馬建勛,秦永輝
(鄭州科技學(xué)院,河南 鄭州 450064)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們對(duì)全地形車(chē)的喜愛(ài)程度也不斷增加。愛(ài)好者對(duì)全地形車(chē)的結(jié)構(gòu)性能的要求越來(lái)越高,促使國(guó)內(nèi)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。中國(guó)全地形車(chē)錦標(biāo)賽(即CATV大賽)自2012年創(chuàng)辦以來(lái),經(jīng)過(guò)8年的實(shí)踐和耕耘,已經(jīng)培育起良好的行業(yè)認(rèn)知度和品牌知名度,賽制規(guī)范,組織健全,“最權(quán)威、唯一性、國(guó)際化、新潮流”已成為賽事關(guān)鍵詞。由于全地形車(chē)多行駛在普通汽車(chē)無(wú)法行駛的復(fù)雜惡劣道路上,現(xiàn)在人們選取全地形車(chē),不僅僅只關(guān)注全地形車(chē)的車(chē)身強(qiáng)度,可靠性等方面,對(duì)其安全性、操縱性等方面的關(guān)注度也不斷增加。因此,全地形車(chē)需要進(jìn)一步研究。
大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目“全地形車(chē)設(shè)計(jì)”,目的是在已有車(chē)的基礎(chǔ)上,為了提高安全性,對(duì)車(chē)身整體框架做出調(diào)整,選用強(qiáng)度更高韌性更好的優(yōu)質(zhì)鋼材,在保證安全性的前提下,為提升舒適性,新車(chē)重新設(shè)計(jì)整車(chē)懸掛系統(tǒng),并增加車(chē)用常規(guī)電器設(shè)備。因此,新車(chē)型在復(fù)雜惡劣的路面上能夠表現(xiàn)出良好的通過(guò)性、操縱穩(wěn)定性和舒適性。
中國(guó)幅員遼闊,四季溫差大,全地形車(chē)輛廣泛適用于沼澤、沙漠、雪地、灘涂、水域等情況,所受到外界的沖擊復(fù)雜,這需要整車(chē)擁有良好的抗沖擊性能和耐候性[1]。因此車(chē)前保險(xiǎn)杠采用304不銹鋼鋼材。在提高全地形車(chē)舒適性方面,經(jīng)過(guò)對(duì)比各種懸架的優(yōu)缺點(diǎn),最終選取較為穩(wěn)定,安全的雙叉臂式獨(dú)立懸架??紤]到全地形車(chē)本身車(chē)內(nèi)空間較小,且又要乘坐兩個(gè)人,為了解決空間布局的難點(diǎn),將發(fā)動(dòng)機(jī)后置,采用后輪驅(qū)動(dòng)策略。汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪在車(chē)尾,行駛時(shí)就恰似有人在車(chē)尾推著汽車(chē)前行[2]。這樣在全地形車(chē)爬坡時(shí),由于重力后傾,增加了后輪與地面完好的接觸。使汽車(chē)具有良好的啟動(dòng)性能和爬坡性能,發(fā)動(dòng)機(jī)后置也使得發(fā)動(dòng)機(jī)與差速器和變速器連成一體,使力的傳遞線(xiàn)路縮短,并且便于發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝與拆卸??紤]復(fù)雜地形時(shí)整車(chē)通過(guò)性,全地形車(chē)的底盤(pán)距地面(900~1 200)mm,這樣就可以順利通過(guò)凹凸不平的復(fù)雜地面。
本設(shè)計(jì)采用雙叉臂式獨(dú)立懸架,雙叉臂擁有上下兩個(gè)A字型控制臂以及支柱式液壓減震器構(gòu)成。通常上控制臂短于下控制臂,上控制臂的一端連接著支柱減震器,另一端連接著車(chē)身。下控制臂的一端連接著車(chē)輪,而另一端則連接著車(chē)身。上下控制臂還由一根連接桿相連,這根連桿同時(shí)也還與車(chē)輪相連接。在整個(gè)懸架構(gòu)造中,通過(guò)對(duì)多個(gè)支點(diǎn)的連接提高了上下控制臂以及整個(gè)懸架的整體性。
起到方向轉(zhuǎn)換作用的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)于前束角的擾動(dòng)效應(yīng)相對(duì)較強(qiáng),而對(duì)主銷(xiāo)內(nèi)傾角的影響則處于正常范圍之內(nèi)[3]。雙叉臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)幅度不大,并且與彈簧安裝在一起,彈簧允許車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能被傳遞到阻尼器,阻尼通過(guò)液壓裝置擴(kuò)散。通過(guò)調(diào)整避震器可以調(diào)整這種振動(dòng)幅度。降低振動(dòng)幅度,從而提高乘坐舒適度。
懸架的選用:本設(shè)計(jì)選用 KTFT01803雙叉臂獨(dú)立懸架。該材料的具體參數(shù)為抗拉強(qiáng)度(25 ℃ MPA),屈服強(qiáng)度(25 ℃ MPA),強(qiáng)度500公斤力10 mm球,延伸率16 mm(1/162 N)厚度,可調(diào)整外傾角-1 ℃~ +3 ℃,主銷(xiāo)后傾角-1 ℃~+1 ℃。
盤(pán)式制動(dòng)器是以靜止的剎車(chē)碟片,夾住隨車(chē)胎轉(zhuǎn)動(dòng)的剎車(chē)碟盤(pán)以產(chǎn)生摩擦力,使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低的剎車(chē)裝置。當(dāng)踩下剎車(chē)踏板時(shí),剎車(chē)總泵內(nèi)的活塞會(huì)被推動(dòng),從而在剎車(chē)油路中建立壓力。全地形車(chē)選用盤(pán)式制動(dòng)器:一是由于盤(pán)型剎車(chē)散熱性較鼓式剎車(chē)效果佳,在連續(xù)踩踏剎車(chē)踏板時(shí),不會(huì)造成剎車(chē)衰退而使剎車(chē)失靈的現(xiàn)象。二是剎車(chē)盤(pán)在受熱之后,它尺寸的改變并不使剎車(chē)踏板的行程增加。三是與鼓式剎車(chē)相比較下,盤(pán)式剎車(chē)的構(gòu)造簡(jiǎn)單,且容易維修。另外,全地形車(chē)多行駛在泥濘路段,盤(pán)型剎車(chē)排水良好,可降低水和泥沙造成剎車(chē)失靈的現(xiàn)象。因此,選用盤(pán)式制動(dòng)器比較合適。
全地形車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間采用 0-5701型傳動(dòng)帶傳動(dòng)。V帶傳動(dòng)是摩擦傳動(dòng)的一種典型形式,它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于安裝拆卸,應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器利用傳動(dòng)帶連接,憑借傳動(dòng)帶橡膠與凹型槽的摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。這樣的傳動(dòng)形式,傳動(dòng)比也相對(duì)穩(wěn)定,運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),帶輪與凹槽會(huì)產(chǎn)生打滑,這樣在行駛過(guò)程中起到過(guò)載保護(hù)的作用。
全地形車(chē)選用半浮式非斷開(kāi)后橋總成。所選用的半浮式非斷開(kāi)后橋全長(zhǎng)為105 cm,采用4孔750剎車(chē)鍋與車(chē)輪相連接。由于全地形車(chē)多行駛在顛簸復(fù)雜路段,在行駛過(guò)程中后橋半軸不僅僅承受扭矩,還要承受彎矩,不停地對(duì)后橋半軸進(jìn)行強(qiáng)烈的沖擊。考慮到這方面的原因,設(shè)計(jì)選用半浮式非斷開(kāi)后橋,半軸內(nèi)側(cè)通過(guò)花鍵與差速器半軸齒輪相連,半軸外端通過(guò)軸承支承在橋殼上,車(chē)輪固定安裝在半軸外端的懸臂上。這樣作用在車(chē)輪上的各種作用力以及由此引起的彎矩,都直接傳給半軸,再通過(guò)軸承傳給驅(qū)動(dòng)橋殼體。在全地形車(chē)行駛過(guò)程中,半軸不僅可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)也可以支撐汽車(chē)的全部重量,就達(dá)到設(shè)計(jì)目的。
車(chē)輛動(dòng)力選用HW190FD/P-A型發(fā)動(dòng)機(jī)。選用OHV置頂氣門(mén)構(gòu)造,減少碳的堆積,氣缸頭點(diǎn)檢簡(jiǎn)單,而且高度的耐塵性使維護(hù)也更容易,并且這種類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、耗油低、排量少比較適合車(chē)身較小的全地形車(chē)。
具體發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1所示:
表1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)
車(chē)架是由薄壁管件和板件焊接而成,使用材料為 Q235號(hào)鋼和10號(hào)鋼。由于車(chē)架不同位置所受到的載荷不同,因此不同的受力點(diǎn)選用不同的材料。焊接成的車(chē)架長(zhǎng)*寬*高2 582 mm*1 342 mm*1 120 mm。
電源是為全車(chē)所有電器設(shè)備提供能源動(dòng)力的設(shè)備。全地形車(chē)選用12N9-4B型鉛酸蓄電池,這種類(lèi)型的電池能為電氣設(shè)備供電,并且滿(mǎn)足用電設(shè)備的使用要求。
電氣設(shè)備對(duì)全地形車(chē)的行車(chē)安全具有重要作用。全地形車(chē)電氣設(shè)備比較簡(jiǎn)單,主要是指示燈和喇叭。本設(shè)計(jì)電氣設(shè)備采用STC89C52單片機(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行控制,以輸入到51單片機(jī)中的程序?yàn)楹诵模ㄟ^(guò)不同作用的按鍵開(kāi)關(guān),控制全地形車(chē)上燈光的亮暗以及喇叭的鳴響。具體操作如表2所示:
表2 操作過(guò)程
在“全地形車(chē)設(shè)計(jì)”課題下重新設(shè)計(jì)的全地形車(chē),通過(guò)在校內(nèi)模擬野外路段不斷調(diào)試下,全地形車(chē)已經(jīng)具備在惡劣環(huán)境下安全行駛的能力。通過(guò)有連續(xù)彎道、泥坑、雙駝峰、亂石堆等惡劣路況的模擬路段,檢測(cè)行駛過(guò)程中車(chē)輛的振動(dòng),表明劇烈顛簸已經(jīng)明顯降低。這說(shuō)明全地形車(chē)在降低行駛過(guò)程中的振動(dòng)和沖擊方面的改進(jìn),已實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)基本目標(biāo)。在全車(chē)的電氣控制方面,通過(guò)對(duì)不同按鍵的反復(fù)測(cè)試,得到按鍵在51單片機(jī)的控制之下已經(jīng)能夠正常運(yùn)行,提升了行車(chē)的安全性。