對宿營車擴展車廂的一種設(shè)計分析

黃建祥

關(guān)鍵詞：宿營車 擴展車廂 設(shè)計計算 有限元分析

1前言

在野外執(zhí)行抗洪、搶險、救援或在市區(qū)執(zhí)行維穩(wěn)等任務(wù)時，為了保障人員的安全及身體健康，提供溫暖舒適的宿營場所.特在載貨汽車的基礎(chǔ)上開發(fā)了一款集物資轉(zhuǎn)運及野外宿營功能于一體的多功能載貨式宿營車。如果能使車廂在滿足道路運輸條件限制的情況下空間得到有效擴充.在不改變車廂容積大小的同時使得運載底盤冗余載荷得到充分利用.車廂通過不同方式擴展。對廂式專用車車廂空間利用和作業(yè)效率的提高都有著重要的意義。

擴展式宿營車的擴展車廂工作穩(wěn)定性是整車性能的關(guān)鍵因素.通過對擴展機構(gòu)的計算分析和建模，并利用有限元軟件分析的方法對支撐桿進行結(jié)構(gòu)分析，驗證擴展機構(gòu)設(shè)計的正確性.對保證產(chǎn)品使用性能、提高零部件可靠性以及整車性能有重要作用。

2整車設(shè)計布局

擴展式宿營車主要用于野外宿營，可滿足16人在車內(nèi)進行宿營、淋浴、如廁、娛樂、用餐、會議等需求，并具備車外場地照明、車內(nèi)溫度控制、空氣調(diào)節(jié)等功能，可接市電或自發(fā)電供電。

整車由三部分組成：二類底盤、固定車廂和擴展車廂，如圖1所示。

擴展式宿營車底盤選用軸距7.1m，雙橋18t二類底盤作為車廂載體。

固定車廂除底架骨架采用鐵質(zhì)材料外，其余骨架均用鋁合金材料構(gòu)成，有效降低車廂的重量，并在骨架內(nèi)布置降噪保溫材料，保證車廂的保溫和隔音性能。

擴展車廂骨架采用鋁合金材料.骨架內(nèi)布置降噪保溫材料。擴展車廂單邊可擴展1.5m。車內(nèi)分成四個區(qū)域，分別為：寢室、會議區(qū)、浴室和衛(wèi)生間，車內(nèi)布局圖如2所示。

3擴展車廂設(shè)計計算

3.1擴展艙內(nèi)部空間計算

根據(jù)整車布置情況，擴展車廂單邊展開1.5m，兩邊展開后車廂總寬度為5.5m。

根據(jù)GA 997.2012警用宿營車標(biāo)準(zhǔn)要求，單人床鋪尺寸應(yīng)大于1.9mx0.6m?，F(xiàn)初步設(shè)計尺寸為2 mx0.9m（B）。

根據(jù)擴展車廂內(nèi)需布置16張床鋪，單邊擴展車廂住8人，分上下兩層，單層4人，中間過道1500mm。

相臨床鋪之間使用隔斷隔開.隔斷使用常規(guī)鋁型材制作，B隔厚度為43mm;考慮擴展車廂收回后干涉問題，右擴展艙長度需大于左擴展艙長度，初定L偏差尺寸為270mm。

擴展車廂尺寸計算結(jié)果為：

因此，滿足16人住宿需求，右擴展艙內(nèi)部長度需3729mm.左擴展艙內(nèi)部長度需3459mm。右單人床鋪寬度為900mm，左單人床鋪寬度為832.5mm（為便于生產(chǎn)可取整數(shù)832mm）。

3.2驅(qū)動電機功率計算

采用減速電機驅(qū)動擴展機構(gòu)傳動裝置.在減速電機設(shè)計與選型時可假設(shè)作業(yè)時場地平整，無坡度阻力和迎風(fēng)阻力影響.只考慮副車廂本身的自重以及滾輪與軌道之間的滾動摩擦力。

已知條件：擴展車廂質(zhì)量G=500kg;傳動機構(gòu)傳動比九=160;車廂與導(dǎo)輪摩擦因數(shù)0=0.1;擴展車廂傳動距離M=1.5m：電機轉(zhuǎn)速n=1400r/min。

因此，驅(qū)動電機功率為：

3.3車廂展開時間計算

已知條件：減速箱減速比i=160：電機轉(zhuǎn)速n=1400r/min;齒輪分度圓直徑d=80mm;車廂擴展距離L=1500mm，因此，擴展車廂擴展速度：

4擴展車廂建模及分析

4.1擴展車廂建模

電動擴展車廂機構(gòu)主要分為擴展車廂和承載車廂的擴展機構(gòu).如圖3、圖4所示。

驅(qū)動桿采用齒輪和齒條驅(qū)動.結(jié)構(gòu)如圖5所示。支撐桿采用0型軌結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中外管由材質(zhì)為Q345的140 mmx2mm方鋼制作而成，內(nèi)管由材質(zhì)為Q345的120 mmx2mm方鋼制作而成。

4.2擴展機構(gòu)支撐桿強度分析

擴展車廂每側(cè)安裝5根支撐桿，車廂重量為500kg，承載重量不超過300kg，則每根承載不超過100kg。采用有限元軟件Abaqus模擬支撐管剛強度計算。支撐桿材質(zhì)為Q345，材料參數(shù)見表1。

按二次減縮積分劃分模型網(wǎng)格，并對其進行加載，如圖7、圖8所示。

經(jīng)過軟件模擬計算后，應(yīng)力和變形云圖如圖9、圖10所示。

分析得到支撐桿最大應(yīng)力為142.9MPa，鋼管Q345屈服強度為345MPa，安全系數(shù)取1.5，許用應(yīng)力=345/1.5=230MPa>142.9MPao分析得到支撐桿最大變形量為2.4mm，屬于彈性變形范圍內(nèi)。

因此，支撐桿的結(jié)構(gòu)安全可靠，滿足工況設(shè)計要求。

5試驗分析

通過對宿營車（如圖11、圖12）擴展系統(tǒng)進行試驗，其試驗結(jié)果見表3.

6結(jié)語

通過宿營車擴展艙內(nèi)部空間計算分析.滿足16人同時住宿設(shè)計要求。然后通過車廂展開時間計算和試驗結(jié)果.擴展車廂展開時間滿足工況需求。最后對支撐桿進行有限元分析和樣車運行試驗.驗證擴展車廂的穩(wěn)定性和可靠性。