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

貨車后部防護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)計算設(shè)計摘要目前，我國汽車安全研究側(cè)重于主動安全性方面，被動安全方面的試驗測試和研究較少，且汽車被動安全性研究的重點在于小車保險杠的改進(jìn)與優(yōu)化，鮮有涉及載貨汽車后下部安全裝置的碰撞試驗研究。在全國道路交通事故中高速公路交通事故占很大的比重，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％，其致死比例是轎車與其他車型碰撞致死比例的四倍。因此，設(shè)計安全、可靠的貨車后部防護(hù)裝置非常有必要。貨車后部防護(hù)裝置由防護(hù)架、液壓缸和連接裝置組成。當(dāng)小車沖撞貨車后部時，貨車后部防護(hù)橫梁阻止小車鉆入，防護(hù)橫梁支撐臂后部連接的液壓缸對其碰撞起到緩沖作用。發(fā)生碰撞時，液壓缸中的活塞受到外部碰撞力發(fā)生移動，由于液壓油的存在，對外部碰撞力有一個反作用力，起到一定的緩沖作用。同時，由于液壓油流速較大，壓力較高，啟動減壓閥，減壓閥的閥芯移動，致使壓力降至設(shè)定壓力，對流速進(jìn)行控制，起到相應(yīng)的緩沖作用。本論文主要進(jìn)行貨車后部安全防護(hù)裝置的設(shè)計。首先，確定了貨車后部防護(hù)裝置的整體方案；其次，進(jìn)行了貨車后部安全防護(hù)裝置中防護(hù)架的設(shè)計及相應(yīng)校核；隨后，進(jìn)行了貨車后部安全防護(hù)裝置中液壓系統(tǒng)的設(shè)計及相應(yīng)校核。關(guān)鍵詞：貨車；防護(hù)裝置；液壓TOC\o"1-3"\h\u1緒論 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REF_Ref6807\w\h[1]。汽車的安全性問題直接關(guān)系到個人的生命，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REF_Ref32663\w\h[2]，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安全性必須引起重視。圖1小轎車追尾大貨車事故現(xiàn)場目前，我國大型載貨汽車后防護(hù)欄的被動安全性水平低下，在離地高度、剛度、強度等方面存在一定的缺陷REF_Ref28605\w\h[3]。只有設(shè)計出合適的后防護(hù)裝置，才能切實提高載貨汽車被動安全性，有效保護(hù)駕駛?cè)藛T和乘車人員的安全。因此，設(shè)計科學(xué)合理的貨車后防護(hù)裝置是十分必要的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）發(fā)展歷程20世紀(jì)80年代末，國內(nèi)首個實車碰撞試驗臺在清華大學(xué)搭建成功并投入試驗研究REF_Ref7331\w\h[4]。西華大學(xué)在2014年進(jìn)行了貨車后部裝置的優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到防止安裝了不合格后下部防護(hù)裝置的車輛進(jìn)入社會的目的，對開展后下部防護(hù)裝置的設(shè)計工作具有積極推動意義REF_Ref7374\w\h[5]。重慶車輛檢測研究院國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心在2016年設(shè)計了一款新的貨車后部防護(hù)裝置，設(shè)計了一款兼顧車輛通過性能，在遇到障礙物時可向后翻轉(zhuǎn)的新型RUPD并通過靜態(tài)加載、壁障碰撞、車輛追尾等碰撞仿真分析，驗證RUPD的緩沖吸能性和阻擋性能。新裝置對于提高貨車通過性以及追尾碰撞相容性，減輕對追尾乘用車內(nèi)乘員的傷害有重要意義REF_Ref7420\w\h[6]。（2）法規(guī)方面歐美等國家對汽車碰撞事故安全性的研究性較早，且已經(jīng)初步建立了相應(yīng)的法規(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。日本是汽車市場經(jīng)銷量大的國家，在車輛發(fā)生碰撞時的吸能實驗方面以及所制訂的法規(guī)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條件，而是把相關(guān)內(nèi)容放在了保安基準(zhǔn)法中REF_Ref31187\w\h[4]。美國的法規(guī)對后下部防護(hù)裝置強度的要求相對其他國家或地區(qū)的法規(guī)更高；日本的法規(guī)在防護(hù)裝置設(shè)計方面的規(guī)定相對較為詳細(xì)；歐洲更側(cè)重主動安全方面，因此法規(guī)要求相對比較適中REF_Ref7508\w\h[7]。（3）實驗方面國外對現(xiàn)有提供的汽車碰撞吸能裝置的研究成果主要從實車測試和計算機模擬仿真兩個方面來表述。前者可以用來測試結(jié)構(gòu)材料是否符合設(shè)計要求，后者用來模擬和改進(jìn)結(jié)構(gòu)的碰撞吸能效果REF_Ref31278\w\h[8]。在深入研究現(xiàn)代汽車碰撞的安全性問題時，最直接有效的方法是進(jìn)行實車碰撞試驗。它以保護(hù)車內(nèi)員為目的，用規(guī)定的碰撞速度和碰撞角度來模擬事故發(fā)生前后車輛和人員的損傷程度，對車輛安全保護(hù)裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)REF_Ref24824\w\h[9]。目前，我國汽車安全研究一直偏重于主動安全性方面，很少有在被動安全方面的試驗測試和研究。且近十年來我國汽車被動安全性研究重點是小車保險杠的改進(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研究REF_Ref32594\w\h[10]。（4）結(jié)構(gòu)方面目前常見的貨車后下部防護(hù)裝置都采用的是鋼槽、圓管等簡單的結(jié)構(gòu)，雖然在發(fā)生中低速的追尾碰撞時可對追尾車輛有一些保護(hù)功能，但高速下作用很小。因此，安全的防護(hù)裝置應(yīng)主要考慮在隨機的碰撞事件中能以相對固定的破壞形式耗散碰撞能量，能夠有效控制碰撞力和減速度以及防止后車發(fā)生鉆入碰撞REF_Ref32663\w\h[2]。1.3論文主要內(nèi)容隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國小轎車數(shù)量的急劇增加，道路交通發(fā)展迅速，轎車追尾大型貨車的事故頻發(fā)。從高速公路交通管理者的角度出發(fā)，貨車后下部安裝防護(hù)裝置可對減少惡性追尾事故發(fā)生起到積極、促進(jìn)的作用。目前，貨車后防護(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)行貨車后部防護(hù)裝置的設(shè)計，主要內(nèi)容如下：確定貨車后部防護(hù)裝置的整體方案；進(jìn)行貨車后部安全防護(hù)裝置中防護(hù)架的設(shè)計、校核；進(jìn)行貨車后部安全防護(hù)裝置中液壓系統(tǒng)的設(shè)計、校核；繪制CAD圖紙。預(yù)期研究結(jié)果：在兩車碰撞時，通過防護(hù)裝置防止小型汽車直接鉆入到大車車尾，防止惡性事故的發(fā)生。在兩車碰撞過程中，防護(hù)裝置有足夠的剛度抵抗碰撞過程中的沖擊力，并通過一些特殊的結(jié)構(gòu)來吸收碰撞過程中的能量，以起到一定的緩沖作用，對事故中的人員傷亡大為降低。

2貨車后部防護(hù)裝置的整體方案2.1防護(hù)裝置的設(shè)計要求通過對貨車防護(hù)裝置的現(xiàn)狀分析，結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品和文獻(xiàn)資料，認(rèn)為研究后部防護(hù)裝置應(yīng)該考慮以下幾個方面。（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，如果防護(hù)裝置安裝的過低，在追尾的過程中小車前端所有的結(jié)構(gòu)都能夠參與到能量的吸收，更好地保護(hù)了小車的安全，起到了更好的防護(hù)作用，但是這樣的情況下貨車的離去角會變小，嚴(yán)重的影響貨車通過性能，妨礙了貨車的正常工作；如果安裝的太高就會違反相關(guān)的規(guī)定，因此，在確定防護(hù)裝置的整體的幾何尺寸的時候，應(yīng)該在遵守相關(guān)規(guī)定的同時，考慮貨車的離去角是否會影響正常工作，以此來保證貨車的性能不受影響REF_Ref5477\w\h[11]。（2）型材的選擇目前常見的貨車后下部防護(hù)裝置都采用的是鋼槽、圓管等簡單的結(jié)構(gòu)，雖然在發(fā)生中低速的追尾碰撞時可對追尾車輛有一些保護(hù)功能，但是卻不能達(dá)到防護(hù)裝置要求的截面應(yīng)力和抗彎曲的能力，這樣很容易導(dǎo)致防護(hù)裝置撞斷或者箱內(nèi)的彎曲過大，這樣就會對撞擊之后的保護(hù)效果以及阻止追尾的轎車鉆入貨車底部的效果不明顯，因此在防護(hù)裝置型材的選擇應(yīng)當(dāng)有必要的研究，來尋求更滿足防止裝置的型材REF_Ref5477\w\h[11]。（3）剛度要求如果保護(hù)裝置的剛度大于試驗獲得的最佳剛度，則在碰撞過程中保護(hù)裝置吸收的能量會降低，容易加重對尾部車廂和乘客的傷害；如果小于試驗獲得的最佳剛度，則吸收的能量將增加，這不能阻止尾部車廂鉆入卡車底部。因此，防護(hù)裝置的剛度對防護(hù)裝置的防護(hù)起著非常重要的作用，因此有必要深入研究和提高后防護(hù)裝置剛度對提高轎車與大貨車碰撞相容性的影響REF_Ref5477\w\h[11]。（4）重量因子保護(hù)裝置的重量會影響車體的重量，從而影響貨車的運輸能力，增加貨車的動能。因此，這也是卡車司機不愿安裝的原因之一。因此，在滿足防護(hù)裝置強度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REF_Ref5477\w\h[11]。2.2防護(hù)裝置的總體結(jié)構(gòu)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)計主要考慮結(jié)構(gòu)以及安裝到車尾后對車的通過性能的影響，其次是對剛度的校核，所設(shè)計的防護(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起到反作用力進(jìn)行第一次緩沖，通過相應(yīng)的閥對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，主要保證剛度與強度要求。在兩車相碰撞時，不會產(chǎn)生松動或者斷裂即可。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，對車的運動有利。2.3防護(hù)架的選擇防護(hù)架的類型一般分為以下幾種；懸臂粱式結(jié)構(gòu)（T型），由與載貨汽車橫粱相連的兩個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。可翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：它可在載貨車輛遇到障礙物時自行或自動翻起，當(dāng)車輛通過后即恢復(fù)原狀，同時，它所具有的上下鎖定功能也賦予其更大的靈活性。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)計為矩形管狀體，防護(hù)架中抵抗碰撞的部分盡量設(shè)計為管狀體，這樣可以使防護(hù)架在相同尺寸的情況下有更小的質(zhì)量，對車體的運動功能不會產(chǎn)生很大的影響。本設(shè)計將使用的防護(hù)架總體結(jié)構(gòu)大致定位于T型，同時考慮到剛度等方面的影響，在T型結(jié)構(gòu)中加入類似筋板的結(jié)構(gòu)，對T型架的剛度加以提升，提高抵抗撞擊的能力。雙T型結(jié)構(gòu)通過一擋板連接成一整體，形成最后的防護(hù)架主體結(jié)構(gòu)。兩個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，必會在橫梁方向上產(chǎn)生一定的橫向分力，則兩T型結(jié)構(gòu)的伸出臂在橫向方向上會產(chǎn)生較大的位移，對于防護(hù)裝置的防護(hù)作用會產(chǎn)生消極的影響，故在兩臂之間加裝一根緊固桿，通過螺紋連接，以提高防側(cè)碰的能力，也全面提升防護(hù)裝置的功能。2.4初始參數(shù)表1整車參數(shù)DFL4251A9基本數(shù)據(jù)類型全長mm全寬mm全高mm軸距mm前輪距mm后輪距mm前懸mm后懸mm后離地高度整車重量T最大總質(zhì)量T最大載重T牽引總質(zhì)量T最高車速km/h最小轉(zhuǎn)彎半徑mm接近角離去角汽缸數(shù)變速箱輸入功率kW注油量L氣缸數(shù)發(fā)動機類型燃油種類氣缸排列形式排量L標(biāo)準(zhǔn)排放最大輸出功率kW扭矩N·m馬力最大扭矩轉(zhuǎn)速r變速箱型號變速箱檔位數(shù)前橋允許載荷KG后橋允許載荷KG牽引卡車6810250030303200+130020391860150081010108.525/36.595風(fēng)康明斯ISLe34030柴油直列8.9歐Ⅲ25014253401300法士特12JS160TA12780015000

3防護(hù)架的設(shè)計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)計主要考慮的是結(jié)構(gòu)以及防護(hù)裝置安裝到車尾后對車的通過性能的影響，其次是對剛度的校核，所設(shè)計的防護(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)架的計算3.2.1碰撞力的計算由于該計算方法較復(fù)雜，在所學(xué)知識結(jié)構(gòu)之內(nèi)很難較準(zhǔn)確的計算出相關(guān)碰撞力數(shù)據(jù)，為使得所設(shè)計的結(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：表2計算結(jié)果與同濟(jì)大學(xué)實測值的比較REF_Ref24162\w\h[12]車輛質(zhì)量KG速度km/h角度°實測力kN規(guī)范值kN本文結(jié)果kN3800204335963515240.36150.5123.59244.6238.56139.13表3計算結(jié)果與規(guī)范中實驗結(jié)果比較REF_Ref24162\w\h[12]車輛質(zhì)量KG速度km/h角度°布什實驗值規(guī)范值kN本文結(jié)果kN2043908018160317809696969615151515124.5373.6667.2——129.4244.6404.8636.1139.13323.89641.481029.90表4計算結(jié)果比較REF_Ref24162\w\h[12]自重KG總重KG速度km/h角度°實測值kN本文結(jié)果kN1400973013504350912013000200018000200020000180002000091.581.095.064.079.086.021.619.921.1192.4589.1176.4443.2536.0797.6188.9649.4174.1445.4585.6785.3由以上表中數(shù)據(jù)比較可知，該文獻(xiàn)的計算碰撞力誤差均在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)計為100km/h。兩者的相對速度為40km/h,通過相關(guān)的一元插值線性分析計算（1）碰撞力：（2）經(jīng)計算得碰撞力為137.5kN。3.2.2相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計（1）槽鋼的設(shè)計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。小車與大卡車發(fā)生正面碰撞時，其碰撞有效接觸面積即為所設(shè)計的防護(hù)架總面積；若非正面碰撞，則有效接觸面積會相應(yīng)減少，考慮到碰撞發(fā)生時候一般為非正碰，且事故發(fā)生為一個偶然小概率事件，所以在此取其防護(hù)架總面積的70%進(jìn)行計算：S=(430mm×95mm×2100mm×2400mm)×70%=0.322(3)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號鋼，經(jīng)過正火之后其許用彎曲應(yīng)力為，剪切疲勞極限為根據(jù)（4）由此得s=1.3×10mm根據(jù)此截面積，設(shè)計的槽鋼截面尺寸外壁95mm×70mm、內(nèi)壁85mm×65mm、壁厚5mm（見圖3），計算的總面積為(95mm×70mm-85mm×65mm)×=2550mm。圖3槽鋼的截面形狀及尺寸設(shè)計的許用截面積相比較大一倍，所以在設(shè)計的兩車相對速度內(nèi)碰撞，該防護(hù)架的剛度滿足設(shè)計要求，碰撞過程中不會發(fā)生剪切變形，對于防止小車鉆入大車后部底盤有十分重要的意義。對彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核：對彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核時，把防護(hù)架的槽鋼當(dāng)做一桿件，汽車碰撞點在該桿件的最下方，支點在桿件的最上方，碰撞的彎矩圖如圖4：圖4彎矩圖最大的彎矩在點，由（5）經(jīng)計算，得此點的正應(yīng)力為（6）該槽鋼與12.6#槽鋼較接近，取W=62.1cm,有兩根槽鋼同時作用，因此，可得：（7）根據(jù)計算得應(yīng)力大于許用應(yīng)力，因此符合強度要求。叉板和緊固桿的設(shè)計叉板是連接擋板、橫梁以及槽鋼所用，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)這些零件來設(shè)計叉板和緊固桿的尺寸，叉板設(shè)計一端為平面而另一端為半圓形，通過螺栓連接槽鋼和擋板，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)計一個減震環(huán)，減震環(huán)的半徑為16mm。緊固桿通過螺栓連接兩T型槽鋼，根據(jù)兩槽鋼之間的距離，確定緊固桿的尺寸，長度為232mm，兩端各有一個直徑為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。

4液壓裝置的設(shè)計防護(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通過相應(yīng)的閥對液壓油減速來起到緩沖的作用。液壓缸基本標(biāo)準(zhǔn)化，只是對其中的一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，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，安裝在卡車后部對卡車的運動不會造成有效的影響，且保證了連接的強度要求。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候，其液壓回路在外界碰撞力的作用下發(fā)生軸向移動，活塞桿發(fā)生軸向移動后帶動活塞在活塞缸內(nèi)運動，活塞的運動會推動液壓油在活塞缸及液壓回路中形成液壓油的流動，當(dāng)液壓油在油管內(nèi)流動時，受到油管截面積的影響，對外有一個阻力，起到第一次緩沖作用；當(dāng)液壓油通過減壓閥時，由于油的流速過大，油壓力過高，減壓閥的閥芯會發(fā)生移動，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手柄桿使液壓油重新回到液壓缸內(nèi)，恢復(fù)原狀。圖7液壓系統(tǒng)圖4.2液壓缸的設(shè)計（1）液壓缸內(nèi)徑的確定缸筒內(nèi)徑D（10）式中：——對油缸的作用力；——選取的額定壓力；經(jīng)計算得到缸筒內(nèi)徑為120.5mm。（2）壁厚的確定缸壁厚度在不考慮缸筒的外徑公差余量和腐蝕余量的情況下，缸筒內(nèi)壁可按下式計算：（11）式中：——缸筒內(nèi)最高工作壓力，；——缸筒材料的許用應(yīng)力，；經(jīng)計算，得到缸壁厚度為25.5mm。（3）缸體長度確定液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表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、7選用。表5液壓缸行程系列（GB2349-80）12REF_Ref9639\w\h[13]2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表6液壓缸行程系列（GB2349-80）REF_Ref9639\w\h[13]406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表7液壓缸行程系列（GB2349-80）REF_Ref9639\w\h[13]240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800注:1.液壓缸活塞行程參數(shù)依優(yōu)先次序按表6、7、8選用。活塞行程大于4000mm時，按GB/T321-1980《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》中R10數(shù)系選用，如不能滿足要求時，允許按R40數(shù)系選用。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（1）活塞所選取的活塞截面積為（15）活塞長度一般為這里求得。由于活塞在外部碰撞力的作用下發(fā)生軸向移動，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，不僅使最低的啟動壓力變大，降低了機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部液壓油泄露，降低可用容積的效率，這樣液壓缸將會達(dá)不到設(shè)計要求的性能REF_Ref3131\w\h[14]。圖8活塞結(jié)構(gòu)圖（2）活塞桿活塞桿的直徑按照工作時的受力情況來決定的，對單桿活塞液壓缸，d值由值和速度比決定的。對于無速度比要求的可以根據(jù)GB/T2348-93圓整。故取=0.58≈70mm現(xiàn)對所設(shè)計活塞桿進(jìn)行強度計算：令活塞桿全部伸出時，活塞桿端部和負(fù)載連接點與液壓缸支撐點的距離(安裝長度）假定為.當(dāng)時，液壓缸為短行程型，主要驗算活塞桿壓縮或拉伸強度，即（12）式中：——液壓缸輸出的最大推力或拉力，N;——活塞桿材料的屈服強度，MPa；——安全系數(shù)，一般為2-4；——活塞桿直徑，mm。應(yīng)當(dāng)盡量避免活塞桿承受力矩，如果工作時，活塞桿所承受的彎曲力矩不可忽略，則按下式計算活塞桿的應(yīng)力：（13）式中：——活塞桿斷面積；——活塞桿斷面模數(shù)；——活塞桿所承受的彎曲力矩。得到應(yīng)力=25MPa，而=30，故（14）因此，滿足強度要求。4.4端蓋的設(shè)計在單活塞液壓缸中，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度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。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)計的不好容易損壞REF_Ref4290\w\h[15]。端蓋厚h為：（16）式中：D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——液壓力，；——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；——材料的許用應(yīng)力，。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4.5緩沖裝置和排氣裝置的設(shè)計（1）緩沖裝置本裝置因活塞移動速度將非常快，因此應(yīng)該設(shè)計一個緩沖裝置。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)流緩沖裝置如圖12REF_Ref4594\w\h[16]。圖10環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置圖11三角槽式節(jié)流緩沖裝置圖12可變節(jié)流緩沖裝置本論文設(shè)計的緩沖如圖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動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零REF_Ref5133\w\h[17]。圖13緩沖裝置（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，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REF_Ref6158\w\h[18]。圖14排氣裝置4.6減壓閥的設(shè)計由（19）得：即所選用的減壓閥的額定壓力至少等于。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)壓范圍為。在安裝時，兩個減壓閥并聯(lián)，一個閥損壞的情況下，另外一個閥仍然可以繼續(xù)工作，提高其工作安全系數(shù)?？紤]到碰撞力計算較粗略，而且汽車碰撞時速度設(shè)計適中，所以一般情況下碰撞力與137.5kN相比略大。但是為了提高防護(hù)架的安全性能，將減壓閥的工作壓力設(shè)定在。4.7防護(hù)架連接裝置防護(hù)架連接裝置將液壓缸與車體底盤通過螺栓相連接，主要保證剛度與強度要求。在兩車相碰撞時，不會產(chǎn)生松動或者斷裂即可。其質(zhì)量可以盡可能的取小，以減少車的負(fù)荷，對車的運動有利。由于液壓缸為圓筒式結(jié)構(gòu)，根據(jù)這一情況，連接裝置內(nèi)壁為半圓筒結(jié)構(gòu)，從液壓缸左右兩個方向?qū)⒁簤焊拙o固，然后通過螺栓夾緊，與車尾的地盤連接起來，形成一個整體。為防止液壓缸的在連接裝置內(nèi)發(fā)生滑動，在截面方向上用平頭螺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。圖15連接裝置結(jié)構(gòu)圖4.7.1連接裝置裝配形式根據(jù)液壓缸的基本尺寸，連接裝置的內(nèi)半圓筒狀結(jié)構(gòu)與液壓缸相配合，設(shè)計的內(nèi)半圓結(jié)構(gòu)一端完全貫通，一端封閉，對液壓缸軸向固定，外部尺寸在保證基本結(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。圖16液壓缸與連接裝置的裝配關(guān)系圖4.7.2連接裝置強度設(shè)計根據(jù)查閱資料可知，截面積需達(dá)到2.5×10mm，就能抵抗撞擊力產(chǎn)生的剪切。將該防護(hù)裝置看做一個整體，與車底盤用螺栓相連接，簡化為材料力學(xué)模型。F=137.5kN，由8根螺栓與底盤相連接。（20）螺栓為M16，經(jīng)計算得：（21）所以所用的螺栓剛度要求符合。最終的設(shè)計總結(jié)構(gòu)圖：圖17液壓缸與連接裝置的裝配圖結(jié)論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