孫榮明

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

自1886年誕生的第一輛汽車以來(lái)，汽車工業(yè)經(jīng)歷了130多年的發(fā)展過(guò)程。由于社會(huì)需求的不斷增長(zhǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，汽車設(shè)計(jì)日臻精巧，其運(yùn)輸生產(chǎn)率和各項(xiàng)性能都能有很大提高，因此，現(xiàn)代汽車已成為世界各國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活不可或缺的運(yùn)輸工具。汽車工業(yè)的規(guī)模和其產(chǎn)品的質(zhì)量也成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。

一個(gè)成功的汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)該使產(chǎn)品滿足技術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和工藝造型等方面的要求：它的技術(shù)性能應(yīng)該滿足用戶的要求和適應(yīng)各種使用條件，還必須符合社會(huì)和政府各種法規(guī)的要求，還應(yīng)該是造價(jià)低廉，用材合理，制造和維修簡(jiǎn)便，使用經(jīng)濟(jì)性好且可靠耐用。

汽車總布置設(shè)計(jì)的原則：主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求（對(duì)技術(shù)先進(jìn)性、工藝性、繼承性、生產(chǎn)成本和零部件通用化）；需考慮哪些變型；同時(shí)要規(guī)定在各種使用性能中哪些是要優(yōu)先保證的，例如：車速、百公里油耗、爬坡度等；當(dāng)使用、經(jīng)濟(jì)和制造三方面要求發(fā)生矛盾時(shí)應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

本款4×2自卸車型按照以上總布置設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)，相對(duì)于競(jìng)品，有較好的動(dòng)力性、整車爬坡度及承載力，且造價(jià)成本相對(duì)較低。同時(shí)根據(jù)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》，地下室高度要求為2.2m以上，但考慮管道布置及施工誤差，實(shí)際高度只能確保在2.15m以上，為滿足用戶進(jìn)地下室的需求，將本產(chǎn)品設(shè)計(jì)高度定為2130mm。

1 開(kāi)發(fā)目的及總體方案

1.1 開(kāi)發(fā)目的

開(kāi)發(fā)一款進(jìn)出地下室的4×2自卸整車產(chǎn)品，搭載XX型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，軸距2850mm，最大總質(zhì)量4125kg，標(biāo)準(zhǔn)型駕駛室，增大后橋速比，改直通式大梁，增加離合助力、動(dòng)轉(zhuǎn)、液壓頂缸機(jī)構(gòu)，選裝子午胎及空調(diào)裝置，整車高度控制在2130mm。

1.2 總體方案

在現(xiàn)有輕卡產(chǎn)品基礎(chǔ)上縮短軸距，提升整車通過(guò)性，增大后橋速比，提升整車爬坡度；增加離合助力、動(dòng)轉(zhuǎn)，提高整車的操縱輕便性；采用直通式等孔位新材料車架，提升整車承載力；選裝空調(diào)裝置，提高整車的乘坐舒適性；加裝液壓頂缸，滿足自卸需求，其余主配置保持與基礎(chǔ)車型一致，以提高產(chǎn)品通用性。同時(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，滿足整車“通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化”要求。

2 主配置選擇

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

借用，發(fā)動(dòng)機(jī)采用XX型號(hào)；

額定功率/轉(zhuǎn)速：88kw/3200rpm；

最大扭矩/轉(zhuǎn)速：285Nm/1800-2200rpm；

排量：2.771L發(fā)動(dòng)機(jī)凈質(zhì)量：285kg；

技術(shù)路線：水冷、增壓、高壓共軌、DOC+SCR。

2.2 離合器

借用，型式為單片、干式、膜片彈簧式，從動(dòng)盤直徑φ 275mm。

2.3 變速箱

變速器在基礎(chǔ)車型上增加了取力器，型式為五檔、全同步器式、手動(dòng)檔，最低檔速比4.717，最高檔速比0.719。

2.4 傳動(dòng)軸

因軸距大幅減小，由雙節(jié)傳動(dòng)軸改為單節(jié)傳動(dòng)軸，軸管管徑為Φ76×2.5。

2.5 前橋

借用，工字梁，額定承載2000kg，前輪距：1440mm， 板簧距：680m，制動(dòng)器規(guī)格：Φ320×85mm。

2.6 后橋

借用，軸管梁，額定承載 4000kg，后輪距：1470mm，板簧距：912mm，制動(dòng)器規(guī)格：Φ320×85mm，最大輸出扭矩：8500N.m；

所選的后橋速比應(yīng)保證汽車最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性；工作平穩(wěn)，噪聲小，傳動(dòng)效率高，具有必要的離地間隙；在保證足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下力求質(zhì)量小，拆裝調(diào)整方便；

通過(guò)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，后橋速比由基礎(chǔ)車型的4.875調(diào)整為6.142；

后橋扭矩校核：

后橋最大輸出扭矩Tr=8500N?m，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩285N·m，變速器1檔速比4.717，傳動(dòng)系機(jī)械效率為0.9，則后橋輸出扭矩：

T=285×4.717×6.142×0.9 = 7431N?m＜Tr=8500N?m，滿足要求。

2.7 車架

在基礎(chǔ)車型車架上，改模具成型變截式縱梁調(diào)整為貫通式直通式等孔位大梁，縱梁材料為高強(qiáng)鋼QSTE650，所有橫梁專用，同時(shí)增加液壓缸支撐橫梁，車架相關(guān)參數(shù)如下：

軸距：2850mm，車架斷面尺寸：760mm×170mm×65mm×6mm。

2.8 油箱

油箱由塑料材質(zhì)更改為鋁合金，強(qiáng)度上大大提高，油箱大小為85L，滿足開(kāi)發(fā)需求。

2.9 輪胎

標(biāo)配 6.50-16，選配6.50R16。

2.10 駕駛室

借用標(biāo)準(zhǔn)型駕駛室，非承載式車身，承載人數(shù)2人。

圖1 基礎(chǔ)車型總布置簡(jiǎn)圖

圖2 開(kāi)發(fā)車型總布置簡(jiǎn)圖

3 設(shè)計(jì)思路

3.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

3.1.1 空調(diào)系統(tǒng)冷凝器裝置無(wú)法布置在駕駛室后側(cè)，否則其他大件無(wú)法布置。

3.1.2 為保證制動(dòng)效果，儲(chǔ)氣筒容量需要盡量大，但是自卸車增加了液壓油箱及液壓油缸，無(wú)充足空間。

3.1.3 為保證可進(jìn)出地下室，整車高度需控制在2150mm以內(nèi)，考慮各種誤差，設(shè)計(jì)值定為2130比較安全，而基礎(chǔ)車型二類高度達(dá)2170mm，需降低高度40mm。

3.1.4 該款發(fā)動(dòng)機(jī)自帶后處理為分體式結(jié)構(gòu)，即DOC與SCR催化器非集成，長(zhǎng)度方向上占據(jù)較多，同時(shí)本車需裝配兩個(gè)液壓頂缸，在寬度方向上也需要避開(kāi)，還需要考慮排氣管的布置。

圖3 DOC+SCR

3.2 設(shè)計(jì)方案

3.2.1 將冷凝器布置在車架第二橫梁上，不占用駕駛室后側(cè)空間，同時(shí)由豎直放置改為水平放置。

圖4 冷凝器位置優(yōu)化

3.2.2 將儲(chǔ)氣筒集成在電瓶支架上，且放置三個(gè)儲(chǔ)氣筒，一大兩小，總?cè)莘e 48L，通過(guò)計(jì)算可得在額定氣壓下制動(dòng)次數(shù)達(dá)11.3次，充分滿足地下室坡度路況。

圖5 模塊化電瓶支架集成儲(chǔ)氣筒（專利）

3.2.3 車架前端落差加大 40，同時(shí)對(duì)前簧剛度做調(diào)整，校核極限工況（前橋緩沖塊鐵結(jié)構(gòu)與車架縱梁接觸）下輪胎與駕駛室輪罩最小間隙仍有 31mm、發(fā)動(dòng)機(jī)與前橋間隙也滿足使用要求。

圖6 車架前端落差加大

圖7 極限工況下輪胎軌跡面與輪罩間隙

3.2.4 綜合考慮前板簧、選換擋、空濾器、儲(chǔ)氣筒及電瓶模塊、液壓頂缸、后板簧，在充分保證安全距離的情況下布置排氣管及后處理。

圖8 后處理整體布置主視圖

圖9 后處理整體布置仰視圖

3.2.4.1 校核與前板簧間隙：畫(huà)出前板簧運(yùn)動(dòng)軌跡圓，測(cè)得間隙與排氣波紋管最小間隙 24mm，考慮在行駛過(guò)程中波紋管的抖動(dòng)及裝配誤差，實(shí)際最小間隙約在15mm左右，滿足使用要求。

圖10 排氣管與前板簧最小間隙

3.2.4.2 校核與后板簧間隙：整車承載越多板簧約靠上，與后處理間隙越大，因此考慮第二片板簧最靠下位置（右側(cè)輪胎失重的情況下板簧反彈，定義為加載 2倍的雙胎+后橋一半重量板簧反向變形），測(cè)得最小間隙31mm，滿足使用要求。

圖11 后處理與后板簧最小間隙

3.2.4.3 校核與液壓缸間隙：考慮液壓缸為運(yùn)動(dòng)件，隨貨箱舉升角度不同位置不同，通過(guò)做圖做出液壓缸運(yùn)動(dòng)范圍，可得在貨箱舉升到最高時(shí)是液壓缸下端最靠前位置，測(cè)得最小間隙62mm，滿足使用要求。

圖12 后處理與液壓缸最小間隙

3.2.4.4 校核與儲(chǔ)氣筒間隙：測(cè)得最小間隙48mm，滿足使用要求。

圖13 后處理與儲(chǔ)氣筒間隙

4 結(jié)論

本論文通過(guò)對(duì)汽車各大總成件的選擇、位置校核來(lái)設(shè)計(jì)某進(jìn)地下室自卸車型，相對(duì)于基礎(chǔ)車型有較好的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性、通過(guò)性，由于整車零部件設(shè)計(jì)基于“通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化”要求，為后期同類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京∶化學(xué)工業(yè)出版社.2004.

[2] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）.北京∶高等教育出版社.2001.

[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造,北京∶機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[4] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谌妫?北京∶機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[5] 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京∶機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[6] 張洪欣.汽車設(shè)計(jì).北京∶機(jī)械工業(yè)出版社.1998.