)x=2550mm²。的最下方，支点在杆件的最上方，碰撞的弯矩图如图4:图4弯矩图最大的弯矩在F₁点，由经计算，得F=7.56×10³Nm该槽钢与12.6#槽钢较接近，取W=62.1cm³,有两根槽钢同时作用，因此，可(2)叉板和紧固杆的设计板，长度为319mm,直面的宽度为48mm,半圆面直径为60mm,螺栓直径为30mm,连接槽钢部分设计一个减震环，减震环的半径为16mm。寸，长度为232mm,两端各有一个直径为30mm,长度为14mm的螺栓。图5紧固杆的形状及尺寸图6叉板的形状及尺寸防护架的高度应该与相关的国家标准相一致，在保证小车不能钻入的情况下，也要保证卡车的离去角。车底盘离地高度为1010mm,在保证防护架安装以后其下边缘部分离地高度不小于550mm。防护架的支臂与液压缸相连接，在受到撞击后，通过液压缸中的液压油流动通过相应的阀对液压油减速来起到缓冲的作用。液压缸基本标准化，只是对其中的一些结构进行相应的设计，能够与车体的大小及形状相容。与一般的液压缸不同的是，该液压缸的活塞杆与防护架的支臂相结合，形成一个整体，即防护架的支臂的后端即是液压缸的活塞杆，这样一个结构既节省了相当的空间和质量，安装在卡车后部对卡车的运动不会造成有效的影响，且保证了连接的强度要求。4.1工作原理图10为液压装置的系统图，该防护装置在受到外界碰撞力的时候，其液压回路在外界碰撞力的作用下发生轴向移动，活塞杆发生轴向移动后带动活塞在活塞缸内运动，活塞的运动会推动液压油在活塞缸及液压回路中形成液压油的流动，当液压油在油管内流动时，受到油管截面积的影响，对外有一个阻力，起到第一次缓冲作用；当液压油通过减压阀时，由于油的流速过大，油压力过高，减压阀的阀芯会发生移动，调整油液压力，直到与设定的减压阀的压力相一致，此时油液流速变慢，出现很明显的缓冲效果，类似于减震器中阻尼孔的作用。在发生碰撞以后，活塞被挤压到最左端，待碰撞力解除后需通过人工压动手柄杆使液压油重新回到液压缸内，恢复原状。F88W图7液压系统图4.2液压缸的设计(1)液压缸内径的确定缸筒内径Dp-一选取的额定压力；(2)壁厚的确定(3)缸体长度确定4-4选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表5、6表5液压缸行程系列(GB2349-80)12[12]表6液压缸行程系列(GB2349-80)[12]查得标准，最终取值为L=250mm。4.3活塞和活塞杆的设计(1)活塞所选取的活塞截面积为活塞长度B一般为这里求得B=0.4D=48mm。由于活塞在外部碰撞力的作用下发生轴向移动，因此，它与缸筒的配合应当合适，间隙不能过大或者过小。间隙过大将配合过紧，不仅使最低的启动压力变大，降低了机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部液压油泄露，降低可用容积的效率，这样液压缸将会达不到设计要求35(2)活塞杆由D值和速度比4决定的。对于无速度比要求的可以根据GB/T2348-93圆整。故取d=0.58D≈70mm令活塞杆全部伸出时，活塞杆端部和负载连接点与液压缸支撑点的距离(安装长度)假定为当l≤10d时，液压缸为短行程型，主要验算活塞杆压缩或拉伸强度，即n₅-—安全系数，一般为2-4;式中：Aa——活塞杆断面积；W——活塞杆断面模数；T——活塞杆所承受的弯曲力矩。得到应力σ=25而故因此，满足强度要求。在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的缸盖叫端盖。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔(或装导向套的孔)及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏[14]。端盖厚h为：式中：D1—一螺钉孔分布直径，cm;[σ]-—材料的许用应力，kgf/cm²。得到端盖厚度为39mm。端盖的直径应大于液压缸的内径，因此选取端盖直径为154mm。图9端盖结构图(1)缓冲装置本装置因活塞移动速度将非常快，因此应该设计一个缓冲装置。缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置如图10、三角槽式节流缓冲装置如图11、可变节流缓冲本论文设计的缓冲如图13,采用环状间隙节流缓冲装置，被封在活塞和缸盖的油液经针形节流阀流出。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零[16]。(2)排气装置排气装置靠头部的锥面气密封作用，排气是，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出并经斜孔排出缸外。由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞不能密封，造成外泄漏错误!未找到引用源。o图14排气装置4.6减压阀的设计由查阅相关数据，选用JDF-L10C型，其通径为10mm、流量20L/min,调压范压力设定在9Mpa。钉紧固液压缸与连接装置，使两者完全成一整体，如图15所示。本结构的情况下尽可能的小以减少质量，与液压缸的装配关系见图16。根据查阅资料可知，截面积需达到2.5×10³mm²,就能抵抗撞击力产生的F=137.5kN,由8根螺栓与底盘相连接。螺栓为M16,经计算得：t=111.2Mpa≤[t]=190~250M追尾碰撞是高速公路交通事故中最具有代表性的事故形式。在涉及大型货车的交通事故中，小轿车追尾大货车造成的恶性程度很大，极易造成车毁人亡。小轿车追尾大货车事故约占追尾交通事故的46%,其