工程洒水车设计(五吨载重量)变速器改造设计和校核(新).pdf

1 工程洒水车设计（五吨载重量）变速器改造设计和校核 摘 要 伴随着现代物流的加快，专用车已成为我国汽车发展的一个重要方向，国家每年对城市专用车的需求量正在加大，市场对专用车产品技术含量和附加值的要求越来越高，而洒水车作为一种城市洒水和公路养护的专用作业车辆，对其功能和性能的要求也越来越高。本次设计的内容是五吨载重量工程洒水车的设计（改装），其中重点介绍和研究分析洒水车总体布置及变速器的改装设计。本次洒水车的设计通过增加底盘原有变速器一、二档的传动比来增大扭矩；然后通过取力器从变速器中间轴常啮合齿轮取力，通过传动轴来带动水泵工作。水泵通过安装在底盘车架上的水箱总成和管路总成，根据作业工况的不同进行喷洒作业。变速器一、二档传动比主要是根据洒水量而设计的。一档传动比的改变主要是适应于洒水量多的作业工况，因为一档传动比大，车速慢，在水箱容积和洒水宽度不变的情况下，洒水距离短，洒水量就多。而二档传动比的改变主要是适应于洒水量少的作业工况，因为二档传动比相对小些，车速快，在水箱容积和洒水宽度不变的情况下，洒水距离长，洒水量就相应的变少。关键词：洒水车，底盘，变速器，取力器，洒水量 2 REBUILT DESIGN AND CHECK OF TRANSMISSION OF ENGINEERING SPRINKLER (5 TONS DEADWEIGHT)ABSTRACT Along with the acceleration of modern logistics,special cars have become an important direction of the vehicle development.Every year,the demand of city-special cars is growing,markets products dedicated to the technological content and added value of the increasingly high demand,and as a city and highway maintenance sprinkler special operations vehicles,its functional and performance requirements have become more sophisticated.This design is the five tons projects street sprinkler design(reequipment).And the key introduction and research analysis is general arrangement and the transmission gearbox reequipment design.The design for sprinkler can mainly increase torque by increasing the transmission ratio of the first and the second stall of original transmission on the basic of the chassis.Then take-power transmission devices from the intermediate shaft normally engage gears,through the drive shaft drive pump working work.Through the installation of pumps to the chassis frame assembly on the tank and piping assembly,operating under different working conditions for spraying operations.Design of transmission ratio of the first and second stallof transmission depends on the quantity of spraying water.The first stall transmission ratio change is mainly adapted to the sprinkler volume of operating conditions,as a stall transmission ratio,slow speed,volume in tanks and sprinkler width of the same circumstances;a short distance from the sprinkler,sprinkler volume is high.And the second stall transmission ratio change is mainly adapted to the less 3 watering working status,because two stalls drive more than a relatively small,rapid speed,volume in tanks and sprinkler width of the same circumstances,a long distance from the sprinkler,sprinkler volume corresponding decrease.KEY WORDS：sprinkler,chassis,transmission,power-take,sprinkler volume 4 目 录 第一章前言.1 第二章 洒水车的总体设计.3 2.1总体设计要求.2.2各总成的布置或参数要求.第三章 车架的改装设计.11 第四章 管路总成的设计.25第五章 水罐总成的设计.28第六章 变速器的改装设计.30 6.1 一、二档传动比的确定.30 6.2 齿轮齿数的确定.33 6.3 变速器轴直径选择与校核.37 6.4 变速器齿轮校核.43 6.5变速器轴键选择与校核.48 第七章 取力器的设计.50 第八章 成本估算.55 第九章 结论.56 参考文献.57 致谢.58 5 第一章 前言 随着中国国民经济的飞速发展，特殊行业的发展已日渐成熟，而且伴随着现代物流的加快，专用车已成为我国汽车发展的一个重要方向，国家每年对城市专用车的需求量正在加大，专用车市场正蕴涵着巨大的商机。由于市场对专用车产品技术含量和附加值的要求越来越高，近年来，一些高新技术开始在重型专用汽车上得到应用，一些能够满足特殊功能要求的重型专用车底盘被开发研制。不论是液压举升装置、排料卸料装置、计量测量装置、机械作业装置，还是制冷保温装置、安全防护装置、自动控制装置、作业监视装置；不论是各类缸、泵、阀、仪表等总成，还是各种箱体、罐体等车身结构，均在重型专用汽车上得到了广泛应用，在一定程度上满足了新形势下用户对重型专用车产品的多样化需求。公路条件和专用车底盘生产的限制，我国专用汽车一直以中型车为主，重型专用车生产量的比例至今依然偏低。重型化、专业功能强、技术含量高的自卸车、散装水泥车、混凝土搅拌车、高空消防车、压缩式垃圾车、洒水车、市政用车、油田专用车等重型专用车在一定时期将持续成为需求热点。面对专用车市场的巨大发展空间，为满足市场和用户需求，只有努力构建快速应变型的研发、制造体系，不断创新，在产品研发、生产能力、制造质量方面始终保持领先，才能在市场竞争中立于不败之地。国外发达国家洒水车起步较早，其技术和市场均十分先进和成熟，其中以美国、欧洲和日本为突出代表。这些国家的工程洒水车早已从只注重其功能性转向提高劳动生产率、降低人工劳动强度的智能化、多功能化方向发展，同时还十分注重其专用底盘性能的可靠、技术先进性，专用装置最大限度发挥其功能，因此大量的先进技术被移植到洒水车上。零件设计标准化、模块化，注重互换性设计，整车轻量化、多功能更环保的突出发展趋势，功能越来越多，技术越来越细腻，体积越来越精巧，产品自动化程度越来越高，是国外工程洒水车的现状特点。国内洒水车发展较晚，受相应技术和法规的限制，整体水平远落后于发达国家。整体表现为：产品做工不精良，性能不够稳定，防腐性差，多功能和自动化程度不高，外型不够美观。但近几年来也出现了新工艺、新材料应 6 用的新型环保洒水车，说明国内部分产商开始注重起整车的性能稳定和环保性，同时开始出现对国外先进技术的吸收，使新工艺、新材料的应用及机、电、液一体化成为今后发展的另一方向。7 第二章 洒水车的总体设计 作为洒水车设计来说，应该属于整车设计的范畴，所以本设计应该是以总体设计开头的，只有总体设计（总体布置）做好以后才能在其原则方案中进行其他部件总成的设计。2.1 总体设计要求 一、洒水车设计的要求：作为一种专用车，其设计也应该符合专用车设计的要求。专用车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此，在设计上除了要满足基本车型汽车的性能要求外，还要满足专用车功能的要求：1、专用车设计多选用定型的基本车型汽车底盘进行改装设计，一般选用二、三类底盘进行改装。2、专用车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配：设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受影响。3、专用车设计应考虑产品的系列化，以便于根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。对专用车零部件的设计，应该按“三化”的要求进行，最大限度的选用标准件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。4、对专用车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产特点，要更多地考虑通用设备加工的可能性。5、对专用车工作装置中的某些核心部件和总成，如水泵等，要从专业生产厂家中优选 6、要对一些重要的总成结构件进行强度校核。7、应满足交通安全法规，了解掌握行业相应的规范、标准。专用车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求：1、适用性：对各种专用改装车的总成应适用于汽车特殊功能的要求，并 8 以此为主要目标进行改装选型设计，例如各种取力器的输出接口。2、可靠性：所选的总成工作应可靠，出现故障的机率少，零部件要有足够的 强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。3、先进型：所选的底盘活总成，应该使得整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平，且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。4、方便性：便于安装、检查、保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。还有：汽车底盘价格，它是专用车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受；汽车底盘供货要有来源。二、总体布置的原则：专用车总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件，使取力器装置、专用工作装置、其它附件与所选底盘构成相互协调和匹配的整体，达到设计任务书所提出的整体基本性能和专用性能的要求。其原则是：1、尽量避免对底盘各总成位置的改变。2、应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分的发挥。3、应对装载质量、轴载质量等参数的估算和校核。4、应避免工作装置的布置对车型造成集中载荷。5、应尽量减少专用车的整车整备质量，提高其装载质量。6、应符合相关法规的要求。三、总体参数的要求：总体参数包括总体布置参数和整车性能参数，在选用时应考虑其专用功能、使用条件等因素。外廓尺寸属于总体参数，我国法规规定：车辆高不超过 4m，车宽不超过2.5m，外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过 250mm，车长货车不超过 12m。轴距和轮距是影响汽车基本性能的主要尺寸参数。轮距则对汽车的机动性和横向稳定性有较大的影响，减少轴距可提高其通过性，但轴距过短，将导致制动或上坡时轴载质量转移增大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏。质心位置及轴载质量的分配。在选择洒水车的质心位置及轴载质量时应满足 以下条件：轴载质量不得超过法规的规定。根据 JT701-88公路工程技术标 9 准对各种汽车的轴载质量规定如下：表2-1 汽车最大总质量（Kg）10000 15000 20000 30000 前轴轴载质量（Kg）3000 5000 7000 6000 后轴轴载质量（Kg）7000 10000 13000 2 42000 取力器传动比应根据水泵的转速、功率、和发动机外特性来选择，在满足水泵所需功率的前提下，选择较低的发动机转速和较高的发动机功率，这样发动机的燃油经济性会比较好。四、主车架改装注意事项 水罐总成是洒水车上一重要部件，它的装配要对主车架进行一些改装。而主车架是受载荷很大的部件，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行驶的动载荷，为了保持主车架的强度和刚度，在改装主车架的时候需要注意一些基本的事项，具体要求如下。在主车架上钻孔和焊接时，应避免在高应力区钻孔和焊接。主车架的纵梁高应力区在轴距之间纵梁的下翼面和后悬上翼面处。因为这些部位受力较大，钻孔容易产生应力集中。对于主车架纵梁高应力区以外的其余的地方需要钻孔或焊接时，应注意尽量减少孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和规范如下表所示：10 ABC 图2-1 表2-2 尺寸 重型车 中型车 轻型车 孔间距 A 70 60 50 B 50 40 30 C 50 40 30 孔直径 15 13 11 禁止在纵梁的边、角区域钻孔和焊接，因为这些区域极易引起车架早期开裂，严禁将车架纵梁和横梁加工的翼面加工成缺口形状。按照以上的要求，吨的的洒水车属于轻型车，在改装主车架的时候严格遵守以上的规范，保证主车架的强度和刚度。2.2 各总成的布置或参数要求 一、底盘的选取 洒水车目前市场上还没有为之专门生产的专用底盘，故选用定型汽车二类底盘进行改装。根据任务书，要求设计五吨载重量的工程洒水车，而市场上现有汽车厂商供应的通用二类底盘中，有中国一汽、东风等汽车厂商的平 11 头、长头类五吨汽车通用底盘。长头货车的优点有：发动机及其附件的接近性好，便于检修；满载时前轴负荷小，有利于在坏路面上行驶时提高其通过能力；发动机的噪声、气味、热量和振动对驾驶员影响小；正面碰撞时，驾驶员及前排乘员受到的伤害比平头货车好得多。缺点是：总长及轴距较长，转弯半径较大，机动性不好；整备质量大；驾驶员的视野不如平头货车；面积利用率低。平头货车的优点是：机动性好；整备质量少；视野宽；面积利用率高。缺点是：空载时前轴负荷较大，在坏路面的通过性变坏；进、出驾驶室不如长头货车方便；发动机的工作噪声、气味、热量和振动对驾驶员等均有较大影响；正面碰撞时，易使驾驶员和前排乘员受到严重伤害的可能性增加。为秉承以人为本的原则，增强驾驶员和乘员的舒适及安全性，本设计选用长头式货车进行改装设计。经查资料筛选，选取东方牌 EQ140 中型载货汽车底盘。东风 EQ140 货车底盘的上户吨位为五吨，相关尺寸和技术参数如下：1、一般数据：驱动型式 4 2 发动机位置 前置 驾驶室型式 长头、全金属封闭式 驾驶室座位数 3 装载质量 5000kg 汽车质量及轴荷分配：空车质量 4080kg 前轴 1930kg 后轴 2150kg 外形尺寸：总长 6910mm 12 总宽 2170mm 总高 2370mm 轴距 3950mm 轮距 前轮（沿地面）1810mm 后轮（双胎中心线间距离）1800mm 最小离地间隙 265mm 2、使用数据：最高车速 90km/h 最大爬坡度 1538（28）3、发动机参数：最大功率 135PS/3000r/min 最大扭矩 36kgfm/1200-1400r/min 4、底盘结构参数：变速器：型式与排挡数 五个前进挡、一个倒车挡，二、三、四、五挡装 有锁销惯性式同步器 各挡变速比：一挡 7.31 二挡 4.31 13 三挡 2.45 四挡 1.54 五挡 1.00 倒挡 7.66 排挡位置 驱动桥减速比 6.33 车架 结构型式 边梁式 纵梁断面尺寸 235 80 6.5 车架上平面离地面高度 805mm 车架纵梁宽 861mm 轮胎 型式 子午或普通帘线宽轮车用轮胎 规格 9.00-20-10 气压 前轮 普通轮胎 4.0kgf/2cm,子午轮胎 4.5 kgf/2cm 后轮 普通轮胎 5.3kgf/2cm,子午轮胎 5.5 kgf/2cm 14 轮辋 7.0-20等辐盘式 二、变速器参数的要求 由于洒水车洒水量的要求，原装底盘的变速器的相应挡位下的速度是不能满足其要求的，所以要对原变速器的一、二挡（洒水工作挡）进行速比改装设计。洒水车变速器改装的目的就是要根据洒水量的要求，通过增加原变速器一、二档的传动比，从而降低车速，通过取力器给泵提供功率，达到洒水的目的。三、取力器参数的要求 取力器是水泵的动力传递源，它由变速器传出的速比及扭矩同样关系到整车洒水工作性能能否达到任务书的要求。一般取力器的布置有前置式、中置式、后置式，本设计则确定采用中置式，即取力器布置在变速器的上，从变速器的中间轴上取力。取力器的最终传动转速要求为 1000 r/min,即水泵要求的转速。四、水罐参数的要求 水罐的容积关系到本车设计要求的装载水的吨位问题，所以要对它的要求是上户吨位为五吨，实际要求为 5-8吨。由于所选车型底盘的特点，要求水罐在保证装载容积的前提下，其长度不超过 3940mm，宽不能超过 2500mm，它置于底盘之上时的高度不能超过 4000mm.其联接副车架应与管道系统的走向进行相应的配合，开出水管通过的口子。五、管道系统的布置及要求 洒水车要求前面有能向两边同时提供路面冲洗的喷头，后部要求有位于车两边的同时提供喷水的喷头；以及一个能提供可以在喷射柱状和雾状水之间进行调节的射程大于 20m的人工操作水炮（喷枪），使其能提供冲洗、雾化喷药、和消防功能。15 第三章 车架的改装设计 车架的改装设计要求对整车的质心进行确定从而进行轴载质量的校核，车架强度的校核，后悬架强度校核及轮胎负荷的校核；还包括对相应与车架联接部件的联接设计。3.1整车质心的计算 3.1.1 各总成质量的估算 一、作台质量的估算：（1）工作台底板选用 GB3277-1991 扁豆花纹钢板，其厚度mm0.5，其理论质量为2/5.40mkgW,则其质量为 kgm7.45105.402)8080190550(1030100061（2）工作台护拦钢管选用 GB13793-1992 直缝电焊钢管，小管外径D=15mm，厚度mm0.1，其理论质量mkgW/345.0；大管外径 D=25mm，厚度mm0.1，其理论质量mkgW/592.0，则其质量为 592.0)103.1175.0995.023.027.0473.0(2m 34.0)3.019.027.02535.069.0(kg06629.625925.180704.4（3）工作台支撑梁选用 GB6723-1986 冷弯等边槽钢，腰高 H=180mm，厚度mm0.4，翼宽 B=80mm，其理论质量为mkgW/184.10，长 L=750mm，两根，其质量为 kgm276.15184.10275.03 则工作台的总质量为 kgmmmm1.67276.1506629.67.45321 其质心位置定于距工作台尾部边缘 400mm 的中心线上。二、水罐质量的估算：水罐外型为椭圆状截面，其长轴 a=2000mm,短轴 b=1200mm,水罐长mml3740,厚 t=6mm。16 其体积为：12002000)121200)(122000(43740)2)(2(441abtbtalablV 31132.0m 边缘封板及隔板体积：320452.061200200044mabtabtV 水罐采用 Q235 钢板制造，其密度是3/85.7cmg 水罐质量为 kgVVVm44.1243)0452.01132.0(1085.7)(3211 水罐总成的质量是水罐加上副车架和工具箱的质量，取其他部分质量为75kg，则水罐总成的质量为：kgm44.13187544.1243 3.1.2质心的计算与轴载质量的分配 由于选用的 EQF140 型底盘提供的数据资料是其原装货车的参数，故得分别对其原车和除去货抖之后的质心及轴载质量进行计算和校核 rearfront 图3-1 空车的载荷分布如图 2-1 所示，其中，汽车货抖质量 G21000kg，汽车底盘质量 G13080kg，前轴承载质量 N1=1930kg,后轴承载质量 N2=2150kg,货抖质心距后轴轴线水平距离 x2=1970mm,底盘质心距后轴轴线水平距离为 x1,17 轴距 L=3950mm。由力矩平衡得 LNxGxG12211 得 mmGxGLNx18363080197010003950193012211 去掉货料之后的底盘轴载质量分配情况如下：rearfront 图3-2 由力矩平衡得 111xGLN 得 kgLxGN1432395018363080111 kgNGN164814323080112 18 表 3-1 洒水车各总成、部件位置及自身物理特征参数：序号 总成名称 0im（kg）iy（mm）ix（mm）1 3人+随车工具 653+15=210 1222 1034 2 底盘 3080 840 2114 3 水罐总成 1318.44 1710 3140 4 工作台总成 67.1 841 5666 5 水泵总成 50 650 2300 6 取力器总成 30 800 900 7 备胎 170 500 4880 8 前部水管 18 550 650 9 水泵附近水管 15 940 2200 10 后部水管 25 840 5881 0im为各总成部件在装备好的质量，iy为各总成或部件质心离地面的高度，ix 为各总成或部件质心距前轴轴线的水平距离，加上额定装载质量的水5 吨后对其进行质心的计算和轴载质量的计算及校核。由以下公式可以求得整车的质心高度和水平位置：001iiimxml 00iiigmymh 示中：1l为整车质心距前轴的水平距离 gh为整车质心的离地面的高度 为保证汽车在行驶时的安全稳定性，不发生侧翻要求ghB2；保证汽车不发生纵翻，要求ghL2。其中：B 表示汽车的轮距 2L表示汽车质心到后轴中心的距离 gh表示汽车质心高度 表示路面附着系数，一般取=0.70.8 19 满足不发生侧翻和纵翻的质心高度要求。3.2车架的改装设计 3.2.1车架联接件的设计 一、水泵支座联接的设计与强度校核：1螺栓结构的设计：采用如图 2-3 所示的结构，螺栓数 z4，对称布置。图3-3 2.确定螺栓直径 选择材料为 Q235，性能等级为 4.6 级的螺栓，由机械设计查得材料的屈服极限240sMpa，查得螺栓联接在静载荷情况下，M6M16 的安全系数 S=54，取 S=4，故螺栓材料的许用应力=Ss=4240=60Mpa。根据公式3.1421Fd可以求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径1d）为 3.1421Fd=609002.5803.14=4.003 mm 考虑到洒水车行驶至有一定不平度的路面产生颠簸冲击，故应适当选用大的螺栓尺寸，按照粗牙螺纹标准（GB196-81），选用螺纹公称直径为 d=12 20 mm（螺纹小径1d=10.106 mm4.003 mm）3 校核螺栓组联接接合面的工作能力.联接接合面上端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎。联接接合面下端应保持一定的残余应力，以防止支座受力时接合面间产生间隙，即 WMFCCCzFAhmbbp)(10min0 4校核螺栓所需的预紧力是否合适 对碳素钢螺栓，要求10)7.06.0(AFs 已知MPas240，22211214.80106.1044mmdA，取预紧力下限，即NAs8.11550214.802406.06.01 要求的预紧力175.5710F N，小于上值，故满足要求。每组两个螺母 GB6170-86 M12 选取螺栓 GB5782-86 M1245 选取两个螺母与螺栓配套，既可以省去考虑垫圈的程序，也可以实现对顶螺擦防母的摩松。二、水泵进出口附近水管支架联接的设计与强度校核 1结构的设计：采用如图所示的结构,螺栓数 z=2 WMCCCzFAmbbp)(10max 21 G 图3-4 2螺栓的受力分析：（1）在总载荷F的作用下,螺栓组联接承受以下的力和力矩的作用：由于此处附近水管有三处分别与水泵进水口、水罐、车架相连，可视为定位和固定，使得水管对螺栓组无轴向力的施加，而只受横向力（作用于接合面，垂直向下）和倾覆力矩（顺时针方向）。（2）在倾覆力矩 M 的作用下，上面螺栓受到加载作用，而下面的；螺栓受到减载的作用，故上面的螺栓受力较大。（3）在横向力vF的作用下，底板联接接合面可能产生滑移，根据底板不发生滑移的条件 vsmbmFKCCCzFf)(0 由 机械设计 查得接合面为轧制表面的摩擦系数3.0f,并取mbbCCC=0.2，则mbmCCC=8.01bmbCCC，取防滑系数sK=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为 NFCCCfFKzFhmbbvs294)08.03.01472.1(21)(10 22（4）上面螺栓受的总拉力为 NFCCCFFmbb2.3331962.029402 3.确定螺栓直径 选择材料为 Q235，性能等级为 4.6 级的螺栓，由机械设计查得材料的屈服极限240sMpa，由机械设计查得螺栓联接在静载荷情况下，M6M16的 安 全 系 数S=54，取S=4，故 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力=Ss=4240=60Mpa。根据公式3.1421Fd可以求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径1d）为 3.1421Fd=602.3333.14=3.03 mm 考虑到洒水车行驶至有一定不平度的路面产生颠簸冲击，故应适当选用大的螺栓尺寸，按照粗牙螺纹标准（GB196-81），选用螺纹公称直径为 d=12 mm（螺纹小径1d=10.106 mm3.03 mm）4校核螺栓组联接接合面的工作能力（1）.联接接合面上端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎 联接接合面下端应保持一定的残余应力，以防止支座 0 受力时接合面间产生间隙，即0minp，5校核螺栓所需的预紧力是否合适 对碳素钢螺栓，要求10)7.06.0(AFs 每组两个螺母 GB6170-86 M12 选取螺栓 GB5782-86 M1245 选取两个螺母与螺栓配套，既可以省去考虑垫圈的程序，也可以实现对顶螺母的摩擦防松。23 三、工作台支撑梁的联接设计与校核 螺栓组受力分析：由于工作台的结构知，工作台由两根支撑梁支撑，故可简化为对一根支撑梁进行分析。如图 3-5 所示，转矩为 mmNmgGT25.2118882/8.9350)256521.67(2/3502/)400750(作用在联接接合面内，在转矩 T 的作用下，接合面支撑梁的底板将绕通过螺栓组中心 O 并与接合面垂直的轴线转动。为了防止它的转动，可以采用普通螺栓联接，也可以用绞制孔用螺栓联接。其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同。采用普通螺栓，此时靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩 T。假设各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力均为 F，则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，并假设此摩擦力集中作用于螺栓中心处。为阻止接合面发生相对转动，各摩擦力应该与各该螺栓的轴线到螺栓组对称中心 O的连线（即力臂ir）相垂直。根据作用在底板上的力矩平衡及联接强度的条件，应该有 TKrrrrfFs)(43210 由上式可得各螺栓所需的预紧力为 ziissrfTKrrrrfTKF143210)(24 示中：f表示接合面的摩擦系数；ir表示地 i 个螺栓的轴线到螺栓组对称中心 O 的距离；z 表示螺栓数目；sK表示防滑系数，sK=1.11.3。O 图3-5 考虑到工作中由于路面不平造成的颠簸冲击力，根据粗牙普通螺纹标准（GB196-81），选 用 螺 纹 公 称 直 径mmd16(螺 纹 小 径mmmmd322.9835.131)。为达到防松效果选配两个螺母与一个螺栓组合。螺栓为 GB5782-86 M1655 螺母为 GB6170=86 M16 由专用车设计知，对车架钻孔的限制仅限于对车架承载区，由本车 25 底盘结构可知，工作台处在非承载区，故对于其要求的在承载区钻孔孔径10.46mm）,由于车架纵梁的结构与标准 U 型螺栓的样式不能匹配，故选用标准双头螺柱进行相应弯曲：GB-88 M20550-Q 3.2.2车架强度的校核：在所有总成都已经设计好以后，要根据他们各自的分布情况，对车架进行强度的校核。将前端横向水管、工作台处水管、水罐不计入整车时，对其进行轴载质量的分配计算得：1034210220015488017090030230050211430800iixm =7732860 kgmi355521015170305030800 35557732860001iiimxml 则后轴轴载质量为 kgLlmNi7.195739507732860102 其轴载质量系数为%1.5535557.195702imN 27 可见此时前后轴载质量分配是比较均匀的，所以在对车架进行强度校核时将车架简化为简单的模型，并作出如下假设：（1）、就以上述分布情况的底盘而言，其质量看成均匀分布于两纵梁的全长之上；（2）、两纵梁为支于前后轴间的简支梁；（3）、所有作用力均通过车架截面的弯心，而且不计局部扭转造成的影响。车架材料一般为 16MnL，因为前面已经考虑了动载荷，相当于考虑了其安全系数，所以只需用其屈服强度进行校核，其屈服强度为MPas353，则 弯曲应力s，满足强度要求。3.2.3后悬架的校核：在考虑了车架的强度校核之后，还应对汽车的后悬架进行相应的强度校核，因为这也关系到底盘本身的承载能力。而对本车后悬架的校核主要是对其钢板弹簧进行强的校核。本车底盘后悬架型式为：滑板式钢板弹簧（双凹钢板），装有副钢板弹簧。钢板弹簧的强度校核验算如下：汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在其前半段出项的最大应力为)/()(1220212122maxbhmGWllcllmG 式中：2G为作用在后轮上的垂直静负荷 2m为驱动时后轴负荷转移系数，货车2m=1.101.20，取 1.10 为道路附着系数，取 0.8 b为钢板弹簧的片宽 1h为钢板弹簧主片厚度 1l、2l为钢板弹簧前、后段长度 0W为钢板弹簧总截面系数 c为弹簧固定点到路面的距离 28 3.2.4后轮轮胎的校核：轮胎作为支撑整车的唯一部件，其承载能力关系到整车的一切功用和安全，所以要对其负荷能力进行校核。查得 9.00-20-10 普通轮胎的最大负荷质量为 2300kg，而后轴载质量为7116.9kg，则每个轮胎的负荷为 7116.9/4=1779.2kg，所以轮胎对此载重量的整车是完全有能力承载的。29 第四章 管路总成的设计 水罐水泵12345678abc 图4-1 管路系统如图所示 4.1 管路的工作原理 洒水车工作原理是，水从罐出口管出来通过三通球阀与水泵进口相连，水泵出水口通过各球阀与不同的洒水装置相连，实现不同的的洒水功能。详细操作步骤如下。4.水罐上水 4.1 消防栓供水 球阀 6打开，三通球阀 5的 c端打开，其他所有球阀皆关闭，在球阀 6的接头处接消防水带，水带另一端与地面上有水源的消防栓联接，然后打开地面上的消防开关。通过人孔观察罐内水位，将水罐加满水。4.2 水泵自吸 30 确认球阀 1、2、3、6、7、8及三通球阀 5的 b端处于关闭状态，球阀 4的接头与胶管一端连接，吸水管另一端（滤水器）放入水中。注意滤水器不应落入水源底部，以免杂质吸入。打开球阀 4，启动发动机，将取力器挂上档，带动水泵运转。此时水将由泵吸到管路进入罐内。通过人孔观察罐内水位，将水罐加满水。4.前喷水 打开球阀 7、8，只需要一边冲洗时，选择关闭 7或 8，三通球阀 5的 c向关闭，其他球阀皆关闭。水从罐内流出通过三通球阀进入水泵，再从出水口进入管道即可实施前喷水作业。4.后洒水 打开球阀 1和 2，三通球阀 5的 c向关闭，其它球阀皆关闭，即可实施后洒水作业。4.高炮喷水 三通球阀 5的 c向关闭，打开高炮枪管路上的球阀，其它球阀皆关闭，即可实施高空喷水。4.管路系统主要参数计算（1）水泵的选择 参考同类车型东风 EQ1092载重 5吨的洒水车，并结合洒水宽度、洒水量及洒水车作业时的速度，选定水泵型号为 65QZ-60/60。（2）管路内径的计算 管径主要取决于流量和流速，按水泵的最大流量 Q确定内径，即 31 3210QdmmV 式中 Q水泵的额定流量，603m/h；V水的常用流速，取 1.52m/s；（3）水路阻力损失计算 水路阻力损失p包括沿程阻力损失P和局部阻力损失P两分。本次设计中，90弯头 11 个、三通 8个、球阀 9个，三通球阀 1个，管子逐渐缩小有两处。下表为各种管路附件当量长度值。表4-1 管路附件当量长度（紊流时）单位m 名称 连接形式 材料 公称通径 DN100mm 90弯头 螺纹 钢 4.0 三通 螺纹 钢 5.2（全径）球阀 相当于球阀的公称长度 0.2 三通球阀 相当于 90弯头 4.0 管 子 逐 渐 缩小 两处 0.6 由计算比较可知，管路总的阻力损失远小于水泵出口压力，所以所选水泵比较符合要求。32 第五章 水罐总成设计 水罐采用钢板焊接而成，罐体能承受 20kpa 的气压而无泄漏，内装横向防波板，将罐体分隔成相通的几个舱，用于车辆行驶中水的动荡和冲击。罐体内壁涂防锈层，罐体上部设置有一个人孔和孔盖。两侧装有扶梯和工具箱等。罐体通过副车架固定在底盘车架上。水罐长度：3740mm 5.1 罐体形状及容积计算 一、罐体形状：采用椭圆形 采用椭圆形的优点是：椭圆罐形的受力状况、加工工艺、外观造型、综合性能最佳，可降低罐体自重 20%，增加罐体容积 50%，其罐内压力 p 小于0.1Mpa，重心降低，稳定性提高。经过国内外同类五吨洒水车水罐（椭圆形）长轴、短轴的对比 选取长轴：a=2000mm 短轴 b=1200mm 人孔尺寸为：圆形孔（直径）500mm 根据现有洒水车的车型确定罐体壁厚为：6mm 二、罐体容积 实际装水容积：5.99m3 5.2罐体材料以及防腐蚀处理 罐体材料：可用作罐体的材料种类较多，但是普通碳素钢板相对来说是比较好的。普通碳素钢板机械性能好，有足够的强度、韧性，焊接性和工艺性也好；价格便宜，还可作多种罐体材料。为了提高钢制罐体的耐蚀性和使用寿命，在罐体内表面要喷涂耐腐蚀材料或作防腐蚀处理，该水罐内表面采用涂锌的方法防腐蚀。5.3罐体强度的计算 33 罐体强度与选用的材质，罐体横截面形状、罐壁厚度、制造工艺以及使用工况等有关。由罐体内压引起的应力 罐体手内压作用所引起的应力可以按照壳体无矩理论计算。这种不承受弯矩的壳体也称薄膜，而在壳体内的应力称为薄膜应力。椭圆形截面罐体的薄膜应力按半径为 R 的大圆弧区和半径为 r 的小圆弧区分别计算。大圆弧区和小圆弧区的厚度可以相等也可以不相等。34 第六章 变速器改装与设计 汽车变速器具有这样几个功用：改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作；在发动机旋转方向不变情况下，是汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。洒水车变速器改装的目的是根据洒水量的要求而进行的，主要是通过增加原变速器一、二档的传动比，从而降低车速，通过取力器给泵提供功率，达到洒水的目的。6.1 一、二档传动比的确定 东风牌 EQF140型载货汽车的具体参数从有关手册查得如下：变速器:五个前进挡，一个倒车挡，一、倒、二、三、四、五挡装有锁环惯性式同步器.变速器一轴和二轴的中心距 A为 130mm.变速器各档传动比:表6.1 变速器各档传动比 1档