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設計說明書
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某型半掛掛車總體設計
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20 年 月
某型半掛掛車總體設計
摘要
半掛車不僅能滿足車輛運輸?shù)囊话阋螅€能更好的適應客貨運輸服務的要求以及運輸服務的多元化、個性化需求，能更有效的發(fā)揮汽車運輸在整個運輸結構中的作用，也能更好地滿足特定條件下貨物運載的需要。
此次設計的主要內容是集裝箱欄板半掛車，是載運集裝箱的專用運輸半掛車。從設計要求出發(fā)，闡述了半掛車行業(yè)國內外的發(fā)展概況，了解了半掛車的作用和結構特點。以目前市場上已經量產的集裝箱欄板半掛車主要參數(shù)為參考，對各種結構的半掛車優(yōu)缺點進行比較，確定此次的半掛車結構為平板式半掛車，同時，對半掛牽引車和半掛掛車的連接處的長度和尺寸進行了確定，對支承裝置的位置和支承質量做出設計，并進行車架的強度計算和校核。在半掛車的其他部件的選擇和設計方面，對懸架、車軸和制動系統(tǒng)作了型號的選擇和相關參數(shù)的確定。
最后，對半掛車進行了總布置設計，使用UG建立了對應的三維模型。給出總布置圖，并對關鍵零件車架做必要的分析，完成了相應的工程圖紙。
關鍵詞：掛車，總體設計，車架
The overall design of a type semi-trailer
Abstract
Semi-trailer can not only satisfy the general requirements of vehicle transportation,also can better adapt to the request of the passenger and cargo transportation services and transportation services,diversified and personalized demand can be more effective to bring into full play the function of auto transportation throughout the transportation structure,also can better meet the needs of the cargo under certain conditions.
The main content of this design is the container plate semi-trailer,which is a semi-trailer for carrying containers.Based on the design requirements,this paper expounds the development situation of the semi-trailer industry,and understands the function and structure of semi-trailer.To have mass production on the market at present the main parameters tailgate container semi-trailer for reference,the comparison on the advantages and disadvantages of the various structures of semi-trailer,determine the structure of plate type semi-trailer semi-trailer,at the same time,the half-and-half tractor trailers and the joint of semi trailer to determine the length and the size of,and supporting quality to make the design to the position of the supporting device,and the strength calculation and checking of the frame.In the selection and design of other parts of the semi-trailer,the selection of the suspension frame,axle and brake system were made and the relative parameters were determined.
In the end,the semi-trailer was designed and the corresponding 3d model was established using UG.This paper gives the general arrangement diagram and makes necessary analysis on the frame of the key parts,and completes the corresponding engineering drawing.
Key words:container,overall design,frame
目錄
1緒論 1
1.1概述 1
1.2半掛車運輸優(yōu)勢 1
1.3國內外發(fā)展概況 1
1.3.1國內半掛車行業(yè)分析 1
1.3.2國外半掛車的發(fā)展概況 2
1.4用戶市場與行業(yè)未來 3
1.4.1用戶分析 3
1.4.2行業(yè)未來 4
1.5半掛車的分類 4
1.5.1按半掛車車軸數(shù)分類 4
1.5.2按半掛車的結構特點分類 5
1.5.3按形式和用途分類 5
1.6小結 5
2方案論證與設計 6
2.1半掛車的總體結構 6
2.2半掛車和牽引車的連接 9
2.2.1半掛車的前回轉半徑與牽引車的間隙半徑 10
2.2.2半掛車的間隙半徑和牽引銷的后回轉半徑 10
2.2.3半掛車的牽引板離地高度 10
2.2.4半掛車相對牽引車的前俯角和后仰角 10
2.3半掛車的支承裝置 10
2.3.1支承裝置的要求 11
2.3.2支承裝置的分類 11
2.3.3支承裝置的設計 11
2.4半掛車牽引聯(lián)接裝置 12
2.5半掛車的車架設計 13
2.5.1車架的載荷及許用應力的確定 13
第 Ⅰ 頁 共 Ⅱ 頁
2.5.2車架的結構設計 14
2.6 小結 22
3半掛車其他部件設計 23
3.1半掛車的懸架 23
3.2半掛車的車軸 24
3.3半掛車制動系統(tǒng) 26
3.3.1制動系統(tǒng)的要求 26
3.3.2制動系統(tǒng)工作原理 26
3.4 小結 28
總結 30
致謝 31
參考文獻 32
第 Ⅱ 頁 共 Ⅱ 頁
某型半掛掛車總體設計
1緒論
1.1概述
國標中對于半掛車的定義為:由半掛牽引車牽引而且車軸置于車輛中心后面，拖車總重的很大一部分由牽引車承擔的掛車[1]。所以能得出下面的結論，被用來運輸貨品的貨箱和底盤，前面用牽引座、牽引銷與牽引車連接，后面經懸掛、軸和輪胎支撐在道路上，這就是所謂的半掛拖車，它和牽引車一起形成半掛車。
按照可用的定義，半
掛車具有牽引力，而全掛車無牽引座，這是兩種構造最重要的不同點。普通情況下，說起掛車一詞，就是指半掛車和全掛車。
半掛車是貨物運載成長過程下的產品，與一般車型對比來說，有完全發(fā)揮運載貨品的效率、減小運載成本、減小中途損耗等優(yōu)點。只有半掛車這種專用車，才能滿足特定條件下的各種特定要求作業(yè)，才能更好的為迅速發(fā)展的經濟服務，更加有效的發(fā)揮汽車在運輸中的重要作用。
1.2半掛車運輸優(yōu)勢
半掛車可以使貨物的運載效率變大、減少貨物運載途中成本、減少進行專項作業(yè)時的損耗。根據(jù)統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)，半掛車通常情況下，能降低施工費用的20%-30%，縮短工時30%-35%，節(jié)約勞動力約41%。軸荷相同的半掛車與一般的的載荷汽車對比，裝載質量會成倍增加。半掛車擴寬了汽車的適用范圍，提高了行業(yè)的產業(yè)產量。與此同時，半掛車的飛速發(fā)展將為國民經濟體系帶來數(shù)額巨大的經濟效益。因為半掛汽車和半掛牽引車是采取牽引座和牽引銷的連接方法，因此收縮了半掛車總體長度，提高了行駛過程中的穩(wěn)定性和靈活性。降低風的阻力喪失量和全掛車的牽引鉤和拖車鉤間的碰擊等問題，牽引車承受半掛的一些負載，從而提高半掛車輪驅動輪連接到牽引車的牽引重量，發(fā)動機的功率獲得充分發(fā)揮，半掛車是相對容易完成的運載方式，用牽引車牽引多輛半掛車，運載車列車到車站確定的部分，由其他牽引車拉到要去的地方，該牽引車就把其他的半掛車拉回去，滾裝運輸-將集裝箱聯(lián)同半掛汽車列車直接裝船和登岸，將公路和水上運輸結合起來，實現(xiàn)當代化的運輸管理辦法，所以得到了非常火速成長。
1.3國內外發(fā)展概況
1.3.1國內半掛車行業(yè)分析
（1）我國半掛車的發(fā)展背景，從1998年以來，國家實施積極的財政政策、經濟的發(fā)展，帶動了半掛汽車列車行業(yè)的迅速發(fā)展。同時，路面條件的不斷改善和交通運輸業(yè)的成長為公路運輸?shù)母咚倩?、一體化、專業(yè)化、集裝箱化發(fā)展創(chuàng)造了良好的客觀條件，同時為半掛掛車普遍應用于現(xiàn)代社會締造了前提。半掛車具有經濟性的優(yōu)點，貨物運輸會不斷向重型化和列車化的方向成長。最近幾年以來，國家陸陸續(xù)續(xù)頒布實施了一系列得規(guī)定，也促使了半掛汽車列車的快速發(fā)展。
（2）我國半掛車所面臨的問題：與海外同類型企業(yè)對比來說，我國半掛車還有著不少問題，表示為，技術含量不高，產物附加值比較低，國產半掛車具有構造簡單、功能唯一、可靠性相對差、成本更高等不足。由于技術含量低，容易被模仿，大型企業(yè)可以出產，小企業(yè)也能夠制造，市場供應過多，缺乏需求。這些成分使半掛車行業(yè)的平均利潤率僅到達3.5%左右的程度。進口類似國外產品，因為功能多樣化，掛車的可靠性比國內高，加之車型品牌優(yōu)勢，價格一般是國產半掛車的兩倍，乃至更高。二是產品質量不高，可靠性差，中國半掛車上裝的重要零部件總體技術水平不高，如液壓件、泵、閥等，還沒有到達高的技術程度，限制了高水平半掛車的研發(fā)和出產。進口半掛車的平均非故障率可到達3年，而相同種類的我國掛車在不到一年的時間內，將會有松帶、漏油、控制故障，生銹和其他問題，增加成本。由于以上給出的原因，很多購買者寧愿多費錢也買國外的半掛車，所以需求有一部分流向國外，使半掛車車市場供需失衡情況更加嚴重。第三是半掛車品種少，難以滿足各類實際作業(yè)的需求，目前來說，中國國內總質量30t，功率224kW以下的半掛牽引車底盤基本上來說可以滿足市場供應，可是，對于一些技術要求高，布局要求比較復雜，產量小的底盤，如224kW以上的半掛牽引車底盤，只有少量產品供應，且質量不高。第四是產業(yè)結構相對來說不合理，國內生產有散、亂、差的矛盾。此中，生產半掛車的企業(yè)較多，但都沒有形成大量出產，與美國和歐洲對比差距巨大。機械化水平低，手工作坊式的生產車間多，質量不均勻；在生產工藝程度方面，因為沒有大范圍化的技術改變，國產和自制設備比例占總比例大，工人水平低，造成了半掛掛車的質量和等級難以增加，限制半掛掛車的成長。因為資金不集中，反復建設，資本未能獲得很大程度的利用，廠家很難變?yōu)榉秶?、系列化、標準化、專業(yè)化，也就很難建立廠家和其他廠家的競爭上風。
1.3.2國外半掛車的發(fā)展概況
（1）國外半掛車的現(xiàn)狀，美國和歐洲的一些發(fā)達地區(qū)是最早發(fā)展半掛車的，在日本和前蘇聯(lián)等進行第二次世界大戰(zhàn)后，得到了進一步的成長。1970年末尾，汽車行業(yè)遇到了全世界范圍內的衰敗和銷售停滯，與此同時，研究專用汽車方面成了各個國家解脫巨大經濟困難的救命稻草。所以，在世界范圍內，專用汽車迅速發(fā)展?，F(xiàn)在，美國和歐洲的發(fā)達國家中，專用汽車每年的產量已經占到所產貨物運載車總的80%之上，在人類生產的所有范疇，專用車都普遍涉及。其品種已經有6000多種。伴隨著各個國家總體實力的提升，交通條件的持續(xù)改善，道路運輸?shù)目焖俪砷L，全球對專用車的需要正在逐漸變大。
（2）國外半掛車的生產組織情況，主要有以下的四種，首先是主機廠，就是汽車集體，汽車公司或工廠下面的分公司或分廠出產半掛車，主營本車廠所出產的汽車改裝而來的半掛車。第二是從底架廠購置其他企業(yè)的底架，本身改裝出產半掛車。這些汽車廠在獲得訂單后，改裝產出半掛車。在各大企業(yè)之間的利益角逐中，各廠大批出產適用于半掛車的底架來謀求成長。第三是用戶同時運營半掛車，有些運輸公司購買一些普通汽車底盤，然后自己改裝半掛車，但其結構比較簡單，數(shù)量也較少。第四是非汽車公司來進行半掛車生產，例如某些從事飛機生產、船只、設備制造、鐵道車輛制造的公司也設分廠來進行半掛車生產。
1.4用戶市場與行業(yè)未來
1.4.1用戶分析
貨物運載行業(yè)能認為是半掛車購買的最主要的一部分，到現(xiàn)在為止，我國大型小型貨物運載公司共擁有近三百萬家，它們的組成形式按作用劃分，有下面兩類：全能型貨物運載企業(yè)（包括大型、流通資本豐富的貨物運載企業(yè)）、部分作用型貨物運載企業(yè)（如運載公司、加工企業(yè)等）。按起源能分成，國有貨物運載公司重組而來的供應商、外國完美運作的貨物運載公司、在原有的流通和運載部分轉化而來的公司、中外共同擁有的貨物運載公司。
除了以上的貨物運載公司，還存在許多成立時間短的非貨物運載公司，行業(yè)中絕大一部分都是這些企業(yè)，同時，他們中間又有很大一部分在做空車運載，為公司負擔貨物運載等較小的部分。其余的被壟斷性的運載企業(yè)所支配，負擔港口等的運載，一直處于工作不均衡的狀態(tài)，這些用戶在選擇半掛車時，對運載質量、油耗量、是否可改裝等尤為在意，而他們是小型公司的主要需求群體，通常是這些用戶影響著小型企業(yè)生產的水平，假如你不遵照他們的愿望，用戶也許會購入其他公司的半掛車。
部分作用型的公司，按通常意義上來說，完全不能算作標準的貨物運載公司，這些也可以劃分成兩類，一類擁有自己的半掛車，另一類是在標準貨物運載公司下的三四流運載公司，本身的半掛車幾乎沒有，到現(xiàn)在為止，這樣的企業(yè)在我國大約有兩萬家。第一類公司的半掛車大多是不符合規(guī)范的。隨著我國半掛車法律規(guī)范的進一步頒布，這些公司對于產品的需要必然會進一步提升。第二類公司，現(xiàn)在也處于快速的發(fā)展過程中，在不久的將來，這些公司一定會對半掛車需求巨大。
國有傳統(tǒng)的貨物運載公司，大部分是國家出錢，他們處于行業(yè)中的壟斷地位，具有巨大的優(yōu)越性，讓我國其他企業(yè)望塵莫及，這就不可避免讓他們變成一家獨大的狀態(tài)，他們的需要是巨大的，通常是一次購買很大一部分的產品。在企業(yè)的選擇方面，他們所關注的通常是企業(yè)的行業(yè)內形象，來源，產品制造水平，而錢的多少不是主要的參考因素。企業(yè)的參與方式一般是競標，可因為國企內部存在的種種缺陷，在競標的過程中具有很多黑幕，導致過程并不公開透明化，這已經是半掛車行業(yè)公開的秘密啦。
在購買時間上，大多數(shù)公司，他們運載機器的購買都有一定的規(guī)律性，貨物運載的集中點是在七八月份，這時也是半掛車購買的旺季，以上這些公司，都會在這時候購買一批數(shù)量不小的產品。
1.4.2行業(yè)未來
伴隨著半掛車行業(yè)相關法規(guī)的頒布，這種完全優(yōu)越于一般運載車的運載手段，在接下來的一段時間內，必將迎來蓬勃的發(fā)展，我國各個車企都深知銷售對于自身的重要性，而貨物運載就成為了是否能如魚得水的關鍵所在，各生產制造基地與銷售網(wǎng)點之間的運載效率就確定了是否可以在競爭激烈的今天，更好的生存下去，火車和一般的卡車運載都存在明顯的缺陷，所以，半掛車的巨大需求不可阻擋。
1.5半掛車的分類
1.5.1按半掛車車軸數(shù)分類
半拖車可分為單軸、雙軸、三軸和多軸四類（圖1-1）。
圖1-1半掛車分類
單軸的半掛掛車是其中最為結構簡單的半掛掛車。它的生產便利，與此同時，車胎磨損和汽油消費量較小。隨著用戶要求的運載重量增大，為不越過國家標準的負載和貨物運載總重，企業(yè)的一般方法是增添車軸數(shù)。
1.5.2按半掛車的結構特點分類
根據(jù)結構特點來分，半掛掛車分成軸可升高的半掛車、車軸距離變化的半掛掛車、多牽引銷半掛車等。
車軸距離變化的半掛掛車是車輪之間的長度對于車架來說能改變的半掛掛車。軸可升高的半掛掛車，指的是在提起輪軸后更改了與地面的接觸環(huán)境，降低了行駛阻力，降低了車輪損耗量，可是，它的構造復雜，其執(zhí)行部件為液壓或氣動部分。
1.5.3按形式和用途分類
半掛車的使用是非常廣泛的，根據(jù)形式和使用途徑來分，包括各專用車輛，基礎型是低平板半掛車和一般的欄板式半掛車。
1.6小結
本章具體闡述了半掛車的組成、種類，與一般運輸方式相比來說的優(yōu)勢，行業(yè)內的國內外發(fā)展趨勢，以及對未來的展望。
2方案論證與設計
2.1半掛車的總體結構
平板式半掛車：車輪之上,貨物平臺都是平直的，適合運輸鋼材、木料和大型設備產品。
圖2.1 平板式半掛車
階梯式半掛車：車架呈現(xiàn)出階梯形，在鵝頸后面，是所需要的貨臺平面，最開始生產的階梯式半掛車，它的鵝頸結構是彎曲的結構，在第二平面是鵝頸形。階梯式半掛車貨臺較低，由于該特點，適用于各類尺寸較大的機器、鋼鐵等的運載。
圖2.2 階梯式半掛車
凹梁式半掛車：它的貨臺平面，相對于其他種類的半掛車來說，具有最低的承載平面。在一般情況下，凹型貨臺平面離地高度根據(jù)所需要的特殊需求確定，由此可以得出，這類型的半掛車適合運輸比較高的貨物。
圖2.3是此次設計的半掛車。底盤前面的牽引銷1與牽引座連接，來牽引半掛掛車，在方向改變的時候，它也能實現(xiàn)牽引車和半掛掛車的方向變化。底盤2上的負載由牽引銷座1和懸掛系統(tǒng)5由一定比例給到半掛掛車車輪4上；當拖車脫離時，半掛掛車前方的負載由支承部件3支承。半掛掛車和牽引車一樣，也具備駐車剎車器。
圖2.3 集裝箱半掛車
1—牽引銷；2—車架；3—支承裝置；4—車輪；5—懸掛系統(tǒng)；6—制動系統(tǒng)
圖2.4 UG模型
在比較了直通式縱梁車架和鵝頸式車架的各項優(yōu)缺點后，我選擇的是直通式縱梁車架，它的縱截面為工字型，上翼是一條直線，下翼是一條發(fā)生折斷的線，肋板制作成三角狀，焊接后應有具有可以滿足要求的強度。橫梁的話，我采納的是整根工字型材或槽鋼，在兩根縱梁之間，橫梁由縱梁腹板上的孔貫穿，縱梁和橫梁相接觸的地方不完全焊接，和縱梁的上、下翼板留有一定的空隙。這種被大多數(shù)企業(yè)廣泛采用的貫穿式車架既有可以滿足要求的強度，又可以讓車架有一定的承受扭轉變形的能力，正在慢慢地代替斷開式橫梁。框架，采用牽引銷總成、支承配置固定架、備用胎架和側梁等。底板一般采取鐵木構造。
2.2半掛車和牽引車的連接
半掛車和牽引車的連接尺寸如圖2.5，表2-1所示，在圖中，H為牽引車牽引座沒有負載時接合面距離地面的高度。
圖2.5 半掛車與牽引車的連接尺寸
M(t)
L最大
Rf最大
Rr最大
H(mm)
H1（mm）
L1（mm）
≤4
800
1400
1310
1130~1160
1080~1110
550
＞4～6.5
900
1540
1470
1130~1187
1080~1137
550
＞6.5～8.5
1000
1600
1550
1187~1226
1137~1176
750
＞8.5～10
1000
1600
1667
1226~1315
1176~1265
750
＞10～17
1200
2000
1900
1250~1400
1200~1350
750
＞17
1600
2050
2200
不大于1400
不大于1350
750
表2-1半掛車連接互換尺寸表
2.2.1半掛車的前回轉半徑與牽引車的間隙半徑
半掛車的前回轉半徑Rf：牽引銷的中央和半掛掛車前面的最遠點兩點的長度。為達到半掛車和牽引車在行駛過程中中不發(fā)生干涉的目的，通常情況下，需要（Rf+Cf）-Rf≥150 mm。
2.2.2半掛車的間隙半徑和牽引銷的后回轉半徑
半掛掛車的間隙半徑Rr+Cr是指從牽引銷中央到鵝頸的長度，或者是支承部件上的平面內的距離最小的點。牽引車的后回轉半徑R是牽引中央的中心距，在牽引車底盤后面平直方向的最長的長度。通常情況下，要求（Rr+Cr）-R＞70 mm。
2.2.3半掛車的牽引板離地高度
牽引板的距離地面距離指半掛掛車在完全載運貨物時的距離，其值必須和牽引車座板平面在完全載運貨物時的距離地面的長度相等。
2.2.4半掛車相對牽引車的前俯角和后仰角
前俯角和后仰角如圖2.6所示。
α— 前俯角
β— 后仰角
β
α
圖2.6 半掛車的前俯角和后仰角
一般情況下，α=7o～14o，當路面情況較好時，取較小的值，當路面情況較差時，取較大的值。β通過半掛車鵝頸處的長度來給出，如果是一般貨物運載，β=8o～10o左右，如果是越野的話，β=15o左右，此處β取8o。
2.3半掛車的支承裝置
所有半掛車都有一個支承部件，它裝配在半掛車的前面，扮演支撐半掛車的角色。并經支承部件的手搖構造來使半掛車的前面離地的距離得到改變，從而使得接掛和脫掛更加順暢。當半掛車行駛在路面上的時候，支承結構須要收起，以免影響行駛。
2.3.1支承裝置的要求
（1）脫掛時可以保證半掛車處于和地面平行的狀態(tài)，避免上下傾斜；
（2）脫掛和接掛時升降速度相對較快，可以輕巧的協(xié)調它的高度；
2.3.2支承裝置的分類
（1）按照操作方式來分:可以分為聯(lián)動支承和單動支承.聯(lián)動支承僅僅需要在單邊操作就能使支承部件達到共同的高度變化，而單動支承就需要在兩側進行各自操作。
（2）按照支承管截面形狀來分：可以分為圓管、方管、八角管支承等。
（3）按照齒輪傳動機構來分：可以分為單級、雙級和三級齒輪傳動等。
本次設計的半掛車采用基本式聯(lián)動支承部件（如圖2.7所示）。
圖2.7 基本式聯(lián)動支承部件
2.3.3支承裝置的設計
（1）支承裝置的位置
當半掛車完全負載貨物時，支承部件必須確保支撐的負載小于或者等于半掛車的總重的百分之五十。
（2）支承裝置的高度和行程
支承桿的高度和行程指的是半掛車總設計得出的負載面的離地的距離，而且是支承部件不起作用時所需要的最少距離地面縫隙。
（3）支承質量
支承重量需要基于半掛車的總重和支承部件的布置方位，來獲得支承部件的的負載重量。想到支撐時支承部件的不一致性、貨物運載不平均性、路面不平和負載較大等因素，有必要將附加的載重因子=1.1～1.3乘入，即支承裝置的支承質量。
半掛車支承部件行業(yè)規(guī)范中，推舉了支承部件的形式，能夠供設計時選擇。
以我國現(xiàn)在半掛車噸位規(guī)模的情況分析，僅僅需要選用第二種或第三種支承質量的支承裝置，一般情況下能夠滿足使用要求。
半掛車載質量10～15t，支承質量為20t。
半掛車載質量15～30t，支承質量為24t。
半掛車載質量30～60t，支承質量為32t。
確定了支承部件的支承重量，就能針對支承部件內的重要部位作穩(wěn)定性校核。
（4） 手柄力的大小和升降速度
我們需要確定操作支承部件需要給出手柄力的多少，中國ZBT 73001-87中規(guī)定，用手操作支承部件時，它的力必須小于等于196N。
手柄力F的計算公式如下：
F=（N）
式中：Mt為螺紋的舉升力矩；L為手柄臂長，通常取300-400mm；i為齒輪傳動總傳動比。
2.4半掛車牽引聯(lián)接裝置
大部分的半掛車的連接，都為牽引座—牽引銷的組合。牽引銷裝配在牽引板前面，牽引座裝配在車架上，而且存在分離—連接和鎖緊構造，來確保牽引座與牽引銷的連接或脫離工作穩(wěn)當性高。
牽引銷的尺寸目前是標準化的，分成50號銷和90號銷；
直徑為50.8mm的50號銷應用在總重≤50t的半掛車上，直徑為88.9mm的90號牽引銷則應用在總重為50-100t的半掛車。
牽引銷在材料上大多數(shù)情況下選用中碳鉻、鎳鉻等合金鋼，通過調質和接觸表面高頻淬火工藝處理，同時進行探傷檢查。它的結構類型和聯(lián)接方法分為A、B型，A型聯(lián)接方法就是在半掛車的牽引板上面焊上一個支撐板，牽引銷的上法蘭和支承板由螺釘聯(lián)接。B型聯(lián)接方法就是在牽引板上焊上一帶錐孔的支承座，牽引銷中間的錐體插入錐孔內，同時用零件緊固，用銷鎖死。
牽引座可以分為座板、分開-連接構造和支座。按支座可否挪動，牽引座可以分成固定型、舉升型和移動型；它的分開-連接構造又可以分成夾板式和單鉤式。
第二種和第三種通常情況下指的是牽引座能舉升和向前和向后隨意挪動，在與底盤對比的情況下。
單自由度牽引座被叫做一軸式，此構造方式的長處是當半掛車在路面工作時，橫側可靠性較高，普通情況下用于尺寸較大的貨箱、貨物平臺、分散貨物等其他普通運載的半掛車。
鉤式牽引座和夾板式牽引座是目前比較經典的構造。與此同時，牽引車與半掛車聯(lián)接、牽引、脫離鉤，經牽引座夾緊裝置實現(xiàn)。
本次所設計的半掛掛車總重為35t，依據(jù)行業(yè)規(guī)范，我們所用的牽引銷型號是50號牽引銷，它的構造各個長度直徑如圖2.8所示，安裝在距車架最前端1200mm處。
圖2.8 50號牽引銷
2.5半掛車的車架設計
車架是此次設計半掛車的最重要的一部分，和各個主要總成都進行著一定的連接，承受了復雜的三維力系。隨著我國高速公路的飛速發(fā)展，所要求的速度慢慢增加，所以需要設計的車架能夠具備一定的抗彎曲和扭轉變形的能力。
2.5.1車架的載荷及許用應力的確定
應用材料力學中突變接受的一種簡化受力的方法，我們僅僅思考當半掛車車架承受靜力載荷時，它的彎曲強度和剛度。半掛車車架左右部分的縱梁我們簡化為簡支梁，同時載荷相同，單個縱梁載荷均勻，所受載荷按均布載荷進行處理，通過解析法進行計算，我們可以做出半掛車車架的彎曲強度計算和剛度校核，然后先大概確定縱梁的截面大小。
2.5.2車架的結構設計
（1）縱梁
車架的縱梁構造，依據(jù)用戶所給出的貨臺構造的需求，對應的有平板式、階梯式、凹梁式等。
縱梁斷面一般情況下是工字狀和槽形,為了避免縱梁的上翼緣和下翼緣因為形變而
分裂,通常依據(jù)受力的材料力學理論檢驗,它的作用力應該小于等于許用彎曲作用力。
截面的翼緣最大寬度通常不超過16δ(δ為鋼板的厚度)，如果是載重量較大，我們通
常會使用工字形截面的縱梁。
半掛車縱梁的斷面高因為負載貨物質量的差別而體現(xiàn)出比較明顯的差別。例如：鵝
頸處半掛車縱梁截面相對高，平板結構由于貨臺離地距離的制約，在剛度第一的要求
下，我們要盡量做小，來適應不同種類的貨物。
如果是階梯式或者凹梁式半掛車的話，它們的鵝頸處各個長度由于沒有貨臺高的制
約，為了達到強度足夠大的目的，縱梁的鵝頸處高度尺寸應該按情況增加。
縱梁主截面的最大高度，我們以下面的尺寸為依據(jù)：
載質量15t，主截面高300mm左右；載質量20～30t，主截面高350～450mm；載質量40～50t，主截面高450～550mm。
半掛車底盤縱梁隨著斷面各個長度的不一樣而改變，我們通常以強度和總布置為依據(jù)來決定。
半掛車出產到現(xiàn)在，各個企業(yè)為了使產品變型更加便利，確定了一些縱梁腹板、翼板尺寸標準，因此，我們能夠使用幾種不同規(guī)格的肋板和翼板的組合，來適應各個載重量半掛車的需求。
此次半掛車縱梁的參數(shù)如下：
主截面高為500mm；腹板厚度8mm；上翼板尺寸140×16；下翼板尺寸140×16；變截面加強板尺寸110×8。
凹梁式
階梯式
平板式
圖2.9 縱梁種類
（2）橫梁
橫梁是組成底盤的重要的一個部分，它把左右縱梁連接起來。橫梁自己的抗扭特性和在底盤上的具體布置情況對底盤的內部作用力和底盤的強度有很大的作用，合適地給出橫梁的尺寸的總布置能夠確定底盤具備充足的受扭強度。
半掛車底盤的橫梁，分為沖壓工藝制作或向其他公司采納型材兩類，沖壓工藝制作和后者相比，會輕到15%～20%。
通常使用的橫梁結構如下：
（1）圓形有相對高的受扭強度，可由于縱梁斷面高，為了讓載荷可以從斷面?zhèn)鬟_給橫梁，一定要焊接一些肋板，所以，底盤的質量變大、花費因此高、所需要的制造技術繁雜。與此同時，如果受扭程度大時，肋板處內部作用力大。所以圓形橫梁通常僅僅在底盤縱梁的兩頭使用，位置與下翼板比較接近，底盤整體的受扭強度變大。
（2）工字形負載傳遞與其他類型相比較好，可由于縱梁和橫梁翼緣聯(lián)接，對受扭限制大，所以翼緣處發(fā)生的內部作用力大。
（3）槽形一般是鋼沖壓工藝制作而成，花費較低，所以很大一部分企業(yè)使用這種橫梁，受扭強度差。
（4）箱形與圓形橫梁差不多，有比較優(yōu)越的抗扭性。
橫梁的斷面各個長度，我們一般用類比法決定。從產物的系列化、規(guī)范化和普遍化出發(fā)，此次設計使用一、二種橫梁，在布置上，使用疏密相間的方法。
（3）縱梁和橫梁的連接
底盤的強度，除了與縱梁、橫梁原本的強度有關，連接點處的強度對它的作用也很大，連接點處的強度如果越大，車架的強度就越大。因此，橫梁和縱梁連接點布置的合理給出，是必須面對的重要問題，以下給出幾種連接點布局。
（1）橫梁和縱梁的上下翼緣聯(lián)接（見圖2.10（a））。此布局對增大底盤的受扭強度，十分起作用?？僧斒芘み^大時，容易限制受扭，所以，縱梁翼緣處會發(fā)生較強的內部作用力。
（c）
（a）
（d）
（b）
圖2.10 半掛車縱梁和橫梁的連接
（2）橫梁和縱梁的肋板聯(lián)接（見圖2.10（b））。此布局強度差，許可縱梁斷面不受限制發(fā)生翹曲，未達到限制受扭。此布局一般在受扭改變程度小的底盤中間的橫梁上得以使用。
（3）橫梁與縱梁上翼緣和肋板聯(lián)接（見圖2.10（c））該布局同時具備上述兩種構造特性，所以和上述兩種相比，使用較多。
（4）如圖2.11所示。此布局也被叫做貫穿連接結構，是現(xiàn)在絕大多數(shù)企業(yè)使用的車架布置形式。此結構在聯(lián)接處僅僅焊住橫梁腹板，它的上面和下面的翼板不焊接，而且穿孔間留出一定的空隙。如果縱梁發(fā)生形變，此結構許可縱梁發(fā)生微小移動，因此消除應力集中的現(xiàn)象。
此結構有腹板，承載能力大，應力會更加均勻。
圖2.11 貫穿式橫梁結構
（4）車架寬度
為加強底盤的橫側強度，使縱梁之外的橫梁的外側距離變小，兩根縱梁間的距離，要盡量大。從制作工藝的角度出發(fā)，車架兩縱梁間，一般用前后等寬布局。
（5）縱梁強度計算
半掛車學說研究中，縱梁設計時，一般僅僅針對縱梁實行化簡之后的剛度計算和校核，來給出縱梁的斷面各個長度。依據(jù)以上傳統(tǒng)，設計縱梁時我們給出下面的假設：
（1）在牽引銷和后輪上，縱梁是簡支梁；
（2）空載時的重量均勻分布在兩縱梁的全長，貨物完全運載時的載重均勻分布在負載面的全長。
圖2.12 車架模型
因此這篇文章，在模型的建立中，思考縱梁受力狀態(tài)時，首先得出的是力學的，雖然在具體境況中，縱梁所受的負載要比模型繁復的多，但是總體上，靜態(tài)負載和動態(tài)負載對稱垂直，我們能夠把縱梁看成牽引銷和后軸支撐的簡支梁，然后進行強度校核。與此同時，縱梁左右對稱，因此，能夠對某一側縱梁用傳統(tǒng)的理論做強度計算。它的計算過程如下所示：
縱梁和橫梁都使用P51OL，P51OL有較好的機械特性，冷沖壓、焊接性能等。P510L鋼的綜合特性優(yōu)于Q235A和16Mn，許用應力[σ]=395 Mpa。側支梁和上述第四種結構的橫梁都使用Q235A，伸長率δ=26%，密度ρ=7.8×103kg/m3。
（1）車體各個部分的質量
底盤重2800kg，牽引板、牽引銷和懸架重500，三根軸共重900，貨物運載鋼板質量750kg，攔板等約480kg，護攔板、器材箱總重為300。
（2）軸荷分配
如圖2.13所示，半掛掛車后軸的作用力簡化為,有：
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——牽引銷所受力（N）；
——后軸中心處所受力（N）；
——牽引銷到中間車軸的距離（m）
圖2.13 車架均布載荷圖
空載：
滿載：
（三）強度計算
滿載情況下，縱梁的強度校核
1.支反力計算
式中：——半掛車承受的重力
——縱梁上的單位長度線載荷
由上述計算得：
由平衡力矩：得
2.剪力的計算：
CA段：
AB段：
BD段：
3.彎矩的計算：
CA段：
AB段：
BD段：
通過以上三式能夠得到縱梁M最大的點是：
A點的最大彎矩：
；
B點的最大彎矩：
；
通過受力能夠得出，彎矩最大點出現(xiàn)在段上，于是：
；
；
；
（四）危險截面確定
經過對所作圖的分析和縱梁受力分析能夠得到危險斷面各自距車架前面長度為1.50m，2.96m和4.771m，所以對上面三處實施剛度檢驗，令它們是斷面1、斷面2、斷面3。
截面1：H=250mm，δ1=16mm，δ2=8mm，B=140mm
截面2：H=330mm，δ1=16mm，δ2=8mm，B=140mm
截面3：H=500mm，δ1=16mm，δ2=8mm，B=140mm
由此可計算抗彎截面系數(shù)：
=0.0005465m3
=0.0007747m3
=0.0013236m3
各截面處的彎矩：
通過材料力學公式得到的彎矩，得出三個截面的應力如下：
截面1：
截面2：
截面3：
接下來計算三個截面的剪切應力：
剪切應力：，為所選材質的許用剪切應力。
工字梁斷面，它的肋板上的受剪作用力能當做是均勻分布的，因此它的受剪作用力能用下面式子得出：，其中是腹板截面面積。
通過以上公式得出三個斷面的受剪作用力：
截面1：
截面2：
截面3：
因為縱梁受剪切和彎曲作用力，因此它的作用力需要以下的式子得出：
許用應力：，式中：是材料的屈服極限
是疲勞系數(shù)=1.2-1.4我們取=1.3，是動載系數(shù)=1.8-2.2我們取=2.0
此次設計的半掛車縱梁使用P510L半掛車縱梁專屬鋼，其屈服極限為
因此能得出許用應力為：
使用材料力學中的第四強度，檢驗三個斷面的作用力：
截面1：
截面2：
截面3：
經以上檢驗，縱梁三個截面的應力小于許用應力，故符合條件。
2.6 小結
本章選取了半掛車的結構形式，確定了半掛牽引車和半掛掛車連接處的尺寸和角度，同時對支承裝置的支撐位置和支承質量進行設計，最主要的是對車架縱梁和橫梁的截面的選取和強度的計算和校核，危險截面的應力小于材料的許用應力，符合設計要求。
3半掛車其他部件設計
3.1半掛車的懸架
把半掛車車架和軸兩者連接的所有部件，稱為半掛車的懸掛。它的最重要的功能是將在車輪和車架之間作用的負載相互傳遞，而且減小或者除去因為半掛車行駛在崎嶇道路而傳遞給車架的沖擊，來提高半掛車的平順性和行駛穩(wěn)定性。
半掛車和牽引車所采用的的懸架在結構上沒有什么不同，例如通常使用鋼板彈簧當做彈性元件，有些情況下也采用油氣懸架結構?？墒钱敀燔囇b載質量較大時，由于掛車本身有多軸承載，為了確保各個車輪和路面都有良好的接觸，同時，也能夠讓載荷均勻分布于掛車的懸架系統(tǒng)，我們通常使用的是平衡懸架；如果是液壓全掛車，我們一般使用液壓懸架等。
半掛車的懸架需要符合以下的條件：（1）將在車架和軸上的作用力和彎矩的影響完美相傳，確保半掛車有可滿足要求的的工作穩(wěn)定性和操縱可靠性；（2）有較長的使用壽命；（3）與半掛車總布置相配合（4）雙手轉動方向盤時，能夠較少增值；（5）質量較輕。
常用的懸架系統(tǒng)有如下幾種：
（1）鋼板彈簧平衡懸架
鋼板彈簧平衡懸架系列，由于使用的懸架匹配是不同軸數(shù)，能夠滿足半掛車裝載10-45t彈性懸架的要求。依彈簧對于車軸的布置方式來分，有上置式和下置式，而下置式能夠把半掛車貨臺的離地距離變低。平衡懸架的特點為：兩組鋼板彈簧在安裝平衡臂之前和之后，而且在車架上懸掛一個支架，如果行駛在崎嶇的道路上，這種懸架憑借平衡臂的杠桿受力，而且能經過受力桿尺寸的改變，把軸的中央線改變到和底盤縱側對稱線成90度角的方位，因此可以降低車輪側滑而引起的磨損率。
（2） 剛性平衡梁懸架
剛性平衡梁懸架一般在低速的重型掛車上使用較為廣泛，他和其他懸架的不同之處是，并沒有彈性元件，通過左右兩個箱型結構的平衡梁和前后車軸形成框架結構。在中央樞紐上，存在樞紐托架和半掛車車架連接。橡膠襯墊或者孔型橡膠部件襯在平衡梁和車軸的接合部，來吸收掛車行駛過程中中產生的震動和位移。路面的縱向不平度就通過平橫梁的俯仰自由度來與之適應，用以保證前后車軸負載的相對平衡。
圖3.1 常見的懸架系統(tǒng)
(a） (b） （c）
此次設計的半掛車，懸架我們采納的是三車橋相互聯(lián)接的懸架（見圖3.2）。鋼板彈簧懸架中央有一個質量平衡部件，如果掛車在崎嶇的路面上行駛，能夠讓三軸的懸架鋼板彈簧撓度發(fā)生相同改變，這樣車架就可以緩沖。
三橋串聯(lián)平衡懸掛的主要參數(shù)：
鋼板彈簧長度1200㎜，寬120㎜，厚16㎜，片數(shù)8；板簧中心距980㎜。
3.2半掛車的車軸
半掛車的軸不是驅動軸,我們能夠把它當做沒有微小形變的橫梁,連接點處在車輪的中央,負載質量由彈簧座承受,如圖3.3所示。
半掛車軸的重量是非懸掛重量，對半掛車的行駛特性存在負面影響。因此在給出輪軸時，需要盡可能減小結構質量，而且和符合的懸掛進行相配。
半掛車輪軸的構造設計，輪軸分為軸管和軸頭，軸管和懸掛相連接，軸頭裝配的是輪胎部分。
圖3.2 半掛車車軸的受載
半掛車車軸的基本結構應該一樣，半掛車軸載質量不一樣，需要不同的系列滿足。
本半掛車的車軸，其最主要的參數(shù)如下表所示：
表3-1車軸主要參數(shù)
掛車軸參數(shù)表（單位：mm）
總成型號
CDS101840（P9型）
最大軸荷(Kg)
12000
輪距
1840
最大外廓
2182
鋼板托距×中心孔徑
980×φ28
制動器型式
氣制動
制動器直徑×蹄片寬度
P3:φ420×186
車輪螺栓
10-M22×1.5
車輪螺栓分布圓直徑
φ335
3.3半掛車制動系統(tǒng)
3.3.1制動系統(tǒng)的要求
牽引車和掛車的剎車系統(tǒng)合起來叫做半掛車的剎車系統(tǒng)。與此同時，制動器、制動傳動和控制裝置又組成了其中的每一種剎車系統(tǒng)。掛車制動器，在一般情況下和牽引車制動器是一樣的，它的具體結構和調整方法能參考相關的汽車設計文獻和資料。牽引車的剎車形式和拖掛的載荷則會決定剎車部分的剎車傳動和控制裝置。
半掛車的剎車部分除了要有普通汽車剎車系所必要的降速、駐車和剎車力大、剎車穩(wěn)定、熱量流失機能好等，還必需符合下面的條件。
（1）半掛車的剎車部分需要互相聯(lián)系，穩(wěn)定性高。
（2） 如果掛車發(fā)生不測，本身脫掛，剎車路線被割斷時，剎車部分需要馬
上讓其自己剎車。
（3）半掛汽車列車處于滿載拖掛狀態(tài)，制動系統(tǒng)可以在不超過16%的坡道上停駐；而且，掛車需要具備另外的駐車剎車系統(tǒng)，來確保脫掛停車時可以達到穩(wěn)定制動。
3.3.2制動系統(tǒng)工作原理
此次設計的半掛車，我們使用雙管路氣力剎車部件，它的路線設置分布，如圖3.5所示。在駕駛室內，雙管路氣力剎車系統(tǒng)存在手剎車閥，能夠完成掛車的駐車剎車。如果有單獨解除掛車制動的要求，就將調載閥放在松開位置。當掛車發(fā)生意外性脫掛，此系統(tǒng)可以把掛車自己制動。壓力保護閥能避免牽引車儲氣筒空氣向外泄露。
不管列車處于行駛或者制動狀態(tài)，雙管路制動系統(tǒng)的掛車儲氣筒會始終在充氣，如果半掛汽車列車下長坡連續(xù)制動，壓縮空氣同樣可以得到及時的供給，讓制動可以連續(xù)、可靠，確保車輛行駛更加安適，這就是雙管路裝置的最主要的優(yōu)點。
圖3.3 雙管路充氣制動管路
3.3.3制動系統(tǒng)的閥
以下給出幾種和掛車剎車相關的經典閥門的機理。
（1）雙管路掛車剎車閥，當半掛車行駛時，活塞和閥總成讓進氣門處于封閉，排氣門打開。同時，牽引車儲氣筒的氣體被封鎖，可掛車剎車控制管路在放氣。剎車時，駕駛員驅動牽引車制動閥，牽引車剎車氣體通過閥充入空腔，推動活塞向左邊運動，而且經由閥總成打開進氣門，讓牽引車儲氣筒內的氣體由氣門充進掛車剎車的路線設置。但是當牽引車剎車作用力接著變大時，掛車剎車控制路線持續(xù)處于開通狀態(tài)，掛車剎車的受力，和原來相比，將進一步變大，實施更加強力的剎車。當不需要剎車時，活塞經較高的掛車剎車路線設置作用力向右推，允許排氣閥門開啟，剎車線氣體經排氣閥門釋放。
（2）雙管路掛車緊急繼動閥，這種閥在控制路線進氣的時候，讓掛車儲氣筒給剎車氣室充入空氣，因此可以進行剎車。在雙管路部分中，不管是否剎車，掛車儲氣筒將會始終處在氣體進入時刻。同時，該儲氣筒內壓強沒有符合條件之前，剎車器會始終處在剎車時刻，半掛車沒有行駛可能性，這被稱做反饋剎車。
當半掛車剎車的時候，駕駛員踩下牽引車剎車閥，由于剎車閥的作用讓掛車控制管路進氣，壓縮空氣進入空腔，致使氣門首先封閉，之后促進活塞持續(xù)下移。
圖3.4 緊急繼動閥的結構
（3）調載閥可以分成手動、自動兩種。手動調載閥的作用機理是，當剎車時，壓縮的氣體通過緊急剎車閥充入剎車氣室。當壓強到達所需要的數(shù)字時，活塞會在彈簧的作用力作負功的情況下下降，然后閥門總成在彈簧的作用力下向下移動，讓進氣門封閉，因此避免剎車氣室壓強的繼續(xù)增加。
3.4 小結
本章是對半掛車其他部件的設計和選取，包括懸架、車軸和制動系統(tǒng)，具體介紹了不同種類零件的組成和工作原理。
總結
這次的畢業(yè)設計：某型半掛掛車總體設計，即集裝箱欄板半掛車總體設計。在設計的過程中，由于重型半掛掛車要解決的問題很多，現(xiàn)有的資料較少，遇到了很多的難題。我到學校的圖書館、中國汽車網(wǎng)和中國知網(wǎng)去查找一些論文和文獻，對專用汽車的結構與設計進行了比較細致的學習，首先確定了半掛車的總體結構，然后確定了牽引連接處的一些具體的尺寸，然后就是支承裝置的確定和車架的計算和校核，在半掛車的其他部件的選取工作中，確定了懸架、車軸和制動部分的類型和尺寸，在設計的進程中，得到了老師的細心指導，最終順利完成此次的畢業(yè)設計。
我從這次畢業(yè)設計中，學到了許多車輛的專業(yè)知識，初步了解了總體設計的流程，讓我深深了解到總體設計的重要與艱難。在學習專業(yè)知識的同時，也學會了團隊合作，設計中的創(chuàng)新精神。
最后，由于本人的實際經驗和所學知識有限，本設計難免存在誤漏之處，懇請各位老師予以指正。
致謝
經過啦這一段時間的努力工作，大學四年來最可以體現(xiàn)真才實學的畢業(yè)設計終于結束了，在畢業(yè)設計的過程中我學到了很多知識也增長了我的實踐經驗。此時此刻，我要感謝給予我?guī)椭睦蠋?、同學和所有關心支持我畢業(yè)設計的朋友。
首先要感謝我的指導老師王老師，感謝他的熱心輔導；其次要感謝在我困惑時，為我解惑的同學們，設計任務能順利完成，肯定離不開他們的幫助，因為我們大家經常在一起探討問題，討論設計，他們給予了我好多寶貴的意見；最后要感謝車輛與動力工程系對我大學四年的培養(yǎng)，不僅教會我很多的理論知識，還教會我很多的做人道理，為我今后步入社會打下了堅實的基礎。
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