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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘要
油罐車是罐式車的一種，主要用于液體油品的異地轉(zhuǎn)移運輸和實現(xiàn)車輛飛機的流動加油。油罐車技術(shù)含量不太高, 而且制造工藝相對于其他橄式專用車而言比較簡單, 生產(chǎn)企業(yè)相對較多, 市場競爭非常激烈。企業(yè)最重要的戰(zhàn)略任務之一就是保障其長久的生存能力。
目前市場上汽車使用的燃料主要以汽油與柴油為主（汽油又有93和97兩種標號，柴油又分為0、-10、-30號等）設(shè)計出兩種或兩種以上的多倉燃料運輸車能夠滿足不同用戶對燃料的需求。能夠適應工地、礦山、農(nóng)場等多種型號車輛的需要。
汽車材料輕量化是汽車發(fā)展的必然趨勢。所謂汽車輕量化，就是降低汽車產(chǎn)品自身重量，達到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合目標。用科學方法和手段對汽車產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，在確保汽車綜合性能指標的前提下，通過使用新型材料，盡可能降降低運輸成本，提高企業(yè)的運營效率。
鋁合金是具有廣闊應用前景的輕型材料，采用該材料生產(chǎn)的油罐半掛運輸車自身質(zhì)量輕，不僅可以完全滿足運輸油料的強度和剛度要求，而且可以顯著降低運輸成本，提高企業(yè)的運營效率。
關(guān)鍵詞： 油罐 多倉 半掛車 運輸 鋁合金
Abstract
Of all the tank cars,the oil-tankers mainly for the transfer of liquid pet
-roleum transportation and off-site movement of vehicles to achieve air
refueling.The market is very competitive because the technology of the
tank is not so much high and the manufacturing process is more simple compared with the other olivine-type special purpose vehicles.One of the most important strategic task to a company is to ensure its long term viability.
Currently on the market the car use fuel to gasoline and diesel ( gasoline and mainly 93 and 97 two grade, diesel was divided into 0, - 10, - 30, etc.) to produce two or more than two kinds of multi chamber fuel transport vehicle can meet different users demand for fuel. To adapt to the site, mines, farms and other types of vehicle needs.
Lightweight automotive materials is the inevitable trend.The so called lightweight vehicles is to reduce weight of the product itself,to achieve
weight loss, energy saving,enviromental protection,safty and the other comprehensive goals. Using scientific methods and means to optimise the design of automotive products, under the premise of ensuring the car's comprehensive performance indicators,through the use of new materials,reduce the transport costs as much as possible and improve operational efficiency.
Aluminum is a broad prospect of lightweight materials. The oil-tank semi-trailer is produced by the use of the material ,not only can fully
meet the strength and stiffness of the transportation,but also can reduce transportation costs significantly and improve operational efficiency of enterprises.
Keywords： Tank Multi-chamber Semi-trailer Transport Aluminum
目錄
摘要 I
第1章 緒論 1
1.1鋁合金 1
1.2半掛車的發(fā)展狀況 3
1.3半掛車的分類 4
1.4 油罐汽車的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 6
1.4.1 油罐汽車 6
1.4.2 油罐汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計 6
第2章 鋁合金油罐半掛車的設(shè)計 8
2.1 本次設(shè)計的主要參數(shù) 8
2.2 半掛車的總體設(shè)計 9
2.3 半掛車的車架設(shè)計 9
2.4 縱梁的設(shè)計 11
2.5 橫梁的設(shè)計 12
2.6 牽引銷座板的設(shè)計 13
2.7 罐體的設(shè)計 14
第3章 取力器的設(shè)計 24
3.1取力器的工作原理 24
3.2取力器的分類 25
3.3取力器的參數(shù) 33
結(jié) 論 34
致 謝 35
參考文獻 36
36
第1章 緒論
油罐車又稱流動加油車，主要用作石油的衍生品，如：汽油、柴油、原油、潤滑油及煤焦油等油品的運輸和儲藏。根據(jù)不同的用途和使用環(huán)境有多種加油或運油功能，具有吸油、泵油，多種油分裝、分放等功能。
目前市場上汽車使用的燃料主要以汽油與柴油為主（汽油又有93和97兩種標號，柴油又分為0、-10、-30號等）設(shè)計出兩種或兩種以上的多倉燃料運輸車能夠滿足不同用戶對燃料的需求。能夠適應工地、礦山、農(nóng)場等多種型號車輛的需要。
半掛車是車軸置于車輛重心（當車輛均勻受載時）后面，并且裝有可將水平或垂直力傳遞到牽引車的聯(lián)結(jié)裝置的掛車。它的類別分為全掛車（ 載貨部位為欄板結(jié)構(gòu)的全掛車，下分廂式全掛車 載貨部位為封閉廂體結(jié)構(gòu)的全掛車）罐式全掛車（載貨部位為封閉罐體結(jié)構(gòu)的全掛車）平板全掛車（載貨部位的地板為平板結(jié)構(gòu)且無欄板的全掛車）集裝箱全掛車（載貨部位為框架結(jié)構(gòu)且無地板，專門運輸集裝廂的全掛車）自卸半掛車（載貨部位具有自動傾卸裝置的半掛車）。它的特點，半掛車是主要運輸體積大,且不易拆分的大件貨物,比如挖掘機等等,柵欄式比較適合拉鮮活類的貨物,比如蔬菜,水果等等.廂式比較適合拉散貨及防濕較貴重貨物。
圖1.1 半掛車
1.1鋁合金
汽車材料輕量化是汽車發(fā)展的必然趨勢。所謂汽車輕量化，就是降低汽車產(chǎn)品自身重量，達到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合目標。用科學方法和手段對汽車產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，在確保汽車綜合性能指標的前提下，通過使用新型材料，盡可能降降低運輸成本，提高企業(yè)的運營效率。
鋁合金是具有廣闊應用前景的輕型材料，采用該材料生產(chǎn)的油罐半掛運輸車自身質(zhì)量輕，不僅可以完全滿足運輸油料的強度和剛度要求，而且可以顯著降低運輸成本，提高企業(yè)的運營效率。
在工業(yè)生產(chǎn)中鋁及其合金的應用量僅次于鋼鐵，據(jù)有色金屬的首位，其最大的特點是質(zhì)量輕、比強度和比剛度高、導熱導電性能好、耐腐蝕，廣泛用于食品、電力和制造業(yè)，是航空工業(yè)的主要材料。
以鋁為基的合金相圖大多屬于共晶型，如圖1.2所示。根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)加工的方法不同，可以把鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。
圖1.2 二元鋁合金分類示意圖
1.2半掛車的發(fā)展狀況
近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，世界汽車產(chǎn)量和保有量與日俱增。汽車在給人們出行帶來方便的同時也產(chǎn)生了油耗、環(huán)保、安全三大問題。著眼于長遠的可持續(xù)發(fā)展, 降低燃油消耗和減少排放污染顯得尤為迫切,在市場日益競爭激烈的情況下，采用新技術(shù)，新方法成為提高產(chǎn)品競爭力的主要方法。減少汽車自身質(zhì)量( 汽車輕量化) 是汽車降低燃油消耗及減少排放污染的最有效措施之一。據(jù)國際權(quán)威部門統(tǒng)計, 汽車所用燃料約60% 消耗于汽車自重, 汽車質(zhì)量每減輕10%, 可降低油耗6% ～ 8%。測試表明, 在經(jīng)濟行駛速度下, 汽車質(zhì)量每減少1kg, 1L 汽油可多運行1.1m 。實現(xiàn)汽車輕量化的途徑主要有兩種: 一是優(yōu)化汽車框架結(jié)構(gòu); 另一個是在汽車制造上采用輕質(zhì)材料，而目前汽車上使用量最大的輕質(zhì)材料為輕合金，鋁、鎂、鈦等金屬的密度小, 分別為2.7g/cm3、1.7g / cm3 和4.5g / cm3 , 因此, 這幾種金屬通常被稱為輕金屬, 其相應的鋁合金、鎂合金、鈦合金則稱為輕合金。鋁是人們最熟悉的金屬之一, 在純鋁中加入Cu、Mg、Zn、Si、Mn、稀土等合金元素配制成各種鋁合金, 再用強化措施來提高其強度、硬度、疲勞性能等材料綜合性能, 以滿足工程應用的需要。與鋼鐵相比, 鋁合金具有質(zhì)量輕、導熱性好、耐腐蝕性好、易于加工等特點。而且鋁材幾乎可以全部回收, 重新加工使用, 有利于環(huán)境保護; 有些鋁合金材料的物理性能已與車用鋼材相似, 具有相當?shù)膹姸群蛣偠?。鋁合金零部件的應用, 可以大大減輕整車質(zhì)量, 根據(jù)美國鋁學會的報告, 汽車上每使用0. 45kg 鋁就可減輕車重lkg, 理論上鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右。因為鋁合金具有以上優(yōu)點, 所以鋁合金成為近二十年來在國內(nèi)外汽車上使用最多的輕量化材料。
鋁合金罐車自重輕, 滿載時可以多裝成品油, 空載時則可以節(jié)省燃油和減少輪胎磨損。實驗和統(tǒng)計的結(jié)果表明, 不管在何種運行狀況下, 鋁合金罐車的營業(yè)收入比碳鋼罐車要高出12% 左右。在美國, 每年生產(chǎn)5000 多臺的成品油罐車, 幾乎全部采用鋁合金材料; 不銹鋼材料用于其他化學品、液態(tài)食品等罐式車; 低合金高強度鋼板僅用于低溫高壓液體的運輸罐車。歐洲年銷售各種罐式車40000 臺以上。歐洲對危險品運輸安全要求非常高。為防止超載, 在確保安全的前提下提高運輸效益, 無論是油罐車或粉罐車, 罐體都采用鋁合金材料, 甚至空氣懸架的支架和鋼圈也使用了鋁合金制造, 以減輕自重。在日本, 每年新增成品油罐車約800 臺,85% 以上采用鋁合金材料進行生產(chǎn), 其余15% 采用不銹鋼和碳鋼生產(chǎn)。中國的油罐車年需求量在10000 臺以上, 目前,98% 以上采用普通碳鋼罐體, 極少數(shù)采用鋁合金罐體。國家發(fā)改委以《關(guān)于部分專用車項目備案意見的函》同意寧夏三特種汽車制造有限公司年產(chǎn)萬輛特種專用汽車生產(chǎn)改裝建設(shè)項目備案。該項目成為寧夏第一個獲得國家發(fā)改委同意建設(shè)的專用車項目。據(jù)寧夏發(fā)改委工業(yè)處介紹，寧夏三慶特種汽車制造有限公司年產(chǎn)萬輛特種專用汽車生產(chǎn)改裝建設(shè)項目總投資億元，項目建設(shè)地點為石嘴山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)電石運輸車、環(huán)衛(wèi)泥水分離運輸車、罐式危險品運輸車、公安武警專用車、運鈔車、工程運輸車萬輛。對于經(jīng)濟發(fā)達的國家，選擇汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)是完全正確的。
實現(xiàn)油罐車罐體輕量化的途徑一般有兩種一是從結(jié)構(gòu)的設(shè)計入手, 通過有限元法和優(yōu)化設(shè)計法對現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)罐體進行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化, 在保證承載能力和可靠性的前提下減輕其質(zhì)量; 二是從材料入手, 通過采用輕材料或現(xiàn)代復合材料等低密度材料替代現(xiàn)有的鋼材料, 達到罐體輕量化的目的。
鋁是最早用于汽車制造的輕質(zhì)金屬材料, 也是結(jié)構(gòu)材料中最為經(jīng)濟實用、最具競爭力的汽車用輕金屬材料。從生產(chǎn)成本、零件質(zhì)量、材料利用率等方面, 鋁合金具有多種優(yōu)勢, 如密度較小, 用其替代傳統(tǒng)鋼鐵, 可減小整車重量的回收率高, 僅次于鋼鐵, 目前可達87％, 符合環(huán)保要求。它還具有優(yōu)良的抗腐蝕性、壓力加工和鑄造加工性, 也為專用汽車生產(chǎn)企業(yè)所認可。
1.3半掛車的分類
一、按半掛車車軸數(shù)分類
半掛車按車軸分類通常可以分為單軸、雙軸、三軸和多軸四類（圖1.3）。
圖1.3 半掛車按車軸數(shù)分類
單軸半掛車是最簡單的半掛車，國標GB6420—86規(guī)定半掛車總質(zhì)量13.3t以及13.3t以下都為單軸。其整備質(zhì)量小、制造方便，并且輪胎磨耗和燃油消耗較少。隨著所要求的半掛車裝載質(zhì)量的增加，為了不超過軸負荷和總載量的規(guī)定，主要途徑是增加半掛車軸數(shù)。
二、按半掛車的結(jié)構(gòu)特點分類
半掛車按結(jié)構(gòu)特點分類可以分為變軸距半掛車、車軸可提升的半掛車、多牽引銷半掛車以及活動牽引銷半掛車等。
可變軸距半掛車可以是輪距相對半掛車車架移動的形式。我國的J10BZ、J15BZ和J140BZ轉(zhuǎn)載質(zhì)量分別為7t、8t和10t，縱梁可伸縮，貨箱長度在7 ～ 11m內(nèi)變化。
車軸可提升半掛車，在提起輪軸后改變了附著條件，減少行駛阻力和輪胎磨耗，但結(jié)構(gòu)復雜，其執(zhí)行裝置為氣動或液壓元件。多牽引銷半掛車，一般有雙牽引銷和三牽引銷式。
三、按形式和用途分類
半掛汽車列車的使用范圍和廣，按形式和用途分類實際上包含了所類別的專用汽車，在基本型即普通欄板式半掛車和低平臺半掛車的基礎(chǔ)上，可按GB6420—86分類如下：
平板半掛車、低平板半掛車、凹式平板半掛車、箱式半掛車、自卸半掛車、集裝箱專用半掛車、集裝箱平板半掛車、集裝箱欄板半掛車、液罐半掛車、粉狀集裝箱半掛車、牲畜家禽半掛車、預制件半掛車、長貨半掛車、冷藏半掛車、橫伸半掛車、縱伸半掛車和組合半掛車等。
四、按半掛車驅(qū)動方式分類
（1）自驅(qū)動半掛汽車列車，半掛車上裝有發(fā)動機驅(qū)動，列車共裝置兩臺發(fā)動機。南京電子工程研究所、南京汽車研究所和705廠曾分別聯(lián)合批量研制過自驅(qū)動半掛汽車列車。
（2）自驅(qū)動半掛汽車列車通過性好，具有軍事和野外作業(yè)的意義。由于減少了牽引車功率，因此使列車尺寸減小，提高了行駛穩(wěn)定性、機動性和經(jīng)濟性。在半掛車上增加導向輪后還可以在摘掛后單獨使用半掛車，但結(jié)構(gòu)較復雜。
（3）其他驅(qū)動半掛汽車列車即通常的半掛汽車列車，半掛車本身不裝置發(fā)動機及其傳動裝置。
1.4 油罐汽車的結(jié)構(gòu)與設(shè)計
1.4.1 油罐汽車
油罐汽車按其功能不同可以分為運油汽車和加油汽車兩種。運油汽車一般指運輸輕質(zhì)燃油、重油、潤滑油、植物油等罐式汽車，也可作為儲存油料用。加油汽車除能運油外，還有如下功能：
1.能為本車油罐加油。
2.能將本車的燃油加給其他容器。
3.能不經(jīng)本車油罐將一個容器的燃油注入另一容器內(nèi)，其移動泵站的作用。
4.能抽回加油軟管中的燃油。
5.能把燃油在本車內(nèi)循環(huán)、攪拌，即所謂倒油。
1.4.2 油罐汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計
確定罐體形狀時，應有利于降低整車質(zhì)心高度，減少自身質(zhì)量，增大容積效率，減少空氣阻力，并與駕駛室外形相稱，是整體造型美觀等。一般罐內(nèi)壓力小于0.1MPa時，罐體橫截面取橢圓形；壓力大于0.1MPa時，多采用圓形橫截面。
圖1.4橢圓形橫截面罐體容積計算圖
橢圓形橫截面罐體實際總?cè)莘eV（m3）按下式計算（參見圖1.4）
公式（1-1）
式中 a、b -----橢圓長、短軸長度
L---------橢圓筒體長度
L1、L2-----封頭長度
--------罐體附件的體積總和
第2章 鋁合金油罐半掛車的設(shè)計
2.1 本次設(shè)計的主要參數(shù)
原始數(shù)據(jù)：
（1）牽引車參數(shù)：
牽引車型號：CA4222P21K2T3A1E
底盤廠家：一汽解放汽車股份有限公司
準拖掛車總質(zhì)量（kg）： 37900
鞍座承載能力（kg） ： 14370
最高車速（km/h） ： 105
（2）材料參數(shù)：
罐體材料：6005A·T6型鋁合金，其屈服強度為：厚度5mm時=225Mpa，5mm<厚度10mm時=215Mpa。由罐體結(jié)構(gòu)厚度可知，防波板處=225MPa，罐體處=215MPa。
車架材料：7005·T6型鋁合金，其屈服強度為：厚度40mm時=290MPa
E=69000MPa，=0.34，=2.7g/cm3
半掛車技術(shù)要求：
載質(zhì)量（kg）： 30000
半掛車鞍座最大允許承載質(zhì)量(kg)： 9500
軸數(shù)： 3
外型尺寸（長×寬×高）(mm)≤：13000×2500×3750
軸距（mm）：
3-4軸 6530
4-5軸 1310
5-6 軸 1310
離去角 (°)： ≥14
最小離地間隙(mm)： ≥310
2.2 半掛車的總體設(shè)計
半掛車的主要結(jié)構(gòu)形式有平板式、階梯式和凹梁式。
平板式半掛車：整個貨臺是平直的，且在車輪之上，適于運輸鋼材、木材及大型設(shè)備（如圖2.1所示）。
圖2.2 階梯式半掛車
圖2.1 平板式半掛車
階梯式半掛車：半掛車車架呈階梯形，貨臺平面在鵝頸之后，最早的階梯式平板半掛車，其鵝頸均為弧形結(jié)構(gòu)，在鵝頸上端形成第二貨臺平面。由于階梯式結(jié)構(gòu)貨臺平面降低，從而適合運輸各種大型設(shè)備、鋼材等（如圖2.2所示）。
圖2.3 凹梁式半掛車
凹梁式半掛車：其貨臺平面呈凹形具有最低的承載平面。凹型貨臺平面離地高度一般根據(jù)用戶要求確定，適合超高貨物運輸（如圖2.3所示）。
2.3 半掛車的車架設(shè)計
車架是車輛的骨架，是車輛的重要承載部件，連接著各個主要總成，承受著復雜空間力系的作用。一般，車架應該具有足夠的強度、合適的剛度，在保證剛度和強度的前提下質(zhì)量最小，以及結(jié)構(gòu)應盡量簡單等。隨著高速公路的發(fā)展，車速不斷提高，因而要求車架要具有足夠的抗彎曲變形和抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。
半掛車車架的特點，主要是車架的前部要安裝牽引銷及其底板，并通過牽引銷與牽引車的牽引座連接。這樣，車架的上面就高出牽引車車架許多。為了使貨物的裝載質(zhì)心降低，保證起初列車必要的行使穩(wěn)定性，就必須使車架后部的貨箱底板平面盡量低一些。下述三種車架結(jié)構(gòu)形式都與這一特點相關(guān)。同時，半掛車的軸距一般都較長，為了減輕掛車車架的總質(zhì)量，有時便在縱梁的副板上打一些孔。這些圓孔或方（長方）孔，也為（制動）管、（電）線的通過提供了方便，同時也為了車架的裝配、維護和修理提供了某些便利。因此，車架設(shè)計時應滿足以下要求：
（1）滿足總布置要求：牽引車車架的前端寬度最大值受轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角的限制，最小值取決于發(fā)動機的外廓尺寸；車架的后端寬度的最大值則需要根據(jù)輪胎和鋼板彈簧的寬度和安裝情況而定。
（2）必須有足夠的強度：要保證車架在各種復雜的工作條件下長期使用時不至發(fā)生嚴重的損壞。
（3）要有合適的剛度：一方面，在各種使用條件下車架不能有很大的變形，要使固定在車架上面的各總成和部件在車架上的相對位置變化不大，保證它們能正常工作而不發(fā)生運動干涉或運行噪聲；另一方面，車架的剛度，尤其是扭轉(zhuǎn)剛度不宜過大，以免在通過不平道路時使車架發(fā)生不必要的斷裂現(xiàn)象，同時，還要與車輛的懸架角剛度相匹配。
（4）節(jié)省材料、減輕質(zhì)量：在保證車架具有足夠的剛度和必要的強度的前提下，應盡量簡化車架的結(jié)構(gòu)，減少材料的消耗，以降低生產(chǎn)成本。
同時，車架還應便于制造和維修。
車架設(shè)計時，應注意以下問題：
（1）車架的各個構(gòu)件幾乎都是沖壓件，因此，各構(gòu)件的形狀要盡量符合沖壓工藝的要求，拉深量不能太大，余料也不能過多，以節(jié)省材料；
（2）由于在每個截面上的扭轉(zhuǎn)應力總是在上、下翼面的翼緣處最大，因此在車架上、下翼面上應盡可能不要鉆孔、開口或有其他工藝缺陷。在前后軸之間車架縱梁的下翼面、后懸架部分縱梁的上翼面等都禁止鉆孔。在車架縱梁的腹板及橫梁上鉆孔時，孔間距和孔大小都應符合規(guī)定。
（3）在車架上焊接零件時，應該采用與車架材料焊接性能相同的材料進行焊接。不能隨意地在車架上進行焊接。必須焊接時，應注意車架的圓角等處不允許焊接。
（4）對于承受扭轉(zhuǎn)應力的構(gòu)件，應盡量采用抗扭剛度高的箱形和圓管等閉口截面來制造。
（5）為了避免材料折彎時產(chǎn)生破裂，車架的內(nèi)圓角半徑應比板材的厚度大一些。
（6）縱梁的扭轉(zhuǎn)應力是按不同位置的橫梁分段的，每段與橫梁連接處扭轉(zhuǎn)應力或為最大或為最小，如果在兩根橫梁之間加裝一根橫梁，則車架的扭轉(zhuǎn)應力提高、加裝橫梁處的扭轉(zhuǎn)應力增加，而縱梁在與原來兩根橫梁連接處的扭轉(zhuǎn)應力反而下降，布置橫梁時應注意這個問題。
（7）對車架需要加強的地方，可采用這樣的加強方式：①將槽形斷面的加強板附加在縱梁的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，加強效果十分顯著；②采用L形斷面的加強板附加在縱梁承受拉伸應力的一側(cè)；③將縱梁的加強成為箱形斷面，方法簡單，加強效果也較好，但對其扭轉(zhuǎn)剛度有一定的影響；④在翼板上加強，但效果不明顯。
2.4 縱梁的設(shè)計
平板式
車架的縱梁結(jié)構(gòu)是根據(jù)貨臺形式要求，相應的有平板式、階梯式、凹梁式或橋式等三種，如圖2.4所示。
階梯式
縱梁截面有工字形和槽形, 縱
梁截面有工字形和槽形,為防止上
凹梁式
下翼緣受拉伸和壓縮作用而破裂,
圖2.4車架縱梁的形式
按薄板理論進行校核,其彎曲應
力不應超過臨界彎曲應力。翼緣
最大寬度一般不超過16δ(δ為
鋼板的厚度)，對于大噸位半掛車多采用工字形截面梁。
縱梁截面高度根據(jù)噸位不同有較大的差異?？蓞⒖家韵鲁叽纾?
載質(zhì)量15t，主截面高300mm左右；載質(zhì)量20～30t，主截面高350～450mm；載質(zhì)量40～50t，主截面高450～550mm。
半掛車車架縱梁沿其長度方向截面尺寸的變化，主要根據(jù)彎曲強度計算和總體布置確定。車架縱梁均采用高腹板結(jié)構(gòu)，主截面的高和翼板寬度之比為2.7～4.2。本車主截面的高和翼板寬度之比為3.125。
本次設(shè)計的縱梁腹板與翼板的厚度均為10mm，采用的的材料為7500A·T6型鋁合金。（其主要結(jié)構(gòu)見圖2.5）。
圖2.5 縱梁
主截面的高度為500mm，上翼板尺寸為165×10，下翼板的尺寸為500×10。在縱梁上所有的焊縫應無夾雜、氣孔、漏焊咬邊等焊接缺陷。
2.5 橫梁的設(shè)計
橫梁是連接左右縱梁組成車架的主要構(gòu)件。橫梁本身的抗扭性能及橫梁在車架上的分布，直接影響車架的內(nèi)應力和車架的剛度，合理的設(shè)計橫梁可以保證車架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。
橫梁在布置時其間距應在700-1200mm，視具體情況也可以不遵循。（橫梁的具體結(jié)構(gòu)見圖2.6和圖2.7）。
圖2.6 橫梁一
圖2.7 橫梁二
2.6 牽引銷座板的設(shè)計
牽引連接裝置是汽車的重要組成部分。它把牽引車和掛車機械地連接起來，傳遞并承受兩者之間的連接力和其他作用力，并使掛車實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。商用汽車列車的運輸特點要求牽引連接裝置具有完全的互換性。由于汽車列車的牽引連接裝置差不多都以標準化和系列化，因此汽車列車牽引連接設(shè)計的任務，就是根據(jù)列車的類型、總質(zhì)量和使用條件等，根據(jù)制造企業(yè)提供的部件系列的型號和承載能力以及價格等其他因素進行選擇和使用。（牽引銷座板的主要的結(jié)構(gòu)如圖2.8）
圖2.8 牽引銷座板
2.7 罐體的設(shè)計
罐體
罐體主要由圓桶體、封頭和防波板等組成。在罐體上還設(shè)有呼吸閥、油水裝滿報警器、液位指示器、油量指示表、油量傳感器和放油閥等。
罐內(nèi)都設(shè)有若干塊橫向防波板，以加強罐體剛度及減弱車輛行駛中油料對罐壁的沖擊。防波板可以直接旱災罐體內(nèi)，也可以做成可拆卸的。罐體上部的入孔直徑不小于500mm，便于工作人員出入檢查和維修。
本次設(shè)計的罐體的長度為12260mm，小徑為2070mm，大徑為2497mm，厚度為5mm。封頭的縱向?qū)挾葹?0mm，厚度為5mm，防波板的小徑為2060mm，大徑為2487mm，厚度為35mm。
對于罐體提出技術(shù)要求如下：
1. 焊縫不得有氣孔、砂眼、夾渣、咬邊、焊穿、未焊透等焊接缺陷。外觀應均勻一致、美觀。
2. 罐體應進行盛水試驗，60分鐘后不得有滲漏現(xiàn)象。
3. 油漆涂層應符合QC/T484-1999《汽車油漆涂層》要求。
圖2.9 罐體總成
圖2.9 罐體總成
圖2.10 封頭
圖2.11 防波板
圖2.12 罐體托撐
（1）隔板：當罐體的容量不大時，整個容器作為一個單室；若罐體的容量較大，容器內(nèi)部需用隔板將其分隔成幾個獨立的單室，每個單室均設(shè)有人孔蓋、底閥總成。
因為車輛行駛時，液罐中留有一定的空隙或未裝滿，液體在容器中前后、左右波動，若容器的容量很大，則波動的動能就很大，質(zhì)心的變化也就很大，將引起車輛軸荷的劇烈變化，嚴重影響汽車行駛的穩(wěn)定性。特別是液罐半掛汽車列車上坡行駛時，若容器較大而無隔板，液體流向容器的后部，結(jié)果使牽引汽車驅(qū)動軸的軸荷大大減少，降低了汽車列車的通過性，使牽引汽車的牽引力得不到充分的發(fā)揮，而下坡行駛時，又使液體流向容器的前部，同樣也造成牽引汽車的軸荷變化。
將大容量的液罐罐體分隔成幾個單室，可以改善上述情況，還可以在同一輛液罐車上同時裝運幾種不同的液態(tài)貨物。
罐體的每個單室容量的大小尚無統(tǒng)一標準，它取決于貨物的性質(zhì)及整個容器的總?cè)萘?。當容器總?cè)萘啃∮?0米3時，每個單室的容量應小于4米3。
圖2.13 隔板
（2）防波板：為了減輕汽車行駛中液體在容器內(nèi)的波動，罐體的每個單室中一般都設(shè)有防波板?？v向防波板是沿汽車縱軸線方向布置的，以減輕液體在容器內(nèi)左右波動；橫向防波板是沿汽車橫截面布置的，以減輕液體在容器內(nèi)的前后波動。
為了便于維修，橫向防波板上還開有直徑不小于550毫米的人孔，為了提高橫向防波板的防波效果，同一單室的兩個或兩個以上防波板上的人孔應交錯布置。
（3）防護框：防護框設(shè)在罐體的上部，其高度應高于頂端50毫米以上，以便于對加注油口、安全閥等上部裝置起保護作用；同時能使防護框內(nèi)的雨水或加注油時濺出的油料匯集起來，通過罐體前端的溢流管口流出，以免污染整個罐體外表面。
罐體底部的底閥座孔可以與放油管路連接形成運油車，也可以與油泵及連接管路連接形成加油車。
2.人孔蓋
人孔蓋裝在罐體上部人孔蓋孔上，大都采用螺栓固定，如圖所示。人孔蓋上設(shè)有加注口蓋，呼吸閥、連通氣管接頭、加油導管、裝滿報警器和觀察孔等。平常人孔蓋是不打開的，只有檢修內(nèi)部時才卸下緊固螺栓，拆下人孔蓋，便于工人出入檢修或清洗。
（1）加注口：圖所示的人孔蓋上兩個加注口蓋，每個加注口蓋均由各自的鉸鏈，加注口與其蓋之間墊有耐油橡膠墊圈，兩個加注口蓋內(nèi)側(cè)各焊有一個壓塊，蓋住加注口時，兩個壓塊相對但不相碰，靠壓桿壓住壓塊，進而壓緊加注口蓋，使之密封，并用鎖扣和鎖扣柄鎖住。鎖扣與鎖扣柄通過一根軸固定在一起，并與壓桿的活動端鉸接。
在使用過程中，由于橡膠密封墊的磨損或破裂造成漏油時，可以更換耐油橡膠密封墊。當鎖件等磨損造成密封不嚴時，可在壓桿與壓塊在接觸處，用一塊能消除磨損間隙并保證壓緊橡膠密封墊的鋼板鋼板焊在壓桿的下方，也可改變有關(guān)鉸支點位置的方法來修復。
（2）通氣管：通氣管又稱排氣管，其一端用鉸接頭固定在罐體上部單室的前端或后端，其另一端用鉸接頭固定在人孔蓋上，從而通氣管便連通了每個單室兩端和人孔蓋。通氣管的作用是當向容器的每個單室加注液體時，排出單室兩端角部位的空氣，也可將兩個單室連通起來，使兩個單室共用一個呼吸閥。該通氣管一般是用無縫鋼管焊上鉸接頭制成的。
（3）加油導管：加油導管裝在加注口的下方，它是作用是縮短加注口與罐體底之間的距離，當燃油進入罐體內(nèi)使加油導管淹入油液中，避免加油時的飛濺現(xiàn)象，從而減少或消除加油時所產(chǎn)生的靜電。
（4）呼吸閥：呼吸閥又稱安全閥，如圖2-7-6所示。該閥能自動調(diào)節(jié)容器內(nèi)的壓力，使壓力保持在一定范圍之內(nèi)。這樣既能保護液罐，又能減少易揮發(fā)油液的揮發(fā)損失。
呼吸閥由吸氣閥和排氣閥兩部分組成。吸氣閥2和排氣閥4為兩個安裝方向相反的單向閥。吸氣閥受氣體的作用面積小，其彈簧7的剛度也小，開啟的壓力較低，一般為4.9千帕~9.8千帕；排氣閥受氣體的作用面積大，其彈簧8的剛度也大，開啟的壓力較高，一般為14.7千帕~24.5千帕。當容器內(nèi)的氣體壓力低于4.9千帕~9.8千帕，吸氣閥在容器內(nèi)外壓差得作用下，克服彈簧7的彈力而打開，吸入部分空氣，使容器內(nèi)的壓力升高到正常值，吸氣閥關(guān)閉；當容器內(nèi)的氣體壓力由于揮發(fā)量增大或溫度升高而超過14.7千帕~24.5千帕時，排氣閥在容器內(nèi)外壓差的作用下，克服彈簧8的彈力而打開，排出容器內(nèi)的部分氣體，使容器內(nèi)的壓力降至正常值。
呼吸閥的閥體1用鎳鎘不銹鋼制造，其余零件也均用不銹耐酸鋼制造，以防生銹。中小型油罐一般各個單室共裝一個呼吸閥，而大型油罐每個單室各裝一個呼吸閥。
呼吸閥的吸氣壓力和排氣壓力分別由調(diào)整螺母9和10來調(diào)整。密封圈3破損或發(fā)脹可以更換。銅絲網(wǎng)5沾滿油污時可以清洗或更換，保證其通氣。應經(jīng)常檢查呼吸閥的工作情況，確保其工作靈敏可靠。
圖2.14 呼吸閥
（5）裝滿報警器：裝滿報警器也裝在人孔蓋上，如圖2-7-7所示。當罐體內(nèi)的液面高度變化較快時，氣體便由排氣管2通過雙音哨3而發(fā)出響聲。當液面達到額定高度時，浮球1隨液面浮起面堵住排氣管2，哨聲停止，從面起到裝滿報警的作用；當罐體內(nèi)的液體卸空時，哨聲也停止。
圖2.15 裝滿報警器
底閥是液體排出或吸入液罐的控制閥，罐體的每個單室的底部都裝有一個底閥，底閥的結(jié)構(gòu)型式與罐車的類別（如運油車或加油車）及所裝運的貨物有關(guān)。底閥的操縱形式有手動、起動、電動和液動等。手動的簡單可靠，大都選用這種操縱形式。罐體的底部還設(shè)有沉淀槽和排污閥，可根據(jù)情況不定期地打開排污閥，放掉沉積在沉淀槽中的污物。
3.靜電消除裝置
為了消除油罐車在加油、放油和運油過程中產(chǎn)生的靜電，防止靜電引起火災，保證安全生產(chǎn)，油罐車均設(shè)有多種靜電消除裝置。
拖地膠帶或鏈條：拖地膠帶或鏈條均設(shè)在油罐車的尾部，是隨車必備裝置，常稱接地鏈。其一端與罐體相連接，另一端拖地，在使用過程中絕對不允許將拖地膠帶或鏈條離開地面，以消除油罐車在行駛過程中產(chǎn)生的靜電。當拖地膠帶或鏈條使用一段時間而被磨短時，可將車架后段的固定螺栓松開，將拖地膠帶拉出一段，或?qū)⑼系劓湕l放出幾節(jié)。如果拖地膠帶或鏈條使用到不能再延長時，應及時更換或再接上幾節(jié)鏈條。
4.防火消音器
油罐車裝用的防火消音器直接裝在汽車前保險杠的下面，使發(fā)動機的排氣經(jīng)過該防火消音器，確保油罐車安全防火。若使用普通汽車所裝用的消音器，使用時必須在排氣口加裝防火帽。
第3章 取力器的設(shè)計
3.1取力器的工作原理
取力器就是一組變速齒輪，又稱功率輸出器，一般是由齒輪箱、離合器組合而成，與變速箱使用齒輪連接，與舉升泵是軸連接，是變速箱里的一個單獨的檔位，掛上這一檔，一加油門，舉升泵就可以運轉(zhuǎn)了。舉升泵是一個液壓裝置，舉升車箱，實現(xiàn)自卸功能。自卸車、消防車、水泥攪拌車、制冷等需要額外動力的專用車輛，是通過取力器獲取的，取力器是裝在變速箱外側(cè)的附加裝置（水泥攪拌車的取力器是在離合器外殼上），它從變速箱的某個齒輪獲取動力。這個動力的接通或斷開是通過駕駛室內(nèi)的一個電磁伐來控制的。由取力器帶動高壓油泵供自卸車；帶動水泵供消防車；帶動壓縮機供制冷車；帶動液壓馬達旋轉(zhuǎn)攪拌罐。
取力器一般是連接傳動軸或者直接跟齒輪泵相連，在國內(nèi)一般是接傳動軸，很少有人設(shè)計跟齒輪泵直接連接，在 歐洲、北美，由于取力器的設(shè)計多樣，種類繁多。取力器生產(chǎn)廠家（例如：意大利 Hydrocar、PZB公司、美國Muncie公司等）在取力器輸出端設(shè)計了不同的接口，滿足不同類型的接口需求。常用的輸出接口形式有：DIN 5462、SAE"B"2&4、SAE"C"2&4等，輸出法蘭形式一般是：DIN20、DIN10、SP1300、SP1400等。在歐洲D(zhuǎn)IN 5462接口非常常見，齒輪泵的生產(chǎn)廠家都會按照這個接口來設(shè)計，為了和取力器完美相接，省了中間的傳動軸，減少了空間。
國內(nèi)的取力器多數(shù)用在自卸車上，所以對取力器的要求比較單一。在歐洲、北美,由于特種車對取力器的要求很高，取力器生產(chǎn)廠家會設(shè)計多輸出端的取力器,或者帶離合器的取力器，取力器的控制方式也多樣，有：機械控制、液壓控制、氣控、真空源控制、電控等，其中氣控比較常見。
近年來，由于中國商用車市場的迅猛發(fā)展，一些國際上專業(yè)的取力器制造商，如：意大利英特帕普也登陸到了中國。隨著時間的發(fā)展，中國的取力器也會越來越多樣化，專業(yè)化。
取力窗口通過變速箱中間軸上的高擋齒或倒擋軸上的倒擋齒取力。在汽車取力器中使用最為廣泛。 總體結(jié)構(gòu)：有一軸式、兩軸式、三軸式、帶副箱式、單操縱雙輸出式和雙操縱雙輸出式等幾種形式。其中以兩軸式結(jié)構(gòu)最為普遍；一軸式結(jié)構(gòu)最為簡單；三軸式主要用于輸出有雙速異向用途的取力器，如越野車絞盤取力器；也有原為一軸式或兩軸式后為改變輸出軸旋向而增加一軸新成為兩軸式或三軸式；帶副箱式主要是在原取力器基礎(chǔ)上進一步增速或減速，以擴展其使用性能；單操縱雙輸出式的兩輸出可同軸也可不同軸，但由同一操縱機構(gòu)同時控制；雙操縱雙輸出式的兩輸出可同軸也可不同軸，但由不同的操縱機構(gòu)獨立控制。 二.后端取力器 后端取力器是在變速箱后端通過變速箱副軸軸端來取力的取力器，它具有輸出扭矩大等特點，在重型汽車變速箱上應用較普遍。 總體結(jié)構(gòu)：有一軸式、兩軸式、三軸式等幾種形式。一軸式直接輸出，結(jié)構(gòu)簡單可靠；兩軸式可一定范圍調(diào)整速比和輸出位置，應用較廣泛；三軸式主要用來調(diào)整輸出位置，應用 不太普遍； 三.夾心式取力器 夾心式取力器又稱前夾式取力器或一軸上取力器，系夾在變速箱殼與離合器殼之間并在變速箱一軸上取力的一種多軸齒輪箱，具有傳輸功率大、使用可靠等特點，用在輕、中、重型車底盤上，可改裝消防車和高壓清洗車等車型。 四.全功率取力器 全功率取力器又稱傳動軸取力器或分動器，系通過傳動軸安裝在變速箱與后橋之間并設(shè)有取力輸出裝置的一種多軸齒輪箱，它在使用時可通過變速箱檔位調(diào)整取力輸出轉(zhuǎn)速，具有傳輸功率大、通用性較強、使用可靠等特點，用在輕、中、重型車底盤上，可改裝混凝土輸送車、高壓清洗車和油田固井車等專用車。
3.2取力器的分類
少量專用汽車的工作裝置因考慮工作可靠和特殊的要求而配備專門動力驅(qū)動外(例如部分冷藏汽車的機械制冷系統(tǒng))，
絕大多數(shù)專用汽車上的專用設(shè)備都是以汽車底盤自身的發(fā)動機為動力源，經(jīng)過取力器，用來驅(qū)動齒輪液壓泵、真空泵、柱塞泵、輕質(zhì)油液壓泵、自吸液壓泵、水泵、空氣壓縮機等。
取力器在專用汽車的設(shè)計和制造方面顯得尤為重要。
根據(jù)取力器相對于汽車底盤變速器的位置，取力器的取力方式可分為前置、中置和后置基本型式。
1．前置式
（1）發(fā)動機前端取力
發(fā)動機前端取力是一種常用的型式，一般都是由正時齒輪室或由風扇、水泵的皮帶輪輸出，例如氣剎制動系統(tǒng)中的氣泵，某些專用工作裝置所用的液壓馬達等。
由于該方式的取力器到專用裝置的距離較長，且需要轉(zhuǎn)換傳動方向，若采用機械傳動其結(jié)構(gòu)就很復雜，因此一般采用液壓傳動。
例如：長頭式汽車底盤改裝的大型混凝土攪拌運輸車。
圖3.2 液壓傳動
1-發(fā)動機，2-變速器，3-油泵，4-液壓馬達，5-減速器，6-鏈傳動，7-滾筒
（2）發(fā)動機后端取力
發(fā)動機后端取力一般都是在飛輪處。如圖是一種飛輪取力的布置方案，在飛輪前端的齒輪，通過中間軸齒輪傳動取力器齒輪，從而驅(qū)動取力器的輸出軸。
這種取力方式的優(yōu)點是不受主離合器控制，但因改變了曲軸末端的結(jié)構(gòu)，對于平衡會有一些影響。這種布置在機場消防車上有所應用。
圖3.3發(fā)動機后端取力
1-發(fā)動機，2-取力器，3-水泵離合器，4-水泵，5-變速器，6-主離合器
3．夾鉗式取力器
圖3.4為夾鉗式取力器獨立總成結(jié)構(gòu)圖，安裝在主離合器和變速器之間。
由圖中可以看出：原變速器中的第一軸被取力器中的長柄齒輪軸和連齒軸所代替。安裝時，長柄齒輪軸7支承在發(fā)動機飛輪中心，而連齒軸9則作為改裝后的變速器第一軸。這種取力方式在消防車上應用較多。
圖3.4 夾鉗式取力器
1-法蘭，2-轉(zhuǎn)速表渦輪，3-輸出軸，4-齒輪，5-中間軸，6-齒輪，7-長柄齒輪，
8-滾針軸承，9-連齒輪，10-主動齒輪，11-離合套，12-甩油盤，13-油底殼，
14-冷卻管固定螺栓，15-蛇形管
2．中置式
（1）變速器上蓋取力
這種布置方案是改制原變速器的上蓋，將取力器疊置于變速器之上，用一個惰輪和變速器 的第一軸輸入齒輪常嚙合，再由該惰輪將動力傳給取力器的輸出軸，如圖所示。
和前述的幾種取力器一樣，這種取力器同樣有與發(fā)動機同轉(zhuǎn)速輸出的特點，因而適合于需要有高轉(zhuǎn)速輸入的工作裝置。
圖3.5 變速器上蓋取力
1-齒輪軸，2-離合齒套，3-花鍵軸，4-蝸桿，5-渦輪，6-離合手柄，7-法蘭，
8-變速器第一軸，9-撥叉，10-拉桿，11-取力器殼體，12-惰輪，13-小齒輪
（2）變速器側(cè)蓋取力
變速器側(cè)蓋取力又可分為左側(cè)蓋取力和右側(cè)蓋取力。
由于在設(shè)計變速器時已考慮了動力輸出，因而一般在變速器左側(cè)和右側(cè)都留有標準的取力接口，也有專門生產(chǎn)與之配套的取力器廠家，因此這種取力器較常用。
但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)動機轉(zhuǎn)速。
圖3.6 變速器側(cè)蓋取力
1-氣缸，2-活塞，3、4-O型密封圈，5-活塞桿，6-彈簧，7-撥叉，8-滑動齒輪，
9-接齒輪，10-油封，11-輸出軸，12-滾針軸承，13-中間齒輪，14-外殼，15-定位銷，16-十字軸，17、21-傳動軸，18-泵架，19-彈性柱銷聯(lián)軸節(jié)，20-液壓泵，22-連接套筒
（3）變速器后端蓋取力
圖3.7為某種變速器后端蓋取力器。動力由變速器輸出軸取出。
圖3.7 變速器后端蓋取力
1-發(fā)動機，2-主離合器，3-變速器，4-取力器，5-水泵
3．后置式
（1）分動器取力
對于有分動器的汽車底盤，可用這種取力方式，如混凝土攪拌運輸車。
從取力器到專用工作裝置之間的動力傳遞可由機械傳動或液力傳動完成。機械傳動的主要部件是萬向節(jié)和傳動軸，設(shè)計時應保證傳動軸兩端萬向節(jié)的夾角a相等，并盡量減小夾角a。
機械傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠、制造和使用成本低、使用和維修方便。
液力傳動的主要部件是液壓泵和液壓馬達，其主要特點是動力傳遞布置容易、操縱方便、可實現(xiàn)無級變速和長距離傳遞、且能吸收沖擊載荷。
圖3.8 分動器取力
1-取力操縱桿，2-取力輸出軸，3-分動器輸出軸（接后橋），
4-分動器輸出軸（接前橋）
（2）傳動軸取力
傳動軸取力是將取力器作成獨立總成，設(shè)置于傳動軸之間。圖為其中的一種結(jié)構(gòu)形式。
圖3.9 傳動軸取力
1-發(fā)動機，2-離合器，3-變速器，4-取力器，5-水泵
3.3取力器的參數(shù)
本次設(shè)計采用后置式同步器取力器。
變速箱型號：CA9T160
取力器型號：4207010-369
取力器規(guī)格：400×240×200（cm）
各檔位傳動比：Ⅰ=12.961
Ⅱ=9.696
Ⅲ=7.369
Ⅳ=5.538
Ⅴ=3.846
Ⅵ=2.521
Ⅶ=1.916
Ⅷ=1.44
Ⅸ=1
輸出方式及連接尺寸：內(nèi)花鍵6齒均布，大徑：Ф25，小徑：Ф21
最大輸出扭矩：152Nm
輸出速比：1.026
輸出旋向：與發(fā)動機旋向相同
取力器位置：后側(cè)
取力器操縱方向及接口尺寸：單向氣動式（端式管接頭CQ63010）
結(jié) 論
通過此次多倉油罐半掛車的設(shè)計，可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計的過程中還有很多不完善的地方，比如說換氣閥沒有設(shè)計，連通的管路也沒有設(shè)計，車架的形式十分的簡單等。
經(jīng)過計算，此次油罐車的裝載量在48000L左右，能夠達到運輸?shù)牧康囊蟆?
致 謝
從開始選擇畢業(yè)設(shè)計題目到設(shè)計的初步完成，在此期間我們面對了很大的挑戰(zhàn)，同時我們也抓住機遇，通過此次的設(shè)計，一方面使得我們的知識更加系統(tǒng)和完善，將四年的知識梳理整合成一體的知識網(wǎng)絡，另一方面也是的我們在面對困難的時候能夠靜下心來，認真研究，并尋找解決問題的方法，這對我們來說是一種鼓勵更是一種鞭策。
設(shè)計完成之際，我首先要感謝我的課題老師，吳老師總是耐心的給我們解答問題，遇到設(shè)計中的難題，吳老師能夠在我們迷茫的時候指點迷津，在方案的選擇和設(shè)計方面提出很多寶貴的意見。感謝吳老師的悉心輔導。
同時也要感謝所有的老師對自己的教育、指導和培養(yǎng)。
最后感謝我的同學在我畢業(yè)設(shè)計過程中對我的鼓勵、支持和幫助。
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