自卸车专用车架设计

课程论文

自卸式专用车车架设计

课程名称：专用汽车设计

姓名：伍达强

学号：201131150421

专业：车辆工程

成绩：

指导教师：刘庆庭

摘要：介绍了主副一体自卸专用车架的设计过程，着重介绍了该车架的结构形式和特点，论述了车架结构形式的确定、纵梁的设计校核、横梁的布置及结构设计、横梁与纵梁连接形式及自卸结构的布局设计，对自卸车专用车架的设计有一定的指导作用。

关键字：自卸车专用车架结构设计

Abstract： Focusing on the structure and characteristics of the frame, the design process of the major and auxiliary special frame in dump truck were described. Frame structure, design and check of the carling, Layout and structural design of beams, the connection of carling and beams, layout of dumping structure were elaborated, which accumulated some useful guidance to the design of special frame of dump truck.

Key words： dump truck special frame; structural design

1 前言

车架作为汽车底盘的基础件，其结构形式直接影响着底盘各零部件的布置安装。同时，作为底盘及整车的主要承载件，车架对整车的各项性能起着至关重要的作用。因此在车架设计过程中，除考虑自身的强度要求外，还需考虑其它总成安装的方便性，并兼顾生产工艺条件。为满足市场的需求，针对自卸汽车的特点，开发了一种主副一体自卸汽车专用车架。

2 方案构思

传统自卸车车架由主车架与副车架共同组成，主车架承载着各总成件的载荷，副车架布置自卸结构实现货物的倾卸（图1）。自卸专用车架初步设想是取消副车架总成，将副车架上自卸结构移植到主车架上，既可以降低整车重心，又降低了成本。车架结构大致拟定如下：选用边梁式框架式结构，车架由左右分开的两根槽型纵梁和横梁组成。考虑到自卸车驾驶室后的位置所受弯曲应力较为集中，在重载时易发生变形，故在此段增加第三层纵梁。车架前悬受力较小，出于轻量化和降低成本的考虑，从车架前端到发动机前托架处，车架纵梁由双层改为6 mm 的单层；后悬架附近重载时所受扭曲作用较大，故在后悬架前后支架处采用背靠背横梁联接，以保证车架后部有足够的强度；车架中部在行驶中应具有一定柔性，在满足强度的前提下车架横梁尽量减少，以减小通过不平路面时车架的扭曲变形(图2) 。

3 车架设计

3.1 车架总体尺寸的确定

3.1.1 车架纵梁材料的选择

纵梁是车架的主要元件，也是车架总成中最大的加工件，其形状力求简单，载货汽车车架纵梁多取平直且断面形状不变或少变，以简化工艺，降低制造成本[1]。本车架纵梁选用直通双层槽型纵梁，断面尺寸为250 mm ×70 mm ×（ 外层为6 mm ，内层为5mm ），大梁材料采用B510L ，下屈服强度为355 MPa 。

3.1.2 宽度的确定

车架宽度必须根据整车总体布置来确定。车架前段的宽度受前轮最大转向角的限制，最小值取决于发动机的外围宽度，车架后段的宽度受后轮距及悬架安装方式的影响[2]。该车架前后悬架全采用钢板弹簧悬架，悬架支座均与纵梁下翼面和腹面铆接，为满足悬架的安装要求，确定车架宽度为800 mm 。

3.1.3 长度的确定

车架长度主要取决于整车的长度，根据整车自卸货箱尺寸（4400 mm ×2200 mm ×800 mm ）及驾驶室总成等部件的布置情况，确定车架轴距为3800 mm ，其中前悬长1060 mm ，后悬长1225 mm ，总长6085 mm 。

3.1.4 车架纵梁的强度校核

车架受力简图如图3所示。整备质量G s =5000 kg ，载质量G g =20000 kg 。 前支反力：R f =

G s L?2b +G e (c?2c 2)4Z =22 kN 。 由弯矩平衡dM x dx =0 ，求得最大弯矩点：

X =[2R f ?G s a L +G e Z?c 1 c ][G s L +G e c ]

=1660mm

最大弯矩：

M max=R f x?G s

4L

x+a2?

G e

4c

c1?Z?x2=1901kN.mm

取动载荷系数k d=2.5～4.0，考虑到车架多为疲劳损伤，故取d安全系数n=1.15～1.40[1]。则动载荷工况下的最大弯矩为M dmax=k?n?M max= 6159kN.mm。对于槽形断面，抗弯截面模量：

W=t×h(h+6b)/6=307 083mm3

纵梁危险截面的最大应力：

σ=M dmax W=200.55MPa

由于材料的临界值为[σ]=355 MPa，此时σ≤[σ]，故该车架纵梁的设计满足要求。

3.2 横梁结构及位置的确定

对于车架总成来说，纵梁首先应满足整车的强度要求，而合理布置横梁及其连接形式则是保证车架具有足够扭转刚度的必要条件，同时车架横梁又是底盘一些总成的安装基体，因此在确定各横梁的位置前必须充分考虑到整车各总成的布

置情况，保证其安装的方便性[2]。

由于发动机前置，为满足驾驶室、发动机的安装要求，提高车架前悬的刚度，在车架前端设置前横梁和第二横梁，以保证前悬架和转向器等操纵的稳定性。由于前横梁上翼面要装配驾驶室翻转支座，横梁采用6 mm的槽型横梁，在保证强度前提下，在横梁两端增加圆弧缺口，并在各横梁腹面增加工艺孔减重，同时方

便制动管路通过。

前、后轴之间横梁的设置，除需考虑满足蓄电池、储气筒及油箱总成等外挂部件的安装要求外，还要考虑传动轴吊架支座的安装要求。

由于自卸车经常在坑洼工地上行驶，要求车架后悬架有较好的扭转刚度，因此须在后悬架前后支架处各加装一组背靠背横梁，但考虑到后悬架前支架处要布置自卸举升结构支持梁，亦可以用其兼做横梁。

车架后悬长度及后横梁的位置要依据自卸货箱尺寸、重心位置和举升角度来确定，除此之外还要考虑备胎、自卸油箱、安全支撑杆等其它附件的布置。

3.3 发动机悬置结构的确定

在设计发动机悬置结构时，力求把发动机的振动通过支承体降低到最小，减振效果的好坏主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置及悬置软垫的结构、刚度和阻尼等特性。根据驾驶室内腔结构和发动机外形图确定此车架的发动机采用三点支承，其前悬置采用“V ”型两点支承方式，后悬置设置在变速箱上，通过转轴软垫悬挂于横梁，同时在发动机飞轮壳设置辅助悬置，以解决悬置过度定位及前后悬置太长导致离合器壳、变速箱壳体易破裂问题。

3.4 自卸结构设计及各位置点的确定

因T 型自卸举升结构具有举升力系数小、省力，油压特性好，举升平顺、油缸活塞工作行程短，机构布置灵活等特点，故采用T 型自卸举升结构[3]

。

3.4.1 自卸油缸安装位置的设计

根据T 型自卸机构的尺寸参数要求，油缸支座的安装位置应低于车架上翼面位于后悬架处，故在此段增加8 mm 内衬纵梁，内衬梁与车架腹面及下翼面铆接为一牢固整体，再在内衬梁内扣8mm 槽型自卸纵梁，自卸纵梁与内衬梁内外交错焊接牢固，以避免自卸纵梁与车架纵梁直接焊接的不足。在自卸纵梁上钻打油缸支座安装孔，装配油缸支座（图4）。

3.4.2 拉杆支撑板的设计

自卸拉杆装配孔高出车架上翼面，要求具有较好的抗弯和抗扭特性，故拉杆支撑板采用厚度为20 mm 的钢板制作，其下端分别用Φ120×12和Φ84×12的两根圆钢管贯穿并焊接牢固，钢管两端分别与自卸纵梁和内衬梁焊接，拉杆支撑板上端安装孔内加装耐磨轴瓦以减少摩擦，轴瓦与拉杆支撑板焊接牢固。

3.4.3 自卸翻转支座设计

自卸翻转支座一般采用铸钢件，设计在车架尾端与车架上翼面和腹面紧贴铆接牢固。考虑到重载举升时自卸翻转支座处受弯曲和扭曲应力较大，为提高此处强度，将自卸翻转支座、后横梁及车架纵梁铆接在一起，共同承载此处应力。 4 车架横梁的连接

4.1 车架纵梁与横梁的连接

根据车架前、后悬架以及其它各总成的安装位置，车架前端受力较小且纵梁为单层，为增加刚度将第一、二横梁与车架纵梁上下翼面直接铆接[1]

。

4.2 后悬架前后横梁与纵梁的连接

由于后悬架前后横梁与前后支架的位置较近，为防止干涉，在槽形横梁的两端增加梯形支架，先将梯形支架与车架纵梁腹面和下翼面铆接形成一个整体，再将横梁的上下翼面与梯形支架铆接，梯形支架的端头形状应逐步过渡，其厚度不得小于车架纵梁厚度的40%[3]。

5 结束语

本文对自卸汽车车架从结构布局、材料选择和力学分析等方面进行了论述，介绍了主副一体自卸专用车架产品。在设计中取消了自卸车传统的副车架总成，在车架左右双层纵梁内各铆接内衬梁，再在其内扣一槽形自卸纵梁，并在槽形自卸纵梁上钻打油缸支座安装用孔，安装油缸，从而降低了油缸安装高度，使整车的重心高度降低了140 mm，局部采用三层纵梁提高了车架的强度和刚度；自卸拉杆板采用三角形钢板结构，下端用两根钢管贯穿焊接牢固，安全可靠，加工简单，安装方便；自卸翻转支座直接铆在车架纵梁尾端，结构简单、成本低、机构运行可靠。通过大量的研究和试验，该T型主副一体化结构车型性能稳定可靠，降低了成本和重心，同时也解决自卸车侧翻的实际问题，受到市场的欢迎。该车型投产两年多来，得到了用户的认可，为企业带来了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 刘惟信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,2001.

[2] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册(设计篇)[M].北京:人民交通出版社,

2001.

[3] 徐达.专用汽车结构与设计[M].北京:北京理工大学出版社,1998.

[4] 陈家瑞.汽车构造(下册)[M].北京:机械工业出版社,2005.