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I 摘 要 隨著城市化步伐的加快，道路的迅速增加，對環(huán)保要求的日益提高， 導致城市對高壓清洗車的需求日益增長。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓清 洗車也就成了我國城市環(huán)衛(wèi)事業(yè)中的重要課題，而且對提高我國專用車的 設(shè)計水平，帶動我國環(huán)衛(wèi)車輛的自主設(shè)計開發(fā)具有重要意義。北京一些大 城市更是邁向國際化大都市的步伐，對城市環(huán)境質(zhì)量要有更高的要求，因 此，高壓清洗車作為清潔城市的“衛(wèi)士”應(yīng)該是當前最具發(fā)展前景的專用 汽車品種之一。 文中通過大量調(diào)研，改裝了一種以二類底盤為基礎(chǔ)，額定載質(zhì)量為 3.5t 的高壓清洗汽車。文中主要進行了由水罐、水罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、及二類 底盤裝置的選型和設(shè)計。對高壓水泵、液壓泵、液壓缸的選型計算。最后， 對改裝完成后的高壓清洗車進行了必要的動力性、燃油經(jīng)濟性和穩(wěn)定性等 主要整車性能的計算分析，計算結(jié)果表明整車性能滿足要求。 關(guān)鍵詞：汽車；底盤；水泵；液壓泵；液壓缸 II Abstract With acceelerated of urbanization, rapid increase in roads, environmental protection requirements increasing, resulting in city-to-high-pressure cleaning vehicle demand. Development of independent intellectual property rights of high-pressure cleaning vehicle of urban sanitation has become an important subject of the cause, but also to improve the level of special vehicle design, sanitation vehicles driven my own design and development of great significance. With the end of the 2008 Olympic Games, Beijing and other major cities is accelerated towards the pace of an international metropolis, the urban environmental quality to be demanding, therefore, high-pressure washing cars as a clean city, defender should be At present the most promising varieties of Special Purpose Vehicle. A large number of research paper, a modified chassis to the second category, based on the quality of the rated 3.5t containing high-pressure car wash. In this paper, mainly by high-pressure pumps, hydraulic pumps, hydraulic cylinder and chassis attachment system comprising water, hydraulic system design. Finally, after the completion of the conversion of high-pressure car wash had the necessary power, fuel economy and stability of vehicle performance, such as the calculation of the main analysis, the calculation results show that the vehicles meet the requirements of performance. Keyword: Automobile; Chassis; Water pump; Hydraulic pump;Hydraulic cylinder III 摘 要 .................................................................................................................I ABSTRACT..............................................................................................................II 緒 論 ..............................................................................................................- 1 - 1.1 課題研究前景 ........................................................................................- 1 - 1.2 課題研究現(xiàn)狀 ........................................................................................- 1 - 1.3 課題研究目的和意義 ............................................................................- 3 - 1.4 設(shè)計的主要內(nèi)容 ....................................................................................- 3 - 第 2 章 高壓清洗車總體設(shè)計 ....................................................................- 4 - 2.1 總體設(shè)計方案分析 ................................................................................- 4 - 2.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 ....................................................................................- 4 - 2.2.1 整車整備質(zhì)量 ................................................................................- 4 - 2.2.2 裝載質(zhì)量 ........................................................................................- 5 - 2.2.3 汽車總質(zhì)量 ....................................................................................- 5 - 2.3 高壓清洗車底盤的選型 ........................................................................- 5 - 2.4 罐體支撐座的設(shè)計 ................................................................................- 7 - 2.4.1 支撐座校核計算 ............................................................................- 7 - 2.4.2 副車架的前端形狀及安裝位置 ....................................................- 9 - 2.4.3 罐體支撐座的固定裝置 ..............................................................- 10 - 第 3 章 水路系統(tǒng)的設(shè)計計算 ....................................................................- 11 - 3.1 水罐的設(shè)計及計算 ..............................................................................- 11 - 3.1.1 罐體選材 ......................................................................................- 11 - 3.1.2 罐體設(shè)計要求 ..............................................................................- 11 - 3.1.3 罐體容積的確定 ..........................................................................- 11 - 3.1.4 壁厚計算校核 ..............................................................................- 12 - 3.2 水泵的選型計算 ..................................................................................- 14 - 3.3 取力裝置的分析計算 ..........................................................................- 16 - 3.4 液壓閥的選取 ......................................................................................- 17 - 3.4.1 方向控制閥的選取 ......................................................................- 18 - 3.4.2 溢流閥的選取 ..............................................................................- 18 - 3.5 水路計算 ..............................................................................................- 18 - 3.5.1 水路壓力損失分析 ......................................................................- 18 - 3.5.2 水路壓力損失計算 ......................................................................- 19 - IV 第 4 章 液壓系統(tǒng)的選型計算 ....................................................................- 21 - 4.1 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ......................................................................- 21 - 4.1.1 初選系統(tǒng)壓力 ..............................................................................- 21 - 4.1.2 確定液壓缸尺寸 ..........................................................................- 22 - 4.2 選擇調(diào)速方式及油路循環(huán)方式 ..........................................................- 23 - 4.2.1 調(diào)速方式的選擇 ..........................................................................- 23 - 4.2.2 油路循環(huán)方式的選擇 ..................................................................- 23 - 4.3 液壓元件的選擇 ..................................................................................- 24 - 4.3.1 液壓缸的選取 ..............................................................................- 24 - 4.3.2 液壓泵的選取 ..............................................................................- 24 - 4.3.3 液壓輔件的選擇 ..........................................................................- 27 - 4.4 管道的選擇 ..........................................................................................- 27 - 4.4.1 管道內(nèi)經(jīng)的確定 ..........................................................................- 27 - 4.4.2 管道的確定 ..................................................................................- 28 - 4.5 確定油箱的容量 ..................................................................................- 28 - 第 5 章 高壓清洗車基本性能參數(shù)計算 ....................................................- 29 - 5.1 動力性計算 ..........................................................................................- 29 - 5.1.1 發(fā)動機外特性 ..............................................................................- 29 - 5.1.2 汽車的行駛方程式 ......................................................................- 31 - 5.1.3 動力性評價指標的計算 ..............................................................- 34 - 5.2 燃油經(jīng)濟性計算 ..................................................................................- 38 - 5.3 高壓清洗車穩(wěn)定性計算 ......................................................................- 39 - 結(jié) 論 ............................................................................................................- 42 - 參考文獻 ........................................................................................................- 43 - 致 謝 ............................................................................................................- 44 - - 1 - 緒 論 1.1 課題研究前景 近 10 年來，我國高壓清洗車的裝備技術(shù)得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)品的類型、 功能已能基本滿足一般的作業(yè)要求。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、城市環(huán)境 衛(wèi)生容貌和人們對生活環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高特別是，高壓清洗車及裝 備將向集成化、環(huán)?；?、人性化、數(shù)字化方向發(fā)展，由單一的作業(yè)功能特 征向集作業(yè)、信息、監(jiān)管為一體的綜合功能特征方向發(fā)展，使國內(nèi)環(huán)衛(wèi)裝 備水平滿足現(xiàn)代化國際大都市發(fā)展的需求，并建立起具有一流技術(shù)、符合 中國國情的環(huán)衛(wèi)作業(yè)裝備系統(tǒng) 。1 當今由于國外高壓清洗汽車企業(yè)對國內(nèi)市場不了解，要想進入中國市 場，多會采取合資或合作的方式。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)與外方進行積極的合作， 學習其先進技術(shù)和管理方法，以盡快提高我國生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平和創(chuàng)新 能力。我國原有的具有國際競爭力的清洗汽車品種以及入世后引進并形成 生產(chǎn)能力的清洗汽車新品種，打入國際市場參與國際市場競爭，分析各國 市場的不同需求，采取各種靈活的貿(mào)易方式，建立、健全自己的國際市場 營銷網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)體系，占領(lǐng)國際市場，在國際市場的激烈競爭中求生存、 求發(fā)展。由于清洗車采用的多是專用設(shè)備和裝備，因此生產(chǎn)涉及到許多相 關(guān)的專利技術(shù)和專有技術(shù)。這些技術(shù)可以通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓或技術(shù)許可等技術(shù) 引進方式獲得。但是，對于引進的技術(shù)只是加以消化、吸收是遠遠不夠的， 更重要的是在引進技術(shù)的基礎(chǔ)上進行技術(shù)創(chuàng)新，形成企業(yè)的核心技術(shù)。同 時，還要注意形成一個充滿活力的技術(shù)群體，從而培養(yǎng)自己的持續(xù)性的新 產(chǎn)品研究開發(fā)和生產(chǎn)能力，并將其轉(zhuǎn)化為強大的市場進入和開拓能力。否 則，我國清洗汽車生產(chǎn)企業(yè)就只能永遠跟在人家后面，處于國際市場競爭 的不利地位 。2 1.2 課題研究現(xiàn)狀 我國高壓清洗車的研發(fā)機構(gòu)、改裝生產(chǎn)企業(yè)通過引進、消化、吸收國 - 2 - 外先進技術(shù)，加快了國產(chǎn)高壓清洗車新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，使國產(chǎn)高壓清 洗車的技術(shù)裝備水平得到較快發(fā)展和很大提高，改變了傳統(tǒng)的的環(huán)衛(wèi)作業(yè) 方式，由人工作業(yè)向機械化、半機械化方向發(fā)展，高壓清洗車的裝備技術(shù) 由簡單型向技術(shù)密集型方向發(fā)展，已由低壓力噴灑發(fā)展到高壓力清洗。用 高壓力、小流量的清洗車淘汰單一灑水工功能的低壓力、大流量的灑水車， 符合節(jié)約型社會發(fā)展的要求，用最少的水量獲得最佳的清洗效果 。3 我國清洗汽車產(chǎn)品具有價格優(yōu)勢，由于我國勞動力成本和原材料成本 與發(fā)達國家相比較為低廉，因此我國清洗汽車產(chǎn)品在性能、質(zhì)量與國外產(chǎn) 品相同的情況下，具有價格優(yōu)勢。但是，我國清洗汽車品種過于單一，遠 遠不能足國內(nèi)外市場的多品種需求。如果我國清洗汽車生產(chǎn)企業(yè)可以通過 合資、技術(shù)引進等手段，促進技術(shù)的升級換代，使我國清洗汽車產(chǎn)品的技 術(shù)性能水平接近和達到國際先進水平，提高產(chǎn)品的性能價格比，就能進一 步滿足國內(nèi)，乃至國外市場的多樣化需求。我國的清洗汽車汽車在形成獨 立的清洗汽車生產(chǎn)行業(yè)以后，已經(jīng)成功地引進了許多整車和零部件技術(shù)項 目。盡管我國專用汽車市場需求量大，但由于品種單一、數(shù)量和品質(zhì)又不 能完全滿足國內(nèi)市場需要，國外專用汽車制造商一定會積極尋找機會，進 入中國市場。我國具有人工成本低、資源豐富、投資環(huán)境優(yōu)越以及本土的 市場營銷網(wǎng)絡(luò)等區(qū)位優(yōu)勢，因此國外清洗汽車制造商多趨向于采取合資的 方式進入中國市場。在這種情況下，只要我國企業(yè)能在合資企業(yè)中將外方 注入的先進技術(shù)和管理方法，進行消化、吸收和整合，就能促進我國專用 汽車行業(yè)的技術(shù)更新?lián)Q代。 目前，國內(nèi)除壓縮式垃圾車、車廂可卸式垃圾車和公路型掃路車的功 能已接近國外同類產(chǎn)品，而高壓清洗車與國外先進產(chǎn)品相比，其功能還存 在一定的差距，并且性能與國外先進產(chǎn)品存在較大差距。生產(chǎn)企業(yè)受加工 裝備簡陋、工裝模具不全、工藝技術(shù)落后、生產(chǎn)規(guī)模小的限制，低端產(chǎn)品 特征明顯，整車性能差。技術(shù)上缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)和概念創(chuàng)新。大部 分國產(chǎn)高壓清洗車是以模仿進口車功能為基礎(chǔ)來研制生產(chǎn)的，產(chǎn)品同質(zhì)化 現(xiàn)象較為普遍，缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新的產(chǎn)品。 事實說明，與發(fā)達國家相比，國產(chǎn)高壓清洗車在功能結(jié)構(gòu)、作業(yè)效率、 - 3 - 可靠性、推廣程度等多方面還落后許多；在用的不少國產(chǎn)高壓清洗車存在 著技術(shù)落伍、壽命短、作業(yè)效率低、達不到環(huán)保要求等缺陷，清洗城市下 水道、管道的沉積物、死角泥溝的疏通，大部分城市仍主要靠人工用竹片 等疏導，用勺掏空，勞動強度大，條件差，效率低。因此，環(huán)衛(wèi)部分希望 開發(fā)一種低價格，多功能的清理車，特別是那些功能強大的高壓清洗車， 它不僅可以用于清洗城市下水管道、管道的沉積物、死角溝渠的疏通，亦 用于清洗工業(yè)排液管道、壁面等。高壓清洗車的需求，隨著城市建設(shè)，公 路建設(shè)的發(fā)展，國家對加大基礎(chǔ)設(shè)施和公路建設(shè)的大投入，這必須推動市 政車輛設(shè)備的市場需求。 1.3 課題研究目的和意義 伴隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染變得越來越嚴重，環(huán)境保護成為一 個全球性的戰(zhàn)略問題。為適應(yīng)城市環(huán)衛(wèi)事業(yè)的發(fā)展，及時改善城市環(huán)境質(zhì) 量，改善空氣質(zhì)量，開發(fā)和發(fā)展各種行之有效的清洗車輛，成為我們面前 的重要任務(wù) 。城市化步伐的加快，道路的迅速增加，對環(huán)保要求的日益2 提高，導致城市對高壓清洗車的需求日益增長。 為此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓清洗車也就成了我國城市環(huán)衛(wèi)事業(yè)中 的重要課題，而且對提高我國專用車的設(shè)計水平。北京等一些大城市更是 加快了邁向國際化大都市的步伐，對城市環(huán)境質(zhì)量要有更高的要求，因此， 高壓清洗車作為清潔城市的“衛(wèi)士”,應(yīng)該是當前最具發(fā)展前景的專用汽車 品種之一。 1.4 設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計是改裝一種高壓清洗車，并滿足專用汽車相關(guān)設(shè)計要求。需進 行二類底盤的選型分析，產(chǎn)生具有實踐意義的選型總結(jié)。然后對車輛進行 總體布置，用總布置草圖表達主要底盤部件重要工作裝置的布置。進行水 罐的詳細設(shè)計，在正確計算的基礎(chǔ)上，完成部件設(shè)計選型，達到工藝合理、 小批量加工容易、成本低、可靠性高，裝載質(zhì)量達 3500kg 的要求。最后， 完成總裝配圖，清楚表達設(shè)計。 - 4 - 第 2 章 高壓清洗車總體設(shè)計 與普通汽車相比，高壓清洗車是裝置有專用設(shè)備，具備專用功能，用 于承擔專門清洗任務(wù)的汽車。因此，設(shè)計上再滿足普通基本型汽車性能的 基礎(chǔ)上，還要滿足專用清洗功能的要求，與專用工作裝置合理匹配，構(gòu)成 一個協(xié)調(diào)的整體，使高壓清洗車的基本性能和專用功能都得到充分發(fā)揮 。4 2.1 總體設(shè)計方案分析 目前，市場上的高壓清洗車種類眾多，其總體設(shè)計方案也各不相同。 通過前期調(diào)研以及結(jié)合本次改裝設(shè)計的特點，設(shè)計方案圖 2-1。 方案一： 圖 2-1 總體設(shè)計方案比較 布置簡單，效率利用率高，節(jié)省了低壓水泵，利用節(jié)流閥對高壓水進行 降壓，以實現(xiàn)低壓清洗。并且與液壓系統(tǒng)相對獨立，可以互不干擾進行作 業(yè)。 2.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 2.2.1 整車整備質(zhì)量 整車整備質(zhì)量是指專用汽車帶有全部工作裝置及底盤所有的附屬設(shè)備， 加滿燃料和水，但沒有載貨和載人時的整車質(zhì)量。整備質(zhì)量是一個重要設(shè) 計指標，對專用汽車的動力性和經(jīng)濟性有很大影響，整備質(zhì)量減小，可以 增加裝載量，節(jié)約燃料，是汽車設(shè)計工作中必須遵守的一項重要原則。 變速箱 取力器 2 高壓水泵 液壓泵 液壓缸 取力器 1 高壓清洗 節(jié)流 閥 低壓清 洗 - 5 - 所選 EQ1081 底盤的整備質(zhì)量為 3720kg，由于在本次設(shè)計中加裝了水 罐和專用工作設(shè)備，其整備質(zhì)量要增大，估計其質(zhì)量約為 1500kg。即高壓 清洗車整車整備質(zhì)量為： kg 5201370m 2.2.2 裝載質(zhì)量 汽車的裝載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時所允許的額定裝載量。 對裝載質(zhì)量的確定，首先要考慮車輛的用途和使用條件。其次，要和行業(yè) 產(chǎn)品規(guī)劃的系列相符合，做到在裝載噸位級別上分布合理，以利于專用車 產(chǎn)品的系列化、通用化和標準化。本次設(shè)計中，高壓清洗車的裝載質(zhì)量確 定為 3500kg。即 kg350em 2.2.3 汽車總質(zhì)量 汽車總質(zhì)量是指專用汽車裝備完好齊全，滿載（規(guī)定值）貨物及乘員 時的質(zhì)量。假設(shè)乘員質(zhì)量為 65kg/人，乘坐 3 人，汽車總質(zhì)量的計算公式為： kg81956502meoa 改裝后高壓清洗汽車最大總質(zhì)量在原車最大總質(zhì)量范圍內(nèi)，符合質(zhì)量要 求。最大軸載質(zhì)量的分配應(yīng)基本接近原車底盤軸載要求，改裝后的高壓清洗 汽車的整車質(zhì)心位置比原汽車的質(zhì)心略向后移 。5 2.3 高壓清洗車底盤的選型 專用汽車性能的好壞對專用汽車性能影響很大，通常專用車輛所采用的 基本底盤按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤，而該高壓清洗車是在二類底盤 的基礎(chǔ)上進行改裝設(shè)計。所謂二類底盤，就是指在基本型整車基礎(chǔ)上去掉貨 廂。 專用汽車底盤的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、 使用條件、專用汽車的性能指標、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動力匹配 等決定，目前，幾乎 80%以上的專用車輛采用二類底盤進行改裝設(shè)計。采用 二類汽車底盤進行改裝設(shè)計工作重點是整車總體布置和工作裝置設(shè)計，對底 盤僅作性能適應(yīng)性分析和必要的強度校核，以確保改裝后的整車性能基本與 - 6 - 原車接近 。6 目前國內(nèi)市場上底盤的種類多、品種全，如解放、東風、紅巖等系列 底盤性能好，價格便宜，市場保有量大，選用的底盤也多為這些系列的產(chǎn) 品。 一般專用改裝車輛在選用底盤時不但要根據(jù)專用汽車的類型、用途、 裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標進行考慮，還從適用性、可靠 性、先進性、方便性等方面進行比較分析，表 2-1 是常用三類底盤的性能 對比列表： 表 2-1 底盤性能對比列表 解放 東風 紅巖 適用性 適用于各類載重貨 車及專用汽車特殊功 能的要求 適用于各類載重貨 車及專用汽車特殊功 能的要求 適用于各噸位載重 貨車的改裝設(shè)計要求 以及部分專用車輛的 特殊要求 可靠性 工作可靠，出現(xiàn)故 障的幾率少，零部件 要有足夠的強度和壽 命 工作性能好，故障 率低，零部件要有足 夠的強度和壽命 性能可靠，出現(xiàn)故 障率低，各部件要有 足夠的強度 先進性 動力性、經(jīng)濟性、 行駛平順性及通過性 等基本性能指標和功 能方面達到同類車型 的先進水平 動力性、經(jīng)濟性、 操縱穩(wěn)定性等基本性 能指標和功能方面達 到同類車型的先進水 平 動力性、經(jīng)濟性、 行駛平順性及通過性 等基本性能指標和功 能方面達到同類車型 的先進水平 方便性 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊 價格 較便宜 比較便宜 便宜 供貨來源 市場擁有量多 市場擁有量多 市場擁有量較多 常見噸位 各種噸位車型 各種噸位車型 輕、中型載貨車型 通過調(diào)研與分析，并結(jié)合本次改裝設(shè)計的特點，選用東風系列底盤相 對較合理。確定東風 EQ1081 底盤作為本次高壓清洗汽車的底盤，其主要 技術(shù)參數(shù)見表 2-2 所示： - 7 - 表 2-2 底盤技術(shù)參數(shù)列表 底盤型號 EQ1081 底盤整備質(zhì)量（kg） 3720 發(fā)動機 YC4E140 底盤最大承載質(zhì)量（kg） 5230 軸距（mm） 3800 廠定最大設(shè)計總質(zhì)量（kg） 8950 車架前懸/后懸 （mm） 1270/1730 規(guī)格（mm） 68002140 2395 接近角/離去角 22.5/18.5 輪胎規(guī)格 7.5016，8.2516 2.4 罐體支撐座的設(shè)計 為避免專用工作裝置的布置對車架造成集中載荷，可采用具有足夠剛性 的副車架，因此可以將這種集中載荷轉(zhuǎn)化成均布載荷，有利于改善主車架 縱梁的強度和壽命。 對于高壓清洗車的設(shè)計，由于加裝的水罐與汽車車架的連接需要通過 罐體底部的支承座和固定裝置來完成，罐體支承座可相當于副車架的作用， 它們都是安裝在罐體的底部。本次改裝采用整體式支承座，縱梁和橫梁焊 在一起，縱梁截面有 L 形或與上部零件的連接面組成長方形、梯形、直角 梯形等，上部形狀視罐體外形而定。橫梁截面多為 L 形。支承座與汽車之 間用固定裝置連鎖 7。 2.4.1 支撐座校核計算 罐式汽車支承座的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用 如圖 2-2 所示的槽形結(jié)構(gòu)，其截面形狀尺寸取決于罐式汽車的種類及其承受 載荷的大小 8。 - 8 - 圖 2-2 支承座的截面形狀 參考 JB/T4712.1-2007 臥式容器支座用材規(guī)定：支座材料多選用 Q235A 碳素鋼。 根據(jù)機械設(shè)計手冊規(guī)定，取截面尺寸為 60305mm。 假設(shè)容器總重（包括自重以及水的重量）為 mg，則支座反力 kN5.1047350mgF 設(shè)支座長度為 L，容器重量沿長度方向均勻分布，則其均布載荷 kN..Lq 建立力學模型，其受力圖、彎矩圖如下： a） Q圖 b） 241qL M 圖 c） 圖 2-3 罐體支承座受力圖 根據(jù)受力圖、彎矩圖知： - 9 - 0 0 xFqFQAyiy （2-1） xLQ 00 2xMqMAyio （2-2） 根據(jù)彎矩圖可知，其危險截面出現(xiàn)在最大彎矩 1/2L 處，此時 kN21405.12qLFQ MPa<235MPa3max 所以，支承座強度符合要求。 2.4.2 副車架的前端形狀及安裝位置 為了避免由于副車架截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應(yīng) 力集中，副車架的前端形狀應(yīng)采用逐步過渡的方式。例如采用如圖 2.4 所 示的三種過渡方式。 對于這三種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面 上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如圖 2-4（c）所示。 =1mm 0h =1520mm9。 0l 圖 2-4 副車架前端的三種形式 - 10 - （a）U 形 （b）角形 （c）L 形 2.4.3 罐體支撐座的固定裝置 1.止推板連接 連接板上端通過焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁 腹板相連接。止推板的優(yōu)點在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與 主車架縱梁產(chǎn)生相對水平位移。相鄰兩個推止推連接板之間的距離在 500 到 1000 mm 范圍內(nèi) 4。 圖 2-5 止推板的連接結(jié)構(gòu) 1副車架 2止推連接板 3主車架縱梁 2.罐體支撐座固定裝置 本次改裝設(shè)計采用適用范圍比較廣的剛性連鎖，連結(jié)塊分別裝支承座和車 架上，然后用螺栓、螺母將兩者剛性連接在一起 5。結(jié)構(gòu)見圖 2-6 所示： 1 2 圖 2-6 剛性固定裝置 1支承座 2車架 - 11 - - 12 - 第 3 章 水路系統(tǒng)的設(shè)計計算 高壓清洗車配有水路清洗系統(tǒng)，高壓水路系統(tǒng)產(chǎn)生高壓水源（水壓達 10MPa 以上） ，充分利用高壓水的動能，以高壓力、低流量的方式清洗，去 污能力強、高效節(jié)水，被廣泛應(yīng)用于城市下水管道的清洗作業(yè)。低壓水路 系統(tǒng)提供大流量、低壓力水（水壓達 0.3MPa 以上） ，可以對壁面進行一般 沖洗和灑水，也可以對樹木、園林進行噴洗和澆灌以及應(yīng)急消防 10。 3.1 水罐的設(shè)計及計算 3.1.1 罐體選材 高壓清洗車罐體屬于常壓鋼制容器，根據(jù) GB150 鋼制壓力容器規(guī) 定：鍋爐和壓力容器用鋼都可以在常壓容器中使用。通過機械設(shè)計實用 手冊可知，15 號鋼由于具有極好的塑性、韌性、焊接性能和冷沖壓性能， 廣泛用于受力不大韌性要求較高的零件。比如，化工容器、蒸汽鍋爐等。 能滿足大部分容器的殼體的要求。所以，高壓清洗車罐體采用 15 號鋼板即 可滿足要求。 3.1.2 罐體設(shè)計要求 根據(jù)專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計要求，確定罐體形狀，應(yīng)有利于降低整車質(zhì) 心高度，減少自身質(zhì)量，增大容積效率，減小空氣阻力，并與駕駛室外形 相稱，使整體造型美觀，所以選擇罐體設(shè)計成橢圓形，由于平蓋封頭具有 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的特點，主要用于常壓和低壓設(shè)備上或者高壓小直徑 設(shè)備上，因此封頭推薦采用長、短軸比值為2的標準型平蓋封頭。受工藝要 求、制造條件以及容器安裝要求等，建議容器的長徑比范圍在27范圍內(nèi) 11。 根據(jù)QC/T750-2006清洗車通用技術(shù)條件規(guī)定： 在罐內(nèi)設(shè)有橫向防 波板，以加強罐體剛度及減弱車輛行駛中水對罐體的沖擊。罐體上部開有 直徑為500mm的圓形孔，便于工作人員出入檢查和維修，人孔附近要設(shè)置 扶手和扶梯。為防止空氣和水對罐體的氧化，罐體內(nèi)表面要經(jīng)過防腐蝕處 理。 - 13 - 3.1.3 罐體容積的確定 根據(jù)罐體設(shè)計要求規(guī)定，還要考慮整車的布置以及載荷的分配，確定 為4000mm2000mm1000mm。橢圓形橫截面罐體的總體積按下式計算， 見圖3-1 所示： （3-1）OVLabV3421 式中 、 橢圓長短軸長度 (m)；ab L橢圓筒體長度 (m)； 、 封頭長度 (m)；12 罐內(nèi)附件的體積總和 (m)。OV 圖3-1 橢圓形橫截面罐體容積計算圖 罐內(nèi)附件主要為防波板，其體積相對于罐體體積很小，可做忽略不計。 特殊形狀封頭具有更強的承壓能力，作為高壓清洗車的水罐只需承受常壓， 因此，采用平蓋封頭，取 即可滿足要求。根據(jù)計算公式，知：021L 328.641mV 3.1.4 壁厚計算校核 根據(jù)壓力容器設(shè)計知識規(guī)定知：由于常壓和低壓容器按照強度計算公 式出的壁厚較小，給制造和運輸帶來了困難。為了滿足制造工藝的要求以 及運輸和安裝過程中對剛度的要求，對殼體規(guī)定了不包括腐蝕欲量的最小 厚度。 圓筒的最小厚度按照下列規(guī)定設(shè)計 - 14 - 當 時， ，且不小于3mm 。380iD10/2miniD 罐體內(nèi)徑 mm4in 在水罐內(nèi)部，水均勻分布，可等效為均勻載荷，取h=1000mm。 MPa33108.9.10ghP 假設(shè)支座為支點，水罐與支座接觸部分為橫梁，建立力學模型： a) 圖QF b) 281ql M圖 c) 圖3-2 水罐受力分析圖 根據(jù) ）圖，得方程 （3-2） a 0ioiyF 211 xMqAyQ即 - 15 - 21 10 qlxxMFQ則 當 時，剪應(yīng)力 取得最大值lx,0Q （3-3）plF2max 由機械設(shè)計實用手冊，知： 鋼板厚度 mm時， MPa; MPa; MPa16min35s375b430tD 鑒于常壓容器壓力較小，儲存介質(zhì)的危害程度也較小，因此鋼板的安 全系數(shù)取 。.,5.,.Dsb MPa; MPa; MP20.137btn150.2stn2875.1430D ttn a。 取 MPa。5t 取橫梁一段為研究對象，假設(shè)其尺寸為30mm1mm4mm，對于矩形 橫梁，最大切應(yīng)力為平均切應(yīng)力的1.5倍。 (3-4) 5.1max MPa<150MPa25.906.0 3.892.4ax 所以，強度符合要求。 3.2 水泵的選型計算 根據(jù) QC/T750-2006 清洗車通用技術(shù)條件規(guī)定，清洗車基本參數(shù)見表 3-1 所示： 表 3-1 清洗車基本參數(shù) 序號 項 目 參 數(shù) 值 - 16 - 清洗路面 清洗管道 清洗墻面 1 清洗水壓力，MPa 5 10 0.3 2 清洗水流量，L/min 60 60 30 3 清洗寬度，m 清洗車寬度 根據(jù)高壓水射流清洗作業(yè)安全規(guī)范知，工作壓力在 10 到 100MPa 的水 射流，屬于高壓水射流，設(shè)備主機多采用高壓往復泵。 結(jié)合本次設(shè)計，確定高壓清洗車水泵的清洗壓力為 16MPa，清洗水流 量在 100 至 150L/min，采用高壓往復泵。 因此，通過調(diào)研分析以及參考現(xiàn)在市場上高壓清洗車高壓水泵的使用 狀況，考慮各種泵的使用情況、條件以及質(zhì)量保證，初選上海耀登機電設(shè) 備有限公司生產(chǎn)的 KF 系列高壓水泵和山東濰坊生建集團生產(chǎn)的 3DS-8/16 型高壓水泵為參考。兩款泵的參數(shù)比較見表-.2 所示： 表 3-2 水泵參數(shù)比較 型 號 流量 (L/min) 進口壓力 (MPa) 出口壓力 (MPa) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 要求功率 (kw) KF36 122 0.02 16 800 37 3DS-8/16 133 0.02 16 1480 55 根據(jù)清洗車通用技術(shù)條件規(guī)定，清洗車的軸功率要小于等于發(fā)動機銘 牌功率的 65%，其余的 35%作為儲備功率。根據(jù)公式： (3-5) 213KNeS 式中 水泵所需發(fā)動機功率；eN 泵的軸功率；s 發(fā)動機附件系數(shù) 常取 =1.12；1K1 標定功率換算系數(shù) 常取 =1.10；2 2K 離合器傳動效率 常取 =0.955；11 - 17 - 取力器傳動效率 常取 =0.985；22 水泵傳動軸傳動效率 常取 =0.99 3 3 KF36 高壓泵軸功率計算： kw<66.95kw=67.210.29.859.7sN %65103 3DS-8/16 高壓泵軸功率計算： kw<66.95kw3.4sN 通過計算功率均符合要求，但是由于 3DS-8/16 高壓泵的功率要求偏大， 能滿足條件的取力器很少，而且尺寸也都會偏大。如果采用這款泵，通過 轉(zhuǎn)速計算，需要采用變速器上蓋取力，但這種取力方式多用于消防車上， 對于本次改裝不適用。所以，本次改裝高壓水泵采用 KF36 高壓泵。 3.3 取力裝置的分析計算 由于絕大多數(shù)專用汽車上的的專用設(shè)備都是以汽車自身的發(fā)動機為動 力源。本次改裝，高壓水泵和液壓泵通過取力器獲得動力，帶動專用工作 裝置進行工作。因此，取力裝置的選取顯得尤為重要 。7 通過水泵的選型計算，選用 KF36 型高壓水泵。確定取力器的傳動比： （3-6） 21ni 式中 發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速 (r/min)；1n 專用工作裝置轉(zhuǎn)速 (r/min)；2 5.3802i所 以 ， 同理，液壓泵取力器傳動比為 7.15i 通過轉(zhuǎn)速計算的傳動比過于偏大，普通取力器難以滿足要求。在此考 慮采用變速器側(cè)蓋取力，由于在設(shè)計變速器時已經(jīng)考慮了動力輸出，因而 - 18 - 一般在變速器的左側(cè)和右側(cè)都留有標準的取力窗口。也有專門生產(chǎn)與之配 套的取力器廠家，因而這樣的取力器較常用。并且，這種取力形式一般都 是從變速器的中間軸上的齒輪取力，因而在傳動路線上經(jīng)過了變速器一對 常嚙合齒輪的減速，所以，取力器輸出軸的轉(zhuǎn)速總是低于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速， 傳動比也會有所降低，便于取力器的選取。 由于所選高壓水泵功率為 37kw，選用的取力器的功率輸出要能滿足水 泵的需求。經(jīng)過調(diào)研分析，考慮選取湖北云夢新宇齒輪箱制造有限公司的 PTO26/273PQ3-2E-A 型、PTO25/252L1HS4-1 型取力器。該公司為東風汽 車生產(chǎn)配套取力器，取力器掛擋靈活、定位準確、沒有脫檔和卡滯的現(xiàn)象， 工作時無異響。其相關(guān)參數(shù)見表 3-3： 表 3-3 取力器參數(shù)表 型 號 額定輸入轉(zhuǎn)矩 （Nm） 輸入功率 （kw） 速 比 定位銷孔 （mm） PTO26/273P Q3-2E-A 210 30 1.266 08.2 PTO25/252L 1HS4-1 120 30 0.828 . 聯(lián)接軸徑直 徑(mm) 法蘭盤螺柱孔 (mm) 操縱方式 總成干質(zhì)量 (kg) 外形尺寸(mm )3014 氣動 12 198170206 氣動 12 230178206 由于水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，根據(jù)經(jīng)驗公式： （3-7）nPT954 式中 水泵額定轉(zhuǎn)矩 （Nm） ；T 水泵軸功率 （kw） ，取 22.67kw；p 水泵額定轉(zhuǎn)速 （r/min）,取 800r/minn 所以 Nm6.2708.954T 取力器輸出轉(zhuǎn)矩為： - 19 - Nm Nm86.25.120 T.70T 所以，取力器輸出轉(zhuǎn)矩能能滿足水泵轉(zhuǎn)矩要求。 3.4 液壓閥的選取 水路系統(tǒng)中選擇合適的液壓閥，是使系統(tǒng)的設(shè)計合理，性能優(yōu)良，安 裝、維修方便，并保證系統(tǒng)正常工作的重要條件 12。 3.4.1 方向控制閥的選取 清洗水經(jīng)高壓水泵后需要通過降壓節(jié)流來完成低壓清洗作業(yè)。低壓清 洗主要用于清洗壁面墻面用。根據(jù)清洗車通用技術(shù)條件規(guī)定，本次改裝確 定低壓水路清洗要求為：P=0.51.0MPa，Q=40L/min。為達到降壓節(jié)流的 效果，為此可考慮加裝 AQF3-E16B 調(diào)速閥進行降壓節(jié)流，技術(shù)參數(shù)見表 3-5 所示： 表3-5 調(diào)速閥參數(shù) 型號 通徑/mm 額定壓力 /MPa 最高使用壓力 /MPa 最大流量 /(L/min) 最低工作壓 力/MPa AQF3- E16B 16 16 20 50 0.7 3.4.2 溢流閥的選取 根據(jù)清洗車通用技術(shù)條件規(guī)定，高壓水泵出水口處應(yīng)設(shè)置安全裝置， 保證高壓水泵的穩(wěn)定工作。先導式溢流閥是常用于高壓、大流量時的溢流、 定壓和穩(wěn)壓元件。因此考慮加裝 CC2V-6W 先導式溢流閥，該閥具有壓 力高，調(diào)壓性能平穩(wěn)，最低調(diào)節(jié)壓力低和調(diào)壓范圍大的特點。技術(shù)參數(shù)見 表 3-6 所示： 表3-6 溢流閥技術(shù)參數(shù) 型號 通徑/mm 調(diào)壓范圍/MPa 額定流量 (L/min) 公稱流量 (L/min) CC2V-6W 16 0.635 160 200 3.5 水路計算 由于水在流經(jīng)管路時會受到水路管壁的摩擦，所以水壓會有壓力損失。 因此，需要對水路進行壓力損失計算。 - 20 - 3.5.1 水路壓力損失分析 水泵以及冷卻器的各項參數(shù)如表 3-7、表 3-8 所示： 冷卻器允許回油流量： （3-8 ） 4/21VDQ油 4/601065.33 =54.3L/min 由油水流量 1:1,可知水的流量等于油的流量，當冷卻器水流量小于 340 L/min 時，水的壓降則不會超過 0.05MPa。 表 3-7 高壓水泵各項參數(shù) 高壓水泵流量 1Q122L/min 高壓水泵進口尺寸 D25.4mm 冷卻器液壓油流量 3130L/min 冷卻器所需水流量 130L/min 冷卻器水側(cè)進口尺寸 3 16mm 冷卻器油側(cè)進口尺寸 4D16mm 冷卻器技術(shù)參數(shù)如表 3-8 所示： 表 3-8 冷卻器技術(shù)參數(shù)表 冷卻器油水流量比 1：1 水的運動粘度 v m /s063 水的比重 kg/m3 3.5.2 水路壓力損失計算 由雷諾數(shù) （3-9） dqvRe4 可知，在液體粘度 、管道內(nèi)徑 一定的條件下，雷諾數(shù)的大小與流量成正v 比。溶液在管道內(nèi)的流速 - 21 - m/s （3-10）5.416.342dqv 此時雷諾系數(shù)： 20705.6eR 求得沿程阻力系數(shù): （3-11）19./31.25.eR 水在噴出前沿程壓力損失為： （3-12）3/DP 61025.49.0 MPa7. 經(jīng)油水泵和冷卻器之后水的壓力損失： MPa527..521P 所以水經(jīng)過水泵 、冷卻器之后壓力降低很小，可以忽略不計。 - 22 - - 23 - 第 4 章 液壓系統(tǒng)的選型計算 為保證前端噴水架往復運動進行清洗作業(yè)，高壓清洗車可加裝液壓裝 置進行控制。根據(jù)清洗車通用技術(shù)條件規(guī)定：清洗路面裝置的清洗寬度需 要大于等于清洗車寬度。結(jié)合本次改裝，前端噴水架的移動范圍要大于等 于 2.49m,取噴水架移動范圍為 2.5m。 目前，常用實現(xiàn)往復運動裝置多為液壓缸,常用液壓缸的特點及適用場 合見表 4-1： 表 4-1 液壓缸類型、特點及適用場合 名稱 特點 適用場合 雙活塞桿液 壓缸 雙向運動 雙向工作的往復運動 單活塞桿液 壓缸 有效工作面積大、雙向不對稱 往復不對稱的直線運動。差動 連接可實現(xiàn)快進，當 A1=2A2 時往 復速度相等 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好 單向工作，靠重力或其他外力返回 擺動缸 單葉片式，轉(zhuǎn)角小于 360 度 雙葉片式，轉(zhuǎn)角小于 180 度 小于 360 度的擺動運動 小于 360 度的擺動運動 根據(jù)各類液壓缸的特點以及適用場合以及經(jīng)濟性的考慮，本次改裝采用單 活塞桿液壓缸。這種缸有效工作面積大，速度穩(wěn)定，可實現(xiàn)大范圍面積的 清洗，改善清洗效果，能符合本次改裝設(shè)計要求。 4.1 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 4.1.1 初選系統(tǒng)壓力 系統(tǒng)壓力選定是否合理，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)設(shè)計的合理程度。在液 壓系統(tǒng)功率一定情況下，若系統(tǒng)壓力選的過低，則液壓元、輔件的尺寸和 重量就增加，系統(tǒng)造價也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選的較高，則液壓設(shè)備的 - 24 - 質(zhì)量、尺寸和造價會相應(yīng)降低。例如，飛機液壓系統(tǒng)的壓力從 21MPa 提高 到 28MPa，則其重量下降約 5%，所占體積將減小 13%。然而，若系統(tǒng)壓 力選用過高，由于對制造液壓元、輔件的材質(zhì)、密封、制造精度等要求的 提高，反而會增大或增加液