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某型天线车稳定性设计 专用车辆是指具有专用于特定运输任务和特殊功能的车辆。因上装或结构功能不同,专用汽车主要划分为厢式汽车、罐式汽车、专用自卸汽车、起重举升汽车、特种结构汽车等六大类,每一类专用汽车由许多用途(功能)不同的专用车组成。专用汽车主要由二类底盘、上装车厢、专用装置和连接装置等组成。专用汽车改装厂家一般不生产底盘,而是从生产汽车的主机厂购买二类汽车底盘,自己设计生产车厢和专用装置。 专用汽车采用的底盘的技术性能在该车定型时就已确定好了,而专用汽车的技术性能在改装设计时相对原来底盘要有所变化,因此设计者在设计时,在满足专用设备使用的前提下,不能损坏原汽车底盘的性能,要满足稳定性等方面要求,以达到整车的最佳使用状态。 笔者根据多年来设计专用车的工作经验,以某型天线车为例,说明改装车稳定性设计工作。 1 改装车组织载荷 改装时通常要求,改装后整车质量不得超过原底盘允许的最大总质量;质量分配前后要合理,每根轴轴荷质量不得超过允许的最大轴荷质量,前轴轴荷至少应达到改装车当时总质量的20%以上;载荷分布左右应基本均匀,最大偏差不得超过3%;重心位置应尽可能低,但必须留有车轮弹跳高度所需要的空间。 1.1 保护主体质心位置 汽车设计中规定,以整车的前桥中心点在地面上的投影为坐标原点,以车长方向为x坐标,车宽方向为y坐标,车高方向为z坐标。车厢及主要设备均以其几何中心为质心,根据整车内、外布局,车厢及主要装车设备质量及质心位置如表1: 表1中:Gi——各类设备的质量,kg; 由表1得改装后整车总质量G=14760kg,SX2153越野汽车底盘满载总质量为15000kg,整车总质量小于底盘允许最大总质量,符合要求。 1.2 整车质心定位试验结果 把表1数据代入下列公式,可计算出整车的质心位置为: 结果说明,整车质心距前轴为2969mm,左右偏离对称中心向右偏2.7mm,离地高度1435mm。 1.3 前桥载荷不足 根据图1,由力矩平衡求得轴荷分配: 中后桥载荷N2: SX2153底盘前桥额定载荷5450kg,后桥额定载荷9550kg,改装后前、后桥载荷全部符合要求。 前桥载荷N1占总质量G: GN1=5233147600=35%>20%,符合改装手册要求。 2 纵向稳定分析与计算 2.1 制动部驻车分析 驻车制动性是考核专用车在纵向坡上的驻车制动能力。驻车制动一般靠手刹使驱动轮制动,路面对驱动轮产生制动力,从而实现驻车制动。 图2所示专用车上坡时的驻车情况,根据受力分析,求得最大驻车坡度: 式中:α——车辆最大驻车坡角度,rad。 φ——轮胎对地面的纵向附着系数,越野轮胎在干燥水泥路面上φ=0.75。 2.2 车轮法向反作用力的计算 当改装车以较低速度在硬实路面上等速上坡时,其受力情况如图2所示,其运动时的空气阻力、加速阻力和地面对车轮的滚动摩擦力都可略去不计,根据受力分析前轮法向反作用力N1为: 式中:N1——前轮法向反作用力,N; 当前轮法向反作用力N1=0时,汽车便发生绕A点向后倾翻现象,通常称为纵翻。当N1>0时,改装车不会发生翻车,,因此,发生纵翻的极限坡度角存在如下关系: 式中:α0——专用车发生纵翻的极限坡度角,rad。 2.3 纵向滑移rad 该车采用四轮驱动,当所有驱动轮的附着力小于或等于改装车质量在平行于坡道的分力时,车轮产生滑移现象,此时: 式中:αφ——车辆发生纵向滑移时的坡角度,rad。 把φ=0.75代入式(9),得: 2.4 制动制动的需求 通过上面计算可以得出,该车满载最大驻车坡角度为32.2°,大于国军标提出的沿坡度为26°的坡路有效实施制动的要求。 该车纵向滑移时的坡角度为36.87°,小于纵翻的极限坡度角48.7°,所以在发生纵向倾翻之前,首先发生纵向滑移,可以保证改装车在纵坡上稳定行驶。 3 横向稳定性分析与计算 横向稳定性分转弯行驶、横坡行驶两种情况。 3.1 各汽车右偏转n 改装车转弯行驶时,受离心力F作用向外侧倾斜(如图3),所受离心力与转弯时的车速成正比,与转弯半径成反比,所以取汽车最小转弯半径Rmin来核算。根据受力平衡,当Z2、T2为零时,汽车处于侧向倾翻临界状态,此时临界速度V0为: 式中:B——汽车轮距,m; Rmin——汽车最小转弯半径,m; g——重力加速度,m/s2; 另外,根据受力平衡分析,汽车以最小转弯半径Rmin转向时的侧滑临界速度V′0为: 因为侧滑比侧翻的危险性小,因此设计时要保证在侧翻之前先侧滑,即有: 从而求得: 我国实行车辆靠右行驶的交通规则,汽车右转弯的半径比左转弯半径小,所以做转弯工况侧倾校核时应取汽车右转为危险工况。有时候,一些改装车因总体布置不合理或装载不当使整车重心偏向一侧,重心到车轮中心面的距离b小于B/2(见图3)。此时,前面提到的B/2就应