貨車后部防護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)9800字

易造成車毀人亡。小轎車追尾大貨車事故約占追尾交通事故的46%,其致死比1緒論 11.1研究背景及意義 1 2 3 42.1防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)要求 42.2防護(hù)裝置的總體結(jié)構(gòu) 5 5 63防護(hù)架的設(shè)計(jì) 83.1防護(hù)架的組成 8 8 8 9 4.3活塞和活塞桿的設(shè)計(jì) 4.4端蓋的設(shè)計(jì) 4.7.2連接裝置強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2411緒論1.1研究背景及意義隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車在我們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮的作用越來越大，汽車的數(shù)量越來越多。盡管汽車的出現(xiàn)給人們出行帶來極大便利，但隨著汽車數(shù)量的劇增，帶來了極大的出行安全性問題。2008年，全國累計(jì)發(fā)生道路交通事故約25萬起。在2009年的上半年，全國總共發(fā)生了道路交通事故107193起，造成了29866人死亡、128336人受傷錯(cuò)誤!未找到引用源。。汽車的安全性問題直接關(guān)系到個(gè)人的生命，必須得到高度重視。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。在涉及大型貨車的交通事故中，小轎車追尾大貨車事故(如圖1所示)約占追尾交通事故的46%,其致死比例是轎車與其他車型碰撞致死比例的四倍[1,造成的惡性程度很大，極易造成車毀人亡。為了防止并減輕載貨汽車被追尾事故帶來的嚴(yán)重傷害，大型載貨汽車的被動(dòng)安全性必須引起重視。目前，我國大型載貨汽車后防護(hù)欄的被動(dòng)安全性水平低下，在離地高度、剛度、強(qiáng)度等方面存在一定的缺陷[2]。只有設(shè)計(jì)出合適的后防護(hù)裝置，才能切實(shí)提高載貨汽車被動(dòng)安全性，有效保護(hù)駕駛?cè)藛T和乘車人員的安全。因此，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的貨車后防護(hù)裝置是十分必要的。2(1)發(fā)展歷程20世紀(jì)80年代末，國內(nèi)首個(gè)實(shí)車碰撞試驗(yàn)臺(tái)在清華大學(xué)搭建成功并投入試2016年設(shè)計(jì)了一款新的貨車后部防護(hù)裝置，設(shè)計(jì)了一款兼顧車輛通過性能，在碰撞仿真分析，驗(yàn)證RUPD的緩沖吸能性和阻擋性能。新裝置對(duì)于提高貨車通(2)法規(guī)方面法規(guī)體系，其中最具有代表性的法規(guī)就是歐洲的ECE和美國的FMVSS。日本是上仍然略微遜色于歐美國家。歐洲關(guān)于貨車后碰撞防護(hù)的法規(guī)ECER58于1983年7月1日就已正式實(shí)施，日本在它的汽車安全技術(shù)法規(guī)中并沒有明確指出試驗(yàn)(3)實(shí)驗(yàn)方面國外對(duì)現(xiàn)有提供的汽車碰撞吸能裝置的研究成果主要從實(shí)車測試和計(jì)算機(jī)改進(jìn)與優(yōu)化方面，鮮有涉及小車追尾載貨汽車后下部安全裝置的碰撞試驗(yàn)研究31.3論文主要內(nèi)容護(hù)裝置達(dá)到國標(biāo)要求的僅占總數(shù)的23%,部分或完全不合乎要求的比例高達(dá)77%。為了降低小車追尾貨車后部事故的傷害，提高貨車行駛安全，本論文擬進(jìn)(1)確定貨車后部防護(hù)裝置的整體方案；(2)進(jìn)行貨車后部安全防護(hù)裝置中防護(hù)架的設(shè)計(jì)、校核；(3)進(jìn)行貨車后部安全防護(hù)裝置中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、校核；42貨車后部防護(hù)裝置的整體方案(1)幾何尺寸據(jù)研究，貨車后部防護(hù)裝置的離地間隙應(yīng)該是在450mm到550mm之間，如(2)型材的選擇裝置的型材錯(cuò)誤!未找到引用源。(3)剛度要求防護(hù)裝置剛度對(duì)提高轎車與大貨車啞撞相容性的影響錯(cuò)誤!未找到引用源。。(4)重量因子5和剛度要求的前提下，應(yīng)盡量減輕防護(hù)裝置的重量，以提高車輛碰撞的相容性錯(cuò)誤!未找到引用源。該防護(hù)裝置由防護(hù)架、液壓裝置、連接裝置三大部分組成。(1)防護(hù)架的主體包含活塞桿、連接塊、叉板、槽鋼以及橫梁。這些基本零件，用相應(yīng)的螺栓、銷相互連接起來，組合成防護(hù)架的主體結(jié)構(gòu)，即防止車鉆入的部分。防護(hù)架主體的設(shè)計(jì)主要考慮結(jié)構(gòu)以及安裝到車尾后對(duì)車的通過性能的影響，其次是對(duì)剛度的校核，所設(shè)計(jì)的防護(hù)架在一般碰撞情況下，能保證不斷裂、不脫落。(2)液壓系統(tǒng)由液壓缸、活塞、減壓閥等組成。液壓缸與防護(hù)架的支臂相連，受到撞擊后，通過液壓缸中的液壓油流動(dòng)起到反作用力進(jìn)行第一次緩沖，通過相應(yīng)的閥對(duì)液壓油減速來起到第二次緩沖的作用。(3)防護(hù)架連接裝置將液壓缸與車體底盤通過螺栓相連接，主要保證剛度與強(qiáng)度要求。在兩車相碰撞時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)或者斷裂即可。防護(hù)架連接裝置的質(zhì)量可以盡可能的取小，以減少車的負(fù)荷，對(duì)車的運(yùn)動(dòng)有利。防護(hù)架的類型一般分為以下幾種；(1)懸臂粱式結(jié)構(gòu)(T型),由與載貨汽車橫粱相連的兩個(gè)支座來連接后下部防護(hù)裝置，且僅用一根橫向構(gòu)件作為載貨汽車的后防護(hù)欄，大多采用槽型鋼方式。此種裝置一般都置于載貨汽車內(nèi)部。(2)可翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：它可在載貨車輛遇到障礙物時(shí)自行或自動(dòng)翻起，當(dāng)車輛通過后即恢復(fù)原狀，同時(shí)，它所具有的上下鎖定功能也賦予其更大的靈活性。(3)工字型載貨汽車后防護(hù)欄：采用工字型方式，市場上通常共由四根構(gòu)件組成，本文采用的是五根構(gòu)件組成的后下部防護(hù)裝置。除去兩根橫向構(gòu)件，還有三根豎直的構(gòu)件，裝置上部一般都與載貨汽車大梁連接，而下部由兩個(gè)支座與載貨汽車橫梁連接。防護(hù)架的鋼架結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為矩形管狀體，防護(hù)架中抵抗碰撞的部分盡量設(shè)6影響，在T型結(jié)構(gòu)中加入類似筋板的結(jié)構(gòu)，對(duì)T型架的剛度加以提升，提高抵兩個(gè)T型結(jié)構(gòu)的伸出臂(活塞桿)部分較長，在碰撞過程中，若為非正碰，2.4初始參數(shù)基本數(shù)據(jù)類型牽引卡車全高mm軸距mm前懸mm后懸mm后離地高度整車重量T最大載重T//接近角離去角67發(fā)動(dòng)機(jī)類型東風(fēng)康明斯ISLe34030燃油種類柴油氣缸排列形式直列標(biāo)準(zhǔn)排放歐Ⅲ馬力340變速箱型號(hào)法士特12JS160TA83防護(hù)架的設(shè)計(jì)3.1防護(hù)架的組成防護(hù)架的主體包含活塞桿、連接塊、叉板、槽鋼、緊固桿以及橫梁。這些基本零件，用相應(yīng)的螺栓、銷相互連接起來，組合成防護(hù)架的主體結(jié)構(gòu)，即防止車鉆入的部分。防護(hù)架主體的設(shè)計(jì)主要考慮的是結(jié)構(gòu)以及防護(hù)裝置安裝到車尾后對(duì)車的通過性能的影響，其次是對(duì)剛度的校核，所設(shè)計(jì)的防護(hù)架在一般碰撞情況下，能保證不斷裂、不脫落。圖2防護(hù)架示意圖3.2防護(hù)架的計(jì)算3.2.1碰撞力的計(jì)算由于該計(jì)算方法較復(fù)雜，在所學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)之內(nèi)很難較準(zhǔn)確的計(jì)算出相關(guān)碰撞力數(shù)據(jù)，為使得所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有較高的可靠性能，防止因校核剛度而出現(xiàn)很大誤差，故本設(shè)計(jì)的剛度校核中的碰撞力全都采用其他參考文獻(xiàn)中的碰撞結(jié)果。參考數(shù)據(jù)如下表：9角度表4計(jì)算結(jié)果比較1]自重KG角度由以上表中數(shù)據(jù)比較可知，該文獻(xiàn)的計(jì)算碰撞力誤差均在11%以內(nèi)，其中最大誤差僅為10.16%。因此該文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)具有較高的參考可靠性。根據(jù)以上參考文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)參考用車DFL4251A9的相關(guān)數(shù)據(jù)，車身自重8500KG,在空載情況下進(jìn)行剛度校核，速度設(shè)計(jì)為60km/h(通常國內(nèi)的卡車行駛速度上限為85km/h),碰撞角度取20°,而小車的速度設(shè)計(jì)為100km/h。(1)槽鋼的設(shè)計(jì)由于本文所選的卡車寬度為2500mm,而防護(hù)家的長度應(yīng)略小于卡車的寬度，因此設(shè)定防護(hù)架擋板的長度為2400mm,高度為100mm,而防護(hù)架的橫梁高度為430mm,寬度為95mm。非正碰，且事故發(fā)生為一個(gè)偶然小概率事件，所以在此取其防護(hù)架總面積的70%防護(hù)架的截面積為兩U型槽的截面積之和。防護(hù)架的材料為45號(hào)鋼，經(jīng)過正火之后其許用彎曲應(yīng)力為σ_1=55MPa,剪切疲勞極限為t_=105MPa根據(jù)根據(jù)此截面積，設(shè)計(jì)的槽鋼截面尺寸外壁95mm×70mm、內(nèi)壁85mm×65mm、壁厚5mm(見圖3),計(jì)算的總面積為(95mm×70mm-85mm×65mm)x=2550mm2。的最下方，支點(diǎn)在桿件的最上方，碰撞的彎矩圖如圖4:圖4彎矩圖最大的彎矩在F?點(diǎn)，由經(jīng)計(jì)算，得F=7.56×103Nm該槽鋼與12.6#槽鋼較接近，取W=62.1cm3,有兩根槽鋼同時(shí)作用，因此，可(2)叉板和緊固桿的設(shè)計(jì)板，長度為319mm,直面的寬度為48mm,半圓面直徑為60mm,螺栓直徑為30mm,連接槽鋼部分設(shè)計(jì)一個(gè)減震環(huán)，減震環(huán)的半徑為16mm。寸，長度為232mm,兩端各有一個(gè)直徑為30mm,長度為14mm的螺栓。圖5緊固桿的形狀及尺寸圖6叉板的形狀及尺寸防護(hù)架的高度應(yīng)該與相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)相一致，在保證小車不能鉆入的情況下，也要保證卡車的離去角。車底盤離地高度為1010mm,在保證防護(hù)架安裝以后其下邊緣部分離地高度不小于550mm。防護(hù)架的支臂與液壓缸相連接，在受到撞擊后，通過液壓缸中的液壓油流動(dòng)通過相應(yīng)的閥對(duì)液壓油減速來起到緩沖的作用。液壓缸基本標(biāo)準(zhǔn)化，只是對(duì)其中的一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，能夠與車體的大小及形狀相容。與一般的液壓缸不同的是，該液壓缸的活塞桿與防護(hù)架的支臂相結(jié)合，形成一個(gè)整體，即防護(hù)架的支臂的后端即是液壓缸的活塞桿，這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)既節(jié)省了相當(dāng)?shù)目臻g和質(zhì)量，安裝在卡車后部對(duì)卡車的運(yùn)動(dòng)不會(huì)造成有效的影響，且保證了連接的強(qiáng)度要求。4.1工作原理圖10為液壓裝置的系統(tǒng)圖，該防護(hù)裝置在受到外界碰撞力的時(shí)候，其液壓回路在外界碰撞力的作用下發(fā)生軸向移動(dòng)，活塞桿發(fā)生軸向移動(dòng)后帶動(dòng)活塞在活塞缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)，活塞的運(yùn)動(dòng)會(huì)推動(dòng)液壓油在活塞缸及液壓回路中形成液壓油的流動(dòng)，當(dāng)液壓油在油管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，受到油管截面積的影響，對(duì)外有一個(gè)阻力，起到第一次緩沖作用；當(dāng)液壓油通過減壓閥時(shí)，由于油的流速過大，油壓力過高，減壓閥的閥芯會(huì)發(fā)生移動(dòng)，調(diào)整油液壓力，直到與設(shè)定的減壓閥的壓力相一致，此時(shí)油液流速變慢，出現(xiàn)很明顯的緩沖效果，類似于減震器中阻尼孔的作用。在發(fā)生碰撞以后，活塞被擠壓到最左端，待碰撞力解除后需通過人工壓動(dòng)手柄桿使液壓油重新回到液壓缸內(nèi)，恢復(fù)原狀。F88W圖7液壓系統(tǒng)圖4.2液壓缸的設(shè)計(jì)(1)液壓缸內(nèi)徑的確定缸筒內(nèi)徑Dp-一選取的額定壓力；(2)壁厚的確定(3)缸體長度確定4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表5、6表5液壓缸行程系列(GB2349-80)12[12]表6液壓缸行程系列(GB2349-80)[12]查得標(biāo)準(zhǔn)，最終取值為L=250mm。4.3活塞和活塞桿的設(shè)計(jì)(1)活塞所選取的活塞截面積為活塞長度B一般為這里求得B=0.4D=48mm。由于活塞在外部碰撞力的作用下發(fā)生軸向移動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)當(dāng)合適，間隙不能過大或者過小。間隙過大將配合過緊，不僅使最低的啟動(dòng)壓力變大，降低了機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部液壓油泄露，降低可用容積的效率，這樣液壓缸將會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求35(2)活塞桿由D值和速度比4決定的。對(duì)于無速度比要求的可以根據(jù)GB/T2348-93圓整。故取d=0.58D≈70mm令活塞桿全部伸出時(shí)，活塞桿端部和負(fù)載連接點(diǎn)與液壓缸支撐點(diǎn)的距離(安裝長度)假定為當(dāng)l≤10d時(shí)，液壓缸為短行程型，主要驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度，即n?-—安全系數(shù)，一般為2-4;式中：Aa——活塞桿斷面積；W——活塞桿斷面模數(shù)；T——活塞桿所承受的彎曲力矩。得到應(yīng)力σ=25而故因此，滿足強(qiáng)度要求。在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的缸蓋叫端蓋。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔(或裝導(dǎo)向套的孔)及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞[14]。端蓋厚h為：式中：D1—一螺釘孔分布直徑，cm;[σ]-—材料的許用應(yīng)力，kgf/cm2。得到端蓋厚度為39mm。端蓋的直徑應(yīng)大于液壓缸的內(nèi)徑，因此選取端蓋直徑為154mm。圖9端蓋結(jié)構(gòu)圖(1)緩沖裝置本裝置因活塞移動(dòng)速度將非?？?，因此應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)緩沖裝置。緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置如圖10、三角槽式節(jié)流緩沖裝置如圖11、可變節(jié)流緩沖本論文設(shè)計(jì)的緩沖如圖13,采用環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置，被封在活塞和缸蓋的油液經(jīng)針形節(jié)流閥流出。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零[16]。(2)排氣裝置排氣裝置靠頭部的錐面氣密封作用，排氣是，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞不能密封，造成外泄漏錯(cuò)誤!未找到引用源。o圖14排氣裝置4.6減壓閥的設(shè)計(jì)由查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，選用JDF-L10C型，其通徑為10mm、流量20L/min,調(diào)壓范壓力設(shè)定在9Mpa。釘緊固液壓缸與連接裝置，使兩者完全成一整體，如圖15所示。本結(jié)構(gòu)的情況下盡可能的小以減少質(zhì)量，與液壓缸的裝配關(guān)系見圖16。根據(jù)查閱資料可知，截面積需達(dá)到2.5×103mm2,就能抵抗撞擊力產(chǎn)生的F=137.5kN,由8根螺栓與底盤相連接。螺栓為M16,經(jīng)計(jì)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。在涉及大型貨車的交通事故中，小轎車追尾大貨車造成的惡性程度很大，極易造成車毀人亡。小轎車追尾大貨車事故約占追尾交通事故的46%,其