黃建祥

關(guān)鍵詞：宿營(yíng)車(chē) 擴(kuò)展車(chē)廂 設(shè)計(jì)計(jì)算 有限元分析

1前言

在野外執(zhí)行抗洪、搶險(xiǎn)、救援或在市區(qū)執(zhí)行維穩(wěn)等任務(wù)時(shí)，為了保障人員的安全及身體健康，提供溫暖舒適的宿營(yíng)場(chǎng)所.特在載貨汽車(chē)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一款集物資轉(zhuǎn)運(yùn)及野外宿營(yíng)功能于一體的多功能載貨式宿營(yíng)車(chē)。如果能使車(chē)廂在滿足道路運(yùn)輸條件限制的情況下空間得到有效擴(kuò)充.在不改變車(chē)廂容積大小的同時(shí)使得運(yùn)載底盤(pán)冗余載荷得到充分利用.車(chē)廂通過(guò)不同方式擴(kuò)展。對(duì)廂式專(zhuān)用車(chē)車(chē)廂空間利用和作業(yè)效率的提高都有著重要的意義。

擴(kuò)展式宿營(yíng)車(chē)的擴(kuò)展車(chē)廂工作穩(wěn)定性是整車(chē)性能的關(guān)鍵因素.通過(guò)對(duì)擴(kuò)展機(jī)構(gòu)的計(jì)算分析和建模，并利用有限元軟件分析的方法對(duì)支撐桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，驗(yàn)證擴(kuò)展機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性.對(duì)保證產(chǎn)品使用性能、提高零部件可靠性以及整車(chē)性能有重要作用。

2整車(chē)設(shè)計(jì)布局

擴(kuò)展式宿營(yíng)車(chē)主要用于野外宿營(yíng)，可滿足16人在車(chē)內(nèi)進(jìn)行宿營(yíng)、淋浴、如廁、娛樂(lè)、用餐、會(huì)議等需求，并具備車(chē)外場(chǎng)地照明、車(chē)內(nèi)溫度控制、空氣調(diào)節(jié)等功能，可接市電或自發(fā)電供電。

整車(chē)由三部分組成：二類(lèi)底盤(pán)、固定車(chē)廂和擴(kuò)展車(chē)廂，如圖1所示。

擴(kuò)展式宿營(yíng)車(chē)底盤(pán)選用軸距7.1m，雙橋18t二類(lèi)底盤(pán)作為車(chē)廂載體。

固定車(chē)廂除底架骨架采用鐵質(zhì)材料外，其余骨架均用鋁合金材料構(gòu)成，有效降低車(chē)廂的重量，并在骨架內(nèi)布置降噪保溫材料，保證車(chē)廂的保溫和隔音性能。

擴(kuò)展車(chē)廂骨架采用鋁合金材料.骨架內(nèi)布置降噪保溫材料。擴(kuò)展車(chē)廂單邊可擴(kuò)展1.5m。車(chē)內(nèi)分成四個(gè)區(qū)域，分別為：寢室、會(huì)議區(qū)、浴室和衛(wèi)生間，車(chē)內(nèi)布局圖如2所示。

3擴(kuò)展車(chē)廂設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1擴(kuò)展艙內(nèi)部空間計(jì)算

根據(jù)整車(chē)布置情況，擴(kuò)展車(chē)廂單邊展開(kāi)1.5m，兩邊展開(kāi)后車(chē)廂總寬度為5.5m。

根據(jù)GA 997.2012警用宿營(yíng)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)要求，單人床鋪尺寸應(yīng)大于1.9mx0.6m?，F(xiàn)初步設(shè)計(jì)尺寸為2 mx0.9m（B）。

根據(jù)擴(kuò)展車(chē)廂內(nèi)需布置16張床鋪，單邊擴(kuò)展車(chē)廂住8人，分上下兩層，單層4人，中間過(guò)道1500mm。

相臨床鋪之間使用隔斷隔開(kāi).隔斷使用常規(guī)鋁型材制作，B隔厚度為43mm;考慮擴(kuò)展車(chē)廂收回后干涉問(wèn)題，右擴(kuò)展艙長(zhǎng)度需大于左擴(kuò)展艙長(zhǎng)度，初定L偏差尺寸為270mm。

擴(kuò)展車(chē)廂尺寸計(jì)算結(jié)果為：

因此，滿足16人住宿需求，右擴(kuò)展艙內(nèi)部長(zhǎng)度需3729mm.左擴(kuò)展艙內(nèi)部長(zhǎng)度需3459mm。右單人床鋪寬度為900mm，左單人床鋪寬度為832.5mm（為便于生產(chǎn)可取整數(shù)832mm）。

3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算

采用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置.在減速電機(jī)設(shè)計(jì)與選型時(shí)可假設(shè)作業(yè)時(shí)場(chǎng)地平整，無(wú)坡度阻力和迎風(fēng)阻力影響.只考慮副車(chē)廂本身的自重以及滾輪與軌道之間的滾動(dòng)摩擦力。

已知條件：擴(kuò)展車(chē)廂質(zhì)量G=500kg;傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比九=160;車(chē)廂與導(dǎo)輪摩擦因數(shù)0=0.1;擴(kuò)展車(chē)廂傳動(dòng)距離M=1.5m：電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1400r/min。

因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為：

3.3車(chē)廂展開(kāi)時(shí)間計(jì)算

已知條件：減速箱減速比i=160：電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1400r/min;齒輪分度圓直徑d=80mm;車(chē)廂擴(kuò)展距離L=1500mm，因此，擴(kuò)展車(chē)廂擴(kuò)展速度：

4擴(kuò)展車(chē)廂建模及分析

4.1擴(kuò)展車(chē)廂建模

電動(dòng)擴(kuò)展車(chē)廂機(jī)構(gòu)主要分為擴(kuò)展車(chē)廂和承載車(chē)廂的擴(kuò)展機(jī)構(gòu).如圖3、圖4所示。

驅(qū)動(dòng)桿采用齒輪和齒條驅(qū)動(dòng).結(jié)構(gòu)如圖5所示。支撐桿采用0型軌結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中外管由材質(zhì)為Q345的140 mmx2mm方鋼制作而成，內(nèi)管由材質(zhì)為Q345的120 mmx2mm方鋼制作而成。

4.2擴(kuò)展機(jī)構(gòu)支撐桿強(qiáng)度分析

擴(kuò)展車(chē)廂每側(cè)安裝5根支撐桿，車(chē)廂重量為500kg，承載重量不超過(guò)300kg，則每根承載不超過(guò)100kg。采用有限元軟件Abaqus模擬支撐管剛強(qiáng)度計(jì)算。支撐桿材質(zhì)為Q345，材料參數(shù)見(jiàn)表1。

按二次減縮積分劃分模型網(wǎng)格，并對(duì)其進(jìn)行加載，如圖7、圖8所示。

經(jīng)過(guò)軟件模擬計(jì)算后，應(yīng)力和變形云圖如圖9、圖10所示。

分析得到支撐桿最大應(yīng)力為142.9MPa，鋼管Q345屈服強(qiáng)度為345MPa，安全系數(shù)取1.5，許用應(yīng)力=345/1.5=230MPa>142.9MPao分析得到支撐桿最大變形量為2.4mm，屬于彈性變形范圍內(nèi)。

因此，支撐桿的結(jié)構(gòu)安全可靠，滿足工況設(shè)計(jì)要求。

5試驗(yàn)分析

通過(guò)對(duì)宿營(yíng)車(chē)（如圖11、圖12）擴(kuò)展系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)宿營(yíng)車(chē)擴(kuò)展艙內(nèi)部空間計(jì)算分析.滿足16人同時(shí)住宿設(shè)計(jì)要求。然后通過(guò)車(chē)廂展開(kāi)時(shí)間計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果.擴(kuò)展車(chē)廂展開(kāi)時(shí)間滿足工況需求。最后對(duì)支撐桿進(jìn)行有限元分析和樣車(chē)運(yùn)行試驗(yàn).驗(yàn)證擴(kuò)展車(chē)廂的穩(wěn)定性和可靠性。