挂车设计计算书.docx
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挂车设计计算书
前言
ST9430型鹅颈式半挂车主要是为了装运大中型设备而设计的。
该列车牵引车采用斯太尔1491·280/S29/6×4型半挂牵引车。
支承装置、车轴装置及制动系统等,各承受的负荷基本上与已定型产品的设计相吻合,这几部分不再重新进行计算,本设计计算书只对该列车的动力性有关技术参数,半挂车车架强度进行计算。
一、列车的基本技术参数
(一)汽车列车
1、外形尺寸(长×宽×高)(空载)(mm)16500×3200×2955
2、整备质量(Kg)21840
前桥载质量(Kg)4560
中桥载质量(Kg)8130
后桥载质量(Kg)9150
3、装载质量(Kg)30000
4、最大总质量(包括驾乘2人)(Kg)51970
前桥载质量(Kg)5440
中桥载质量(Kg)16680后桥载质量(Kg)29850
(二)半挂车
1、外形尺寸(长×宽×高)(空载)(mm)12830×3200×1770
2、平台尺寸(长×宽)(mm)9000×3200
3、整备质量(Kg)12980
牵引销(Kg)3830
后轴(Kg)9150
4、装载质量(Kg)30000
5、满载质量(Kg)42980
牵引销(Kg)13130
后轴(Kg)29850
6、轴距(mm)9890+1220
7、轮距(mm)1680/915
8、前悬(mm)450
9、承载面高度(空载)(mm)860
10、前回转半径(mm)984
11、间隙半径(mm)2356
(三)牵引车
1、车型斯太尔1491·280/S29/6×4
2、整备质量(Kg)8860
3、轴距(Kg)2925+1350
4、轮距(mm)前轮1939
后轮1800
5、牵引座前置距(mm)300
6、牵引座接合面高度(mm)14907、牵引座90#
8、最大功率(马力/转/分)280/2400
9、最大扭距(公斤·米/转/分)109/1400
二、列车的动力性计算
㈠、列车动力性参数及计算公式
1.发动机扭距Me
Me=Memax-(nM-ne)2N·m
式中
Memax——发动机最大扭距,1068N·M;
M——发动机最大功率时对应的扭距,
Mp=9550=9550×=820N·M;
nM-发动机最大扭距时对应的转速,1400r/min;
nP-发动机最大功率时对应的转速,2400r/min;
ne-发动机转速。
2.列车行使速度Va
Va=0.377Km/h
式中:
rr—车轮滚动半径,取rr=0.56m;
io—主传动比;io=6.72
ig—变速器传动比,见下表。
3.牵引车驱动力Ft
Ft=N
式中:
nt—机械传动效率,取nt=0.85
r—车轮半径,r=rr=0.56m。
4.列车行驶中的空气阻力Fw
Fw=N
式中:
CD—空气阻力系数,取CD=0.95
A—迎风面积,A=BH=1.94×2.96=5.74B-汽车轮距H-汽车高
5.列车的动力因数D
D=
式中:
Ga—列车最大总重,Ga=509306N
㈡、列车动力型参数计算结果
将已知参数代入上述公式中,经过计算即得所需数值。
微机计算结果如表1所示。
(只对第1、9档计算,其余省略)
㈢、作列车驱动力图和动力特性图
根据计算结果,可作出列车驱动力图和动力特性图。
图1为驱动力图,即Ft—Va曲线图。
图2为动力特性图,即D—Va曲线图。
㈣、列车动力性能参数的确定
1.列车最高车速的确定
由列车动力特性图(图2)可以看出,列车在满载良好水平的路面使用九档行驶时,其发动机最高转速下所对应的车速即为最高车速Vamax,其值为:
Vamax≈75Km/h
2.列车最大爬坡度的确定
由图2可以看出,汽车以一档低速行驶时的最大动力因数值为:
D1max=0.266
取f=0.016得
αmax=arcsin
≈14.60
最大爬坡度imax为
imax=tgαmax=tg14.60≈0.26=26%
表1:
列车的动力性参数
ne〔r/min〕
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
2300
Me〔N·m〕
1006
1046
1066
1066
1046
1006
946
867
第
1
档
Va〔Km/h〕
2.28
2.78
3.29
3.79
4.30
4.81
5.31
5.82
Ft〔N〕
127444
132511
135045
135045
132511
127444
119843
109835
Fw〔N〕
1.38
2.04
2.86
3.80
4.89
6.12
7.46
8.96
D
0.251
0.261
0.266
0.266
0.261
0.251
0.236
0.216
第
9
档
Va〔Km/h〕
28.28
34.55
40.83
47.12
53.40
59.68
65.96
72.24
Ft〔N〕
10261
10669
10873
10873
10669
10261
9649
8843
Fw〔N〕
206.20
307.76
429.81
572.44
735.19
918.28
1121.7
1345.46
D
0.0198
0.0204
0.0206
0.0203
0.0196
0.0184
0.0168
0.0148
三、列车的牵引性能计算
(一)列车的最大牵引力Ftmax
由表1可知,列车的最大牵引力为135000N,即一档行使时发动机最大扭矩时的驱动力。
(二)按头档起步条件计算列车的最大爬坡能力计算公式为:
Ftmax=Ga·cosαmax′·f+Gasinαmax′+·δ·j由于最大爬坡值不会太大,上式可近似的写为:
Ftmax≈Ga·f+Gatgαmax′+·δ·j
式中:
f-滚动阻力系数,取f=0.016;
g-重力加速度,9.8m/s2;
δ-旋转质量换算系数,取δ=1.5;
j-列车起步过程中的加速度,其值为一变数,一般地Va从0到0.5m/s2时取j=0.4s/m2。
αmax′-列车用一档起步时最大爬坡角度。
将上述各已知参数代入公式中可求得最大爬坡度:
imax′=tgαmax′=-f-·j=-0.016-×0.4≈0.1889
即 αmax′=arctg0.1889≈10°48′(三)、列车比功率计算
牵引车的发动机功率为206KW,列车总质量为51770Kg,即51.77t,其列车的比率为206KW/51.77t≈3.98KW/t。
因此,牵引列车的比功率值满足国家标准GB6420-86《货运挂车系列型谱》所规定的比功率不小于1.10KW/t的要求。
(四)、按附着条件计算列车最大牵引力
根据驱动附着条件:
Ft≤Fzφ·φ,N
式中;
Fzφ—作用与所有驱动轮上的地面法向反作用力
Fzφ=163954N
φ—道路附着系数,取值分别为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8
计算结果列表如下:
φ
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Fzφ·φN
65582
81977
98372
114768
131163
由计算结果知当列车行驶于φ>0.82的路面上时,满足附着条件。
四、列车最小转弯直径的确定
根据公式Dmin=2
式中L1——牵引车轴距L1=2925mm
L2——半挂车轴距L2=10500mm
S——牵引车前置距S=300mm
B1——牵引车前轮距B1=1939mm
B2——半挂车轮距B2=1680mm
将上述已知参数代入上式中可求得最小转弯直径:
Dmin=2
=23730mm≈23.7m
五、车架强度计算
(一)计算基本参数
半挂车整备质量12980Kg
非悬挂质量3000Kg
最大载质量30000Kg
说明:
非悬挂质量为悬挂支架以下(不包括支架)的总成质量。
(二)关于计算的假设
本计算基于下述假设:
1.假设车架是支于牵引销与悬挂支架上的简支梁。
2.忽略偏心负荷的影响,假设所有重力均通过纵梁的弯心。
3.将车架分为前段与后段两部分,假设每段的质量均匀分布于其总长上,结构简化图及其计算参数如图3所示。
4.假设装载质量均匀分布于9000mm长的承载面上。
5.车架左右对称,作用于两纵梁上的负荷是相等的,因此,只对单根纵梁进行计算。
(三)负荷分配
1.空载负荷分配:
牵引销负荷37534N
后轴负荷89670N
2.满载负荷分配:
牵引销负荷 128674N
后轴负荷292530N
(四)半挂车车架的简化及悬挂质量与载质量的分布
1.半挂车车架的简化
将半挂车车架简化为前后两段,前段长度为3150mm,后段长度为9900mm,两段相重叠部分为500mm
2.悬挂质量与载质量的分布
悬挂质量为9980Kg,包括以下几个部分:
车架前段2100Kg车架后段7480Kg
支腿(两根)270Kg
备胎架(含备胎)130Kg
载质量3000Kg均匀分布于承载面长度上。
悬挂质量与载质量的分布如图4所示,根据理论力学的知识,可计算出牵引销处、支腿处和后轴的载荷分配。
牵引销处12210Kg后轴处27770Kg
(五)计算并绘制满载状况下的单根纵梁弯距图(见图5)
1.纵梁的载荷线集度
将纵梁简化为前后两段,忽略支腿与备胎架集中载荷的影响,纵梁前后两段的质量按在其全长上均匀分布,则两段的重量线集度分别为:
q1=
=3.27N.mm-1
q2=
=3.95N.mm-1
载质量在承载面上均匀分布,其载荷线集度为
q3=
=16.3N.mm-1
2.纵梁支点处的支反力
牵引销A处的支反力RA=64337N
后轴B处的支反力RB=14925N
3.计算纵梁各截面上的弯距:
纵梁受力简图及计算所取坐标见图5所示。
CA段:
MW(x)=-q1x2(0≤x≤400)
AE段:
MW(x)=RA(x-400)-q1x2(400≤x≤2640)
EF段:
MW(x)=RA(x-400)-q1x2-
(2640≤x≤3150)
FB段:
MW(x)=RA(x-400)--3150q1(x-)
-(3150≤x≤10900)
BG段:
MW(x1)=-q2x12-q3(x1-400)2(400≤x≤1650)
GD段:
MW(x1)=-q2x12(0≤x1≤400)
4.绘制弯距图:
以纵梁长度为横坐标,以纵梁各截面的弯距值MW为纵坐标建立坐标系,将已知量q1、q2、q3代入弯距方程,便可绘制出单根纵梁的弯距图(见图5)。
(六)纵梁静弯曲应力的计算
静弯曲应力的计算旨在校核纵梁的弯曲强度,因此只对危险断面进行计算。
1.危险断面Ⅰ:
纵梁前段截面突变处x=1150mm
此处的弯距值由弯距方程所求得。
MWⅠ=46090000N.mm
2.危险断面Ⅱ:
纵梁前段截面变化处x=2190mm
MWⅡ=107320000N.mm
3.危险断面Ⅲ:
最大弯距处,由弯距图知在FB段内,其位置可通过对该区段的弯距方程求导来得到。
对弯距方程求导,并令MW′(x)=0
得X=≈5719mm
MWⅢ=227000000N.mm
4.计算危险断面的抗弯系数
三处危险断面形状均为工字型,断面形状如图6所示。
截面抗弯系数W=
(1)危险断面Ⅰ
B=220mmt=16mmH=300mmh=252mmb=B-t=204mm
W==1486326mm2
(2)危险断面Ⅱ
B=220mmt=16mmH=373mmh=325mmb=B-t=204mm
W==1972291mm2
(3)危险断面Ⅲ
B=220mmt=16mmH=520mmh=472mmb=B-t=204mm
W==3039210mm2
5.计算危险断面上的弯曲应力
根据公式δ=可计算出危险断面上的弯曲应力如下表所示
图6
(七)强度分析:
纵梁采用16Mn优质合金钢板,其屈服强度δ≥343MPa,上述各危险断面的弯曲应力远小于材料的屈服强度,故强度足够。
各危险断面的安全系数ηs的值见下表
图1列车驱动力图
图2列车动力特性图
主要参考资料
1.《汽车设计》吉林工业大学汽车教研室编。
2.《汽车理论》清华大学余志生编。
3.《材料力学》刘鸿文主编。
4.《专用汽车设计》崔靖主编。
5.《专用汽车设计》蒋崇贤、何明辉主编。
危险断面
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
安全系数ηs
11.06
6.31
4.59
本资料编写人员:
周淑芳
审核:
贾倩
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- 挂车 设计 计算