【文章內容簡介】 全掛車車架上，已開始將 縱 、橫梁制成箱形截面構件，這樣可使其抗扭強度大幅度提高，且可采用異型鋼管，利于制造。 (2) 大噸位全掛車 典型大噸位全掛車的牽引架與牽引車尾部的牽引聯(lián)接裝置相連以牽引掛車運動；牽引車轉向時，通 過牽引架、轉向系統(tǒng)，帶動前排軸實現(xiàn)軸轉向。制動系統(tǒng)與牽引車制動系統(tǒng)相連，當牽引車制動時，掛車能同步制動；掛車在斜坡上時可用駐車制動器實現(xiàn)斜坡駐車。車架上的載荷通過前后懸架分配到前后車輪上。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 12 在大噸位全掛車上已廣泛采用液壓技術，如液壓懸架、液壓轉向等，形成液壓全掛車。動力機組一般置于牽引車上，也可置于全掛車車架前端梁上，它由油箱、高壓油泵和發(fā)動機 (柴油機或汽油機 )等組成，通過高壓油罐與操縱箱接通。由于采用了液壓懸架，使貨臺能前后或左右傾斜，便于裝卸貨物；且同側油缸是互通的，當車輛在高低不平 的道路上行駛時，可以 保證同側的各軸輪胎同時和地面保持接觸。液壓轉向系統(tǒng)則可使列車實現(xiàn)全輪轉向，或在倒車和通過狹窄路段時的控制轉向。這些先進液壓技術的采用提高了全掛車的牽引動力性能和機動性。 重型掛車的分類 (1) 重型掛車的拼接組合 重型掛車具有多個輪軸在運送超重型貨物時，整車質量分配每一軸的負荷不應超過公路、橋梁等的允許載荷。如制成多軸重型掛車，采用單體掛車 （ 模塊單元車 ） 拼接組合方式更為經濟、合理。 模塊單元車是組合拼接的基礎車，按不同的軸荷、軸距、車寬形成幾種系列，以便根據各種需要組合成不同的全掛車。單元車軸數(shù) 分為 6 軸。對于一條軸線只有一根輪軸的單元車稱為半模塊單元車。 組合式或單元車全掛車用乘號相聯(lián)的兩個數(shù)字 ba? 來表示， a 為軸線數(shù)， b 為軸線的列數(shù)，也即每一軸線的輪軸數(shù)。 組合全掛車由模塊單元車拼接組合而成的全掛車。各模塊單元車既可縱向拼接，也可橫向拼接。 (2) 重型掛車的承載方式 重型掛車按承載方式分類，見表 。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 13 表 重型掛車的分類及說明 重型掛車 重型半掛車 配置多軸或半掛式臺車，以運送重載貨物 重型全掛車 重型平板掛車 以車架上的大型平 板承載，主要運送質量較集中的大件貨物。其行駛機動性較好，應用最廣泛 重型長貨掛車 由前后兩個帶轉盤的掛車組成，被運送的長件貨物將二者連接起來。長件貨物行駛中受力應有足夠的強度和剛度，它與掛車間有相對轉動和擺動。列車速度低，機動性較差 重型橋式掛車 由前后兩個帶轉盤舉升臺的掛車和其上架著的承載橋組成。承載橋中段放置超重貨物，如超過 400t 的發(fā)電機組等 全掛車的總體結構與設計 全掛車的總體結構特點 全掛車和半掛車的最大不同是汽車列車在運輸作業(yè)時，掛車的全部載荷由掛車承受，牽引 車只起牽引的作用。因此，全掛車的前支承為輪軸結構，且通常前軸設有轉向裝置，以減少輪胎的側滑、磨損和汽車列車的轉向阻力。 全掛車的總體尺寸及軸載質量分配 全掛車的總體尺寸應符合 JT310482《貨運掛車系列型譜》和JT310582《貨運全掛車通用技術條件》中所提出的要求。此外，在進行總布置時，還應考慮以下參數(shù)的確定。 （ 1）總體尺寸 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 14 圖 全掛車總體尺寸 普通全掛車總體尺寸如圖 所示。 對于裝載質量為 8t 或 8t 以下的全 掛 車 ， 其 車 架 兩 縱 梁 寬 度 mmB 1100? ； 前 、 后 輪 距 系 列 尺 寸mmBB 1 8 0 01 7 4 021 或?? ；鋼板彈簧中心距 mmB f 1 1 0 61 0 4 6 或? 。車箱寬度 aB 有： aBBa 23 ?? ………………………………………………………… () 3B —— 雙輪輪胎的外邊緣寬度（ mm）； a ——車箱寬度縮小值，可取 8～ 15mm； 滿載時輪胎和車架底面之間的距離 mmh 301 ? ；滿載時輪胎的凈跳動距mmh 1302 ? （ 輪胎）或 mmh 1202 ? （ 輪胎）。 對于欄板的中心立柱，當車廂總長 mmLa 4000? 時可不設置，當 mmLa 4000?時應設置。 (2) 前軸質量 前軸質量 m1可依據前軸質量分配系數(shù)來確定，即： bmm ??1 … ………………………………………………………… () bm —— 全掛車總質量（ kg）； 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 15 ? —— 前軸質量分配系數(shù)，可?。?~ )2( ??? L LL ka? aL 、 KL 、 L 如圖 所示。 2 液壓全掛車懸掛及車軸設計方案的建立 掛車的懸架 掛車懸架是將掛車車架與車軸（或車輪） 相連的全套裝置的總稱。其主要功用是傳遞作用在車輪和車架之間的各種載荷（承受各方向的力及力矩），并減少或消除由不平路面通過車軸傳給車架的沖擊和振動，以改善掛車行駛的平順性。 [2] 懸架的功用和組成 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的正常行駛。 現(xiàn)代汽車的懸架盡管有不同的結構形式，但是一般都由彈性元件、減振器 和導向機構三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時，這種沖擊力將達到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架和車身時，可能引起汽車機件的早期損壞，傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架（或車身）與車橋（或上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 16 車輪）之間作彈性聯(lián)系。但彈性系統(tǒng)在受到沖擊后，將產生振動。持續(xù)的振動易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸架還應當具有減振作用，使振動迅速衰 減（振幅迅速減?。榇?，在許多結構形式的汽車懸架中都設有專門的減振器。 車輪相對于車架和車身跳動時，車輪（特別是轉向輪）的運動軌跡應符合一定的要求，否則對汽車某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構件同時還承擔著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務，因而這些傳力構件還起導向作用，故稱導向機構。 由此可見，上述這三個組成部分分別起緩沖、減振和導向的作用，然而三者共同的任務則是傳力。 對懸架提出的設計要求有： (1) 保證汽車有良好的行駛平順性。 (2) 具有 合適的衰減振動的能力。 (3) 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 (4) 汽車制動或加速時，要保證汽車穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉彎時車身側傾角要合適。 (5) 有良好的隔音能力。 (6) 結構緊湊、占用空間尺寸要小。 (7) 可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件 質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。 為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質量與彈性元件組上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 17 成的振動系統(tǒng)的固有頻率應在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應合理。 汽車在不平路面上行駛時，由于懸架的彈性作用，使汽 車產生垂直振動。為了迅速衰減這種振動和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車振動的振幅連續(xù)減小，直至振動停止。 要正確的選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動時，使主銷定位角變化不大、車輪運動與導向機構運動要協(xié)調，避免前輪擺振；汽車轉向時，應使之稍有不足轉向特性。 懸架系統(tǒng)的頻率與汽車的平順性（也稱舒適性）有直接關系。 ………………………………………………… () n—— 懸架的頻率； M—— 簧載質量； K—— 懸架剛度； 懸架頻率 n 隨簧載質量的變化而變化，人體最舒適的頻率范圍為1～ ，如果要將汽車行駛過程中的頻率保持在 1～ 內，最好采用變剛度懸架。 掛車的懸架 掛車懸架和牽引車懸架在結構上相同，如一般采用鋼板彈簧作為彈性元件；也有采用油氣懸架結構等。但在一些較大裝載質量的掛車上，因其具有多軸承載，為保證各軸車輪與地面均有良好的 接觸及使懸架系統(tǒng)的載上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 18 荷均勻，采用了平衡懸架；在液壓全掛車上采用了液壓懸架等。 (1) 鋼板彈簧平衡懸架 鋼板彈簧平衡懸架系列，通過采用不同軸數(shù)的懸架匹配，可以滿足裝載質量 10～ 45t 掛車彈性懸架的要求。按鋼板彈簧相對車軸的位置，有上置式和下置式之分，后者可降低掛車貨臺的高度。平衡懸架的特點是在前后兩組鋼板彈簧間裝有平衡臂，并用支架懸吊在車架上，這樣在不平路面上，靠平衡臂的杠桿作用使前后車軸的位置與路面高低相適應，使各軸的輪荷保持均衡。車軸的牽引由拉力桿承受，并可利用拉力桿長度的調整，將車軸中心線調到與車架縱 向對稱線垂直的理想位置，從而減少車輪側滑引起的磨損。 該懸架裝置的鋼板彈簧有多片等截面的，也有單片或三片變截面的。變截面拋物線型鋼板彈簧與等截面多片鋼板彈簧相比，在承載能力相同的情況下，自身質量小，但制造工藝較復雜。 擺臂式平衡懸架的兩軸用一副鋼板彈簧，由吊耳和擺臂連接起來。鋼板彈簧的前吊耳，擺臂中部的轉軸與支架相連，前輪軸安裝在鋼板彈簧中部，后輪軸安裝在擺臂后端。采用這種結構時，若彈簧剛度不變，懸架剛度可改變；另外，當擺臂前后段杠桿比改變時，還可調整兩軸負荷的比例。若在擺臂式平衡懸架上安裝舉升機構，則可在 掛車載荷較小時將后輪提起離地，減少轉向阻力和車輪的磨損。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 19 圖 擺臂式平衡懸架 (2) 剛性平衡梁懸架 剛性平衡梁懸架用于低速的重型掛車上，與其它懸架不同之處是取消了彈性元件，由左右兩個箱形結構的平衡梁與前后車軸連成框架結構。在左右梁間的中央樞軸上有樞軸托架與掛車車架相連。平衡梁與車軸的接合部襯有橡膠襯墊或孔型橡膠部件，用以吸收行駛中產生的較小振動和位移。路面的縱向不平度則由平衡梁的俯仰自由度來適應，從而保持前后軸負荷的相對平衡。 若將左右平衡梁合成一體，并將平衡梁和車輪軸設計成樞軸連接，則成為 即可縱向擺動又可側向擺動的雙擺動短軸式剛性平衡梁懸架。 (3) 液壓懸架 液壓懸架是利用液壓缸來實現(xiàn)傳力和減振功能。在液壓全掛車上，它還與掛車的轉向橫拉桿連接，起到轉向作用。 偏置式液壓懸架的液壓缸置于輪軸的前方或后方。懸架軸用螺栓和螺釘固定在車架支承梁上，并用定位銷定位，懸掛架用兩個球軸承及平面上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 20 軸承安裝在懸掛軸上。懸掛架下方與平衡臂鉸接，二者之間安裝著液壓缸。一組兩對車輪的軸套裝在平衡臂的軸頭處。車輪借助懸掛架與平衡臂的鉸接和軸頭獲得上下和橫擺的一定自由度，以適應地面的不平。 單平衡臂式懸架軸頭的中心線僅 在掛車貨臺處于中間高度時與貨臺平行，在其它位置時該中心線不是水平的。此時，一組兩對車輪的輪軸將繞傾斜的軸頭擺動，造成輪胎的折皺變形，加劇了在不平路面上的磨損。若采用雙平衡臂液壓懸架，則避免了上述問題。該懸架用平行四連桿機構作平衡臂，使軸頭中心線在車輪上下跳動時始終保持水平。 掛車的車軸 軸是組成機械的一個重要零件。它支承著其他轉動件回轉并傳遞轉矩，同時它又通過軸承與機架相連。 軸的設計需考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構強度和剛度，對于高速軸還應考慮振動穩(wěn)定性問題。 軸的載荷有多種多 樣，但主要受力方式有扭轉、彎曲或彎扭聯(lián)合作用；其載荷常為交變力。在結構設計中應當進行疲勞強度設計和剛度設計。軸的疲勞強度設計的關鍵在于應力集中。 [3] 掛車的車軸是非驅動軸，可看作是剛性橫梁，支點位于輪胎中心，載荷作用于鋼板彈簧座上，如圖 所示。最大應力通常發(fā)生在懸架的彈簧座附近。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 21 圖 掛車車軸的受載 掛車輪軸的質量屬于非懸掛質量，對車輛行駛的平順性不利。所以在設計車軸時，應盡量減少結構質量，并與合適的懸架匹配。 強度計算 掛車車軸的計算可按以下幾種工況考慮： (1) 緊急制動 ① 由垂直載荷所引起的鋼板彈簧座之間的彎矩 VM 和應力 V? 為： 2)2( 2 sBGGM WmV ??? ? ……………………………………………… () VVV WM?? …………………………………………………………… () 2G —— 輪軸上的載荷； m? —— 質量轉移系數(shù)，可取 ?m? ； WG —— 車輪自重力； B —— 輪距； 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 22 s —— 鋼板彈簧座間的距離； VW —— 車軸危險斷面垂直方向的抗彎截面模量； ② 由最大地面制動力在水平面內產生的彎矩 hM 和應力 h? 為： 42 sBGM mh ?? ??………………………… ………………………… () hhh WM?? …………………………………………………………… () ? —— 地面附著系數(shù)，取 ~?? ； hW —— 車軸危險斷面水平方向的抗彎截面模量； ③ 由最大制動力所產生的反作用力矩 rT 和應力 r? 為： dmr rGT ?? 221?……………………………………………………… () rrr WT?? ……………………………………………………………… () dr —— 車輪動力半徑； rW —— 車軸危險斷面的抗扭截面模量； (2) 通過不平路面 汽車列車通過不平路面時，掛車輪軸會受到最大垂直動載荷作用，危險斷面仍然在鋼板彈簧座附近，其彎矩 sM 和應力 s? 為： 42 sBkGM s ?? ……………………………………………………… () Vss WM?? ……………………………………………………………… () k —— 動載荷系數(shù)，取 ~2?k 。 車 軸 的 許 用 彎 曲 應 力 為 2/500~300 mmN ， 許 用 扭 轉 應 力 為2/400~150 mmN 。鍛鑄鐵軸取小值，鋼板沖壓焊接軸 取大值。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 液壓全掛車的輪軸及懸架設計 23 結構設計 車軸由軸管和軸頭兩部分組成，軸管與懸架連接，軸頭上安裝車輪總成。軸管有無縫鋼管、鑄造軸管及鋼板沖壓成槽形后焊接成矩形管等形式。圖 表示了兩種典型車軸總成的結構，一種是圓管軸，另一種是方管軸，兩種軸管的斷面形狀功能及尺寸見圖 。重型掛車大多采用矩形斷面軸管。 (a)無縫鋼管式掛車車軸結構簡圖； (b)鋼板沖壓焊接式掛車車軸結構簡圖 圖