車輛穩(wěn)定性中級(jí)工程師論文

1、論文題目:改裝洗掃車行駛穩(wěn)定性計(jì)算申報(bào)職稱:工程師申報(bào)人姓名: 申報(bào)人單位: 論文專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)改裝洗掃車行駛穩(wěn)定性計(jì)算關(guān)鍵詞：改裝洗掃車、大箱起升中心、行駛穩(wěn)定性0、引言汽車的行駛穩(wěn)定性是指汽車在行駛過(guò)程中，在外部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾翻等現(xiàn)象的能力。行駛穩(wěn)定性是車輛的最主要性能之一，為保證車輛行駛安全性，在改裝車設(shè)計(jì)的總體方案階段就要進(jìn)行整車的行駛穩(wěn)定性校核。特別是清掃車在傾倒垃圾時(shí)后門是否開(kāi)啟，對(duì)車輛穩(wěn)定性的影響。此論文將以最新生產(chǎn)的掃車作為計(jì)算對(duì)象。1、整車質(zhì)心位置計(jì)算及軸荷分配改裝車通常要求：改裝后整車總質(zhì)量不得超過(guò)原底盤允許的最大總質(zhì)

2、量；質(zhì)量分配前后要合理，軸載質(zhì)量不得超過(guò)允許的最大軸載質(zhì)量，前軸軸荷至少應(yīng)達(dá)到改裝車當(dāng)時(shí)總質(zhì)量的20%以上；載荷分配左右應(yīng)基本均勻，最大偏差不得超過(guò)3%；重心位置盡可能低，但必須留有車輪彈跳高度所需要的空間。洗掃車作業(yè)完成后大量的污水存在污水箱內(nèi)，所以對(duì)下面幾種狀態(tài)進(jìn)行分析。計(jì)算1.1大箱放平時(shí)重心計(jì)算以整車的后橋中心點(diǎn)在地面上的投影為坐標(biāo)原點(diǎn)，以車長(zhǎng)方向?yàn)閤坐標(biāo)，（向車輛前端為正，）車高方向?yàn)閥坐標(biāo)。車廂及主要設(shè)備均以其幾何中心為質(zhì)心，根據(jù)整車內(nèi)外布局，改裝車輛各部總成重心位置見(jiàn)圖1主要裝車設(shè)備質(zhì)量及質(zhì)心位置如表1：表1中：各主要設(shè)備的質(zhì)量(kg)；各設(shè)備質(zhì)心的x方向坐標(biāo)（mm）； 各設(shè)備質(zhì)

3、心的y方向坐標(biāo)(mm)；表1 主要計(jì)算數(shù)據(jù)：序號(hào)參數(shù)名稱Gi(kg)Xi（mm）Yi（mm）1.汽車底盤200021708002.風(fēng)機(jī)總成350175616203.副發(fā)動(dòng)機(jī)380215610504.水箱總成23011011005.大箱總成100050015406.液壓油箱133167111207.低壓水路7025255058.高壓水路10018809259.副梁總成54069180610.邊刷100142860411.大箱支桿201275119312.吸口總成270-77044713.后防護(hù)53-125151614.后門總成200-1413142615.人員1303420108216.清水15

4、00110110017.污水1724-53313561.1.1空載狀態(tài)根據(jù)合力力矩等于分力力矩之和的原理進(jìn)行重心計(jì)算。已知：底盤軸距z=3360mm，圖1 各部總成重心位置示意圖 計(jì)算空載時(shí)車輛重心距后輪中心位置XK：XK= （1）= =1261.6mm計(jì)算空載重心高度YKYK= （2）=1026mm計(jì)算結(jié)果表明，整車質(zhì)心距后軸1261.6mm，離地高度1026mm。軸荷分配：由力矩平衡求得軸荷分配：前橋載荷N1:N1=2045kg （3）后橋載荷N2：N2=G-N1=3401kg （4）則改裝后底盤前橋額定載荷為2045kg，后橋額定載荷為3401kg。前橋載荷N1占總質(zhì)量G:= =37.5

5、%20%,符合改裝手冊(cè)要求。1.1.2、污水箱滿載狀態(tài)計(jì)算污水箱滿載，兩名成員狀態(tài)時(shí)車輛重心距后輪中心位置XMXM= =876mm計(jì)算污水箱滿載，兩名成員狀態(tài)時(shí)車輛重心高度YMYM= =1104mm1.2大箱起升時(shí)重心計(jì)算大箱垃圾箱底面要求在卸垃圾的時(shí)候達(dá)到62°傾角，設(shè)計(jì)時(shí)垃圾箱底面已經(jīng)傾斜12°，因此大箱實(shí)際起升角度為50°。大箱起升有兩種情況，一種是先打開(kāi)后門然后起升大箱，垃圾隨之倒出，當(dāng)大箱起升到最大角度時(shí)，箱內(nèi)沒(méi)有垃圾。另一種情況，大箱裝載垃圾，后門沒(méi)有開(kāi)啟，當(dāng)大箱起升到最大角度時(shí)最有可能傾翻。下面對(duì)后門沒(méi)有開(kāi)啟情況進(jìn)行穩(wěn)定性校核。起升后大箱總成，后門總

6、成，垃圾重心位置有變化。大箱起升后重心位置見(jiàn)圖2,計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表2表2序號(hào)參數(shù)名稱Gi(kg)Xi(mm)Yi(mm)1大箱總成1000-65626332后門總成200-179910943污水1724-15261662圖2 大箱最大傾倒角，后門未開(kāi)啟狀態(tài)圖計(jì)算大箱起升時(shí)重心距離后輪中心位置Xs Xs= = =419mm0通過(guò)計(jì)算證明重心在后輪前部，此時(shí)車輛不會(huì)發(fā)生向后傾翻情況。車輛在后門沒(méi)有開(kāi)啟，當(dāng)大箱起升到最大角度時(shí)狀態(tài)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生傾翻現(xiàn)象。2、縱向穩(wěn)定性分析計(jì)算2.1駐車制動(dòng)性駐車制動(dòng)，一般叫做手剎，它的作用就是在停車時(shí)，給汽車一個(gè)阻力，使汽車不溜車。駐車制動(dòng)，也就是手剎或者自動(dòng)檔中的停車檔，

7、鎖住傳動(dòng)軸或者后輪。圖3 汽車等速上坡時(shí)的受力圖所示汽車空載時(shí)的駐車情況，根據(jù)受力分析，將, 三個(gè)力對(duì)前軸接地點(diǎn)取力矩，得+=L （5）= （6）將式（6）代入（5）求得最大駐車坡度： tan= （7）式中:車輛最大駐車坡角度（rad）； 輪胎對(duì)地面的縱向附著系數(shù)，在干燥水泥路面上=0.7代入數(shù)值tan=0.528 =27.8°2.2 縱向傾翻汽車的縱向行駛穩(wěn)定性，是指汽車在縱向坡道上行駛時(shí)抗傾斜和滑移的能力?？v向傾翻是指汽車上坡或下坡時(shí)發(fā)生繞后軸或前軸的傾翻。以上坡為例，汽車的受力情況如圖2。在實(shí)際情況下，當(dāng)坡度較大時(shí)，汽車行駛速度比較慢，空氣阻力忽略不計(jì)，同時(shí)汽車的動(dòng)力主要用來(lái)克

8、服坡道阻力，在較大的坡道上加速能力有限，也不考慮加速阻力。隨著坡度的增大，前輪的法向反作用力為零時(shí)，汽車將發(fā)生傾翻。根據(jù)受力分析，前輪法向反作用力為：= （8）式中：前輪法向反作用力（N）；G改裝車總質(zhì)量（kg）；L汽車軸距（mm）；整車質(zhì)心距后橋的距離（mm）； 坡角度（rad）。 當(dāng)前輪法向反作用力=0時(shí)，汽車便發(fā)生繞B點(diǎn)向后傾翻現(xiàn)象，通常稱為縱翻。當(dāng)0時(shí)，汽車不會(huì)發(fā)生翻車，即tan <,由公式可知：汽車的滿載質(zhì)心高度h越小，質(zhì)心至后軸的距離L2越大，汽車在縱向坡道上行駛就越不容易傾翻。因此，可得不發(fā)生傾翻的最大坡度為：tanmax = （9）空載狀態(tài)極限上坡角度：空載狀態(tài)時(shí)汽車重心

9、高度=1261.6mm,h=1026mmtanmax =1.23 max =50.9°污水箱滿載狀態(tài)極限上坡角度：污水箱滿載狀態(tài)時(shí)汽車重心高度=876mm,h=1104mm tanmax =0.93max =37.8°2.3縱向滑移當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)輪的附著力小于或者等于改裝車輛在平行于坡道上的分力時(shí)，車輪發(fā)生滑移現(xiàn)象，此時(shí)：G×cos×= G×sintan= （10）式中：車輛發(fā)生縱向滑移時(shí)的坡度角（rad）； 車輛在干燥水泥路面上取0.7。把=0.7代入式（7）中得：=34.99°2.4總結(jié)污水箱滿載時(shí)極限上坡角度明顯小于空載時(shí)極限上坡角

10、度，作業(yè)完成后應(yīng)更加注意行車安全。通過(guò)以上計(jì)算可以得出，該車縱向滑移時(shí)的坡度角為34.99°，小于縱翻的極限坡度角37.8°，所以在發(fā)生縱向傾翻之前，首先發(fā)生縱向滑移，可以保證車輛在縱坡上穩(wěn)定行駛。3、橫向穩(wěn)定性計(jì)算：汽車在行駛過(guò)程中，隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，作用在汽車前、后輪上的徑向反作用力（Z1,Z2）也相應(yīng)的變化。若其前輪的徑向反作用力為零時(shí)，則汽車前輪的偏轉(zhuǎn)就不再能確定汽車行駛的方向。當(dāng)后輪的徑向反作用力為零時(shí)，根據(jù)附著條件，牽引力將不再存在，汽車將喪失行駛能力。這兩種情況均使汽車行駛穩(wěn)定性遭到破壞，甚至造成汽車的縱向翻車。為汽車在橫坡上受力圖，將圖中各力對(duì)右輪接地點(diǎn)O

11、2取矩，整理后得：Z1= （11） 式中：Z1作用在右輪上的法向反作用力（N）；B汽車輪距（m）；離心力（N）；道路橫坡角度（°）。向側(cè)面外翻時(shí)，Z1=0，離心力=，代入式（11）得出汽車在橫坡轉(zhuǎn)彎時(shí)所允許的最大車速為=式中：臨界車速（m/s）； g重力加速度； R汽車轉(zhuǎn)彎半徑； （一）當(dāng)汽車在水平路面上（即=0）作等速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，不發(fā)生側(cè)翻的最大車速為= （12）已知底盤最小轉(zhuǎn)彎半徑R=7m根據(jù)滿載時(shí)計(jì)算結(jié)果XM=876mm，YM=1104mm ，B=1525mm= =24.7Km/h所以當(dāng)污水箱滿載狀態(tài)是轉(zhuǎn)彎速度不能超過(guò)24.7Km/h，以防止車輛發(fā)生側(cè)翻。（二）當(dāng)汽車在有橫坡的

12、路面上停車或等速直線行駛時(shí)，離心力=0，此時(shí)不發(fā)生側(cè)翻的最大道路橫坡角度 tanmax=B/2h。（三）汽車在水平路面上以車速轉(zhuǎn)彎時(shí)，當(dāng)側(cè)向分力（即）大于路面的側(cè)向附著力時(shí)會(huì)發(fā)生側(cè)滑，所以不發(fā)生側(cè)滑的條件為：=G式中：-附著系數(shù)則=一般認(rèn)為側(cè)翻比側(cè)滑更危險(xiǎn)，為了避免側(cè)翻應(yīng)從汽車結(jié)構(gòu)上保證使側(cè)滑發(fā)生在側(cè)翻之前，先發(fā)生側(cè)滑的條件是： 得 (13) 式中: B汽車輪距為1.525mm滿載重心高度1.10m。被稱為汽車側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù)。一般汽車行駛于干燥的瀝青路面上時(shí)，一般取為0.7，此時(shí)仍然能滿足上述穩(wěn)定性條件。=0.75因此，汽車改裝后的橫向穩(wěn)定性符合要求。3.2總結(jié)由于車輛輪距B、轉(zhuǎn)彎半徑為定值，所以質(zhì)心越高轉(zhuǎn)彎最大速度越小，通過(guò)計(jì)算作業(yè)完成后污水箱滿載狀態(tài)時(shí)質(zhì)心的位置最高。所以此時(shí)行車轉(zhuǎn)向時(shí)嚴(yán)禁高速急轉(zhuǎn)彎；以避免事故的發(fā)生。4、結(jié)束語(yǔ)現(xiàn)代社會(huì)無(wú)時(shí)無(wú)刻都與車輛打交道，保證車輛行駛安全性，行駛穩(wěn)定