某進地下室自卸車底盤總布置方案設計

孫榮明

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

自1886年誕生的第一輛汽車以來，汽車工業(yè)經(jīng)歷了130多年的發(fā)展過程。由于社會需求的不斷增長和科學技術發(fā)展的推動，汽車設計日臻精巧，其運輸生產(chǎn)率和各項性能都能有很大提高，因此，現(xiàn)代汽車已成為世界各國國民經(jīng)濟和社會生活不可或缺的運輸工具。汽車工業(yè)的規(guī)模和其產(chǎn)品的質(zhì)量也成為衡量一個國家技術水平的重要標志之一。

一個成功的汽車產(chǎn)品設計應該使產(chǎn)品滿足技術、社會、經(jīng)濟和工藝造型等方面的要求：它的技術性能應該滿足用戶的要求和適應各種使用條件，還必須符合社會和政府各種法規(guī)的要求，還應該是造價低廉，用材合理，制造和維修簡便，使用經(jīng)濟性好且可靠耐用。

汽車總布置設計的原則：主要技術經(jīng)濟要求（對技術先進性、工藝性、繼承性、生產(chǎn)成本和零部件通用化）；需考慮哪些變型；同時要規(guī)定在各種使用性能中哪些是要優(yōu)先保證的，例如：車速、百公里油耗、爬坡度等；當使用、經(jīng)濟和制造三方面要求發(fā)生矛盾時應作技術經(jīng)濟分析。

本款4×2自卸車型按照以上總布置設計原則設計，相對于競品，有較好的動力性、整車爬坡度及承載力，且造價成本相對較低。同時根據(jù)《住宅設計規(guī)范》，地下室高度要求為2.2m以上，但考慮管道布置及施工誤差，實際高度只能確保在2.15m以上，為滿足用戶進地下室的需求，將本產(chǎn)品設計高度定為2130mm。

1 開發(fā)目的及總體方案

1.1 開發(fā)目的

開發(fā)一款進出地下室的4×2自卸整車產(chǎn)品，搭載XX型號發(fā)動機，軸距2850mm，最大總質(zhì)量4125kg，標準型駕駛室，增大后橋速比，改直通式大梁，增加離合助力、動轉(zhuǎn)、液壓頂缸機構，選裝子午胎及空調(diào)裝置，整車高度控制在2130mm。

1.2 總體方案

在現(xiàn)有輕卡產(chǎn)品基礎上縮短軸距，提升整車通過性，增大后橋速比，提升整車爬坡度；增加離合助力、動轉(zhuǎn)，提高整車的操縱輕便性；采用直通式等孔位新材料車架，提升整車承載力；選裝空調(diào)裝置，提高整車的乘坐舒適性；加裝液壓頂缸，滿足自卸需求，其余主配置保持與基礎車型一致，以提高產(chǎn)品通用性。同時，在產(chǎn)品設計時，滿足整車“通用化、模塊化、標準化、系列化”要求。

2 主配置選擇

2.1 發(fā)動機

借用，發(fā)動機采用XX型號；

額定功率/轉(zhuǎn)速：88kw/3200rpm；

最大扭矩/轉(zhuǎn)速：285Nm/1800-2200rpm；

排量：2.771L發(fā)動機凈質(zhì)量：285kg；

技術路線：水冷、增壓、高壓共軌、DOC+SCR。

2.2 離合器

借用，型式為單片、干式、膜片彈簧式，從動盤直徑φ 275mm。

2.3 變速箱

變速器在基礎車型上增加了取力器，型式為五檔、全同步器式、手動檔，最低檔速比4.717，最高檔速比0.719。

2.4 傳動軸

因軸距大幅減小，由雙節(jié)傳動軸改為單節(jié)傳動軸，軸管管徑為Φ76×2.5。

2.5 前橋

借用，工字梁，額定承載2000kg，前輪距：1440mm， 板簧距：680m，制動器規(guī)格：Φ320×85mm。

2.6 后橋

借用，軸管梁，額定承載 4000kg，后輪距：1470mm，板簧距：912mm，制動器規(guī)格：Φ320×85mm，最大輸出扭矩：8500N.m；

所選的后橋速比應保證汽車最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性；工作平穩(wěn)，噪聲小，傳動效率高，具有必要的離地間隙；在保證足夠的強度和剛度的條件下力求質(zhì)量小，拆裝調(diào)整方便；

通過動力性及經(jīng)濟性計算，后橋速比由基礎車型的4.875調(diào)整為6.142；

后橋扭矩校核：

后橋最大輸出扭矩Tr=8500N?m，發(fā)動機扭矩285N·m，變速器1檔速比4.717，傳動系機械效率為0.9，則后橋輸出扭矩：

T=285×4.717×6.142×0.9 = 7431N?m＜Tr=8500N?m，滿足要求。

2.7 車架

在基礎車型車架上，改模具成型變截式縱梁調(diào)整為貫通式直通式等孔位大梁，縱梁材料為高強鋼QSTE650，所有橫梁專用，同時增加液壓缸支撐橫梁，車架相關參數(shù)如下：

軸距：2850mm，車架斷面尺寸：760mm×170mm×65mm×6mm。

2.8 油箱

油箱由塑料材質(zhì)更改為鋁合金，強度上大大提高，油箱大小為85L，滿足開發(fā)需求。

2.9 輪胎

標配 6.50-16，選配6.50R16。

2.10 駕駛室

借用標準型駕駛室，非承載式車身，承載人數(shù)2人。

圖1 基礎車型總布置簡圖

圖2 開發(fā)車型總布置簡圖

3 設計思路

3.1 設計難點

3.1.1 空調(diào)系統(tǒng)冷凝器裝置無法布置在駕駛室后側，否則其他大件無法布置。

3.1.2 為保證制動效果，儲氣筒容量需要盡量大，但是自卸車增加了液壓油箱及液壓油缸，無充足空間。

3.1.3 為保證可進出地下室，整車高度需控制在2150mm以內(nèi)，考慮各種誤差，設計值定為2130比較安全，而基礎車型二類高度達2170mm，需降低高度40mm。

3.1.4 該款發(fā)動機自帶后處理為分體式結構，即DOC與SCR催化器非集成，長度方向上占據(jù)較多，同時本車需裝配兩個液壓頂缸，在寬度方向上也需要避開，還需要考慮排氣管的布置。

圖3 DOC+SCR

3.2 設計方案

3.2.1 將冷凝器布置在車架第二橫梁上，不占用駕駛室后側空間，同時由豎直放置改為水平放置。

圖4 冷凝器位置優(yōu)化

3.2.2 將儲氣筒集成在電瓶支架上，且放置三個儲氣筒，一大兩小，總容積 48L，通過計算可得在額定氣壓下制動次數(shù)達11.3次，充分滿足地下室坡度路況。

圖5 模塊化電瓶支架集成儲氣筒（專利）

3.2.3 車架前端落差加大 40，同時對前簧剛度做調(diào)整，校核極限工況（前橋緩沖塊鐵結構與車架縱梁接觸）下輪胎與駕駛室輪罩最小間隙仍有 31mm、發(fā)動機與前橋間隙也滿足使用要求。

圖6 車架前端落差加大

圖7 極限工況下輪胎軌跡面與輪罩間隙

3.2.4 綜合考慮前板簧、選換擋、空濾器、儲氣筒及電瓶模塊、液壓頂缸、后板簧，在充分保證安全距離的情況下布置排氣管及后處理。

圖8 后處理整體布置主視圖

圖9 后處理整體布置仰視圖

3.2.4.1 校核與前板簧間隙：畫出前板簧運動軌跡圓，測得間隙與排氣波紋管最小間隙 24mm，考慮在行駛過程中波紋管的抖動及裝配誤差，實際最小間隙約在15mm左右，滿足使用要求。

圖10 排氣管與前板簧最小間隙

3.2.4.2 校核與后板簧間隙：整車承載越多板簧約靠上，與后處理間隙越大，因此考慮第二片板簧最靠下位置（右側輪胎失重的情況下板簧反彈，定義為加載 2倍的雙胎+后橋一半重量板簧反向變形），測得最小間隙31mm，滿足使用要求。

圖11 后處理與后板簧最小間隙

3.2.4.3 校核與液壓缸間隙：考慮液壓缸為運動件，隨貨箱舉升角度不同位置不同，通過做圖做出液壓缸運動范圍，可得在貨箱舉升到最高時是液壓缸下端最靠前位置，測得最小間隙62mm，滿足使用要求。

圖12 后處理與液壓缸最小間隙

3.2.4.4 校核與儲氣筒間隙：測得最小間隙48mm，滿足使用要求。

圖13 后處理與儲氣筒間隙

4 結論

本論文通過對汽車各大總成件的選擇、位置校核來設計某進地下室自卸車型，相對于基礎車型有較好的動力、經(jīng)濟性、通過性，由于整車零部件設計基于“通用化、模塊化、標準化、系列化”要求，為后期同類產(chǎn)品的開發(fā)提供了參考依據(jù)。

參考文獻

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