ST5063TQZ清障车改装设计

摘要
随着经济的发展，我们国家道路上的汽车不断地增长，而相应的则是越来越频发的交通事故，为了避免车辆的二次损坏，道路清障车在作业时应十分注意对事故车辆的保护，特别对一些新车、高档轿车，应必免因为作业中捆绑、挤压以及运输对事故车辆的损坏，特别对一些高档轿车，应避免因为作业中的捆绑、挤压、以及运输中的碰撞造成对事故车辆机件及外观上的进一步损伤了改。

ST5063TQZ平板清障车作为专用清障车的一种，它利用附加的液压绞盘、液压举升装置、托板能够对事故车辆施行装载运输，实现对事故车辆的快速处理，并且不受事故车辆车速的限制。

在查阅大量相关资料的基础上，深入分析了平板清障汽车设计的总体方案，对底盘、举升机构、液压系统、液压绞盘以及相关附件等进行了合理选择。

并通过对底盘型号的选取，确定了整车性能参数。

确定了对背式清障汽车的总体参数。

此外，对改装后的整车性能也进行了分析和计算，以确定是否能满足国家标准。

关键词：清障车；平板；液压绞盘；升降机构；液压系统
ABSTRACT
With the rapid development of the modern logistics dustry,More and more cars continue to grow in our country, the corresponding is more and more frequent traffic accident,in order to avoid the damage again. The wrecker truck is considered as a kind of the special lorry for carrying goods. By making use of an additional rear gate, the vehicle completes the self-lifting and self-unloading of the goods to make the loading and unloading operations achieve mechanization, thereby brings out the fast freight on some degree.
The article makes in-depth analysis of the program of the overall design on the basis of searching for a large number of relevant information, make a reasonable choice for chassis,the tailgate lift, hydraulic system, rear gate and the related accessories. And also through the selection of the chassis, the article determines the performance parameters of the vehicle. On this basis, adding to the kinematics and mechanical analysis of the tailgate lift mechanism, it makes the identification and verification of the size of the tailgate lift’s movements. Meanwhile, adopting a hydraulic control system to controll each component, it carrys on the function of rising goods, lifting, and unloading goods, and though the design of hydraulic components, it determines the components of the hydraulic models. At this point, the article determines the overall parameters of the whole vechile. In addition, it makes the analysis and calculation for the whole after repacking to test whether it can meet the national standard.
Key word: Wrecker truck；Rear gate；Hauling-up device；Tailgate lift mechanism；
Hydraulic system
目录
摘要..................................................................................................错误！未定义书签。

Abstract. (2)
第1章绪论 (5)
1.1 课题研究的目的和意义 (6)
1.2 国内外清障车的发展现状 (7)
1.3 设计的主要内容 (8)
第2章清障车的分类及总体布置 (9)
2.1 清障车的分类 (9)
2.2 工作原理 (10)
2.3 二类底盘的选择 (11)
2.4 总体布置 (13)
2.5本章小结 (13)
第3章清障车的结构与设计 (14)
3.1基本尺寸参数的确定 (14)
3.2质量参数的确定 (14)
3.2.1额定装载质量 (14)
3.2.2整车整备质量 (15)
3.2.3总质量 (15)
3.3道路清障汽车副车架的设计与分析 (15)
3.3.1副车架的截面形状及尺寸 (15)
3.3.2副车架的前端形状及安装位置 (16)
3.4 本章小结 (18)
第4章液压系统设计 (19)
4.1举升机构形式的选择 (19)
4.2 液压系统的类型和特点 (21)
4.3 液压系统的组成 (22)
4.3.1 液压系统的组成 (22)
4.3.2 液压缸的组成 (22)
4.4 油缸的选型与计算 (24)
4.4.1 油缸直径及行程确定 (24)
4.4.2 活塞杆直径d的确定 (26)
4.4.3 液压缸壁厚和外径的计算 (26)
4.4.4 缸体长度的确定 (27)
4.5 油泵的计算与选型 (27)
4.5.1 油泵工作压力的计算 (28)
4.5.2 油泵理论流量的计算 (28)
4.5.3油泵排量的计算 (28)
4.5.4 油泵功率的计算 (29)
4.6液压绞盘的设计 (29)
4.6.1系缆部分 (29)
4.6.2液压马达部分 (29)
4.6.3绞盘性能参数计算 (30)
4.6.4液压马达的性能计算 (30)
4.7油箱与油管的计算与选型 (30)
4.7.1油箱容积的计算 (30)
4.8.2油管内径的计算 (30)
4.8取力器设计 (31)
4.9 本章小结 (32)
第5章整车性能计算分析 (33)
5.1道路清障车整车参数 (33)
5.2动力性计算 (34)
5.2.1发动机外特性 (34)
5.2.2汽车的行驶方程式 (35)
5.2.3动力性评价指标的计算 (39)
5.2.4道路清障车整车动力性计算.............................................................................
5.3燃油经济性计算 (40)
5.4道路清障车稳定性计算 (41)
5.4.1道路清障车运输状态稳定性计算 (42)
5.4.2道路清障汽车载运时稳定性计算 (43)
5.5本章小结 (44)
结论 (45)
参考文献 (46)
致谢 (47)
附录 ......................................................................................................错误！未定义书签。

第1章绪论
1.1 课题研究的目的和意义
现代汽车工业具有全球性，是开放性的综合产业。

汽车工业的发展是社会经济发展的必然，而经济社会的发展对汽车使用功能不断提出新的要求，是汽车更好的为经济发展服务，在社会经济不断发展和人民生活水平不断提高的双重要求下，专用车的出现更好的满足了客户的专业需求。

2002年我国公路通车里程已达175.8万公里，其中高速公路达2.5万公里，跃居世界第二。

随着京沈、京沪、西南出海通道等高速公路的开通，我国以五纵七横国道主干线为重点的国家公路主骨架已初步建成。

这为清障车的突飞发展孕育了广阔市场，作为“让大地的脉络更畅通”的使者——清障车，要使其更能发挥安全快捷、强而有力的道路清障优势，那么清障车底盘专用化、重型化、智能化、作业附件实用性是清障车技术发展的必然趋势。

清障车底盘专用化，是国内清障车行业发展的必然趋势。

目前，国内的清障车全部是利用二类底盘来改装的。

二类底盘的轴荷分布是按载货车来设计的，这与清障车托举作业时的所要求轴荷分布是不同的。

往往会出现清障的托举机构还有潜力，清障车的总质量也小于其最大总质量，但其后轴却已经超载了。

二类底盘的轴荷分布对清障车是不适用的。

由于清障车是种作业车，其需随车携带许多作业附件工具。

现在国内的二类底盘两大梁外侧已被燃油箱、电瓶、气罐占住了空间，这样就很难再布置工具箱来安放清障车所需的众多作业附件。

若清障车底盘专用化，就能很好地来解决这些问题。

清障车重型化也是清障车技术发展的一个显著特点。

随着我国汽车吨位重型化的调整，国家西部开发、南水北调和西气东输的建设，加上奥运会、上海世博会和广州亚运会的成功举办，道路条件的改善，交通运输业的发展，公路运输向高速化、集约化、专用化、集装箱化发展，必将引起重型汽车业（包括专用重型汽车）的崛起。

作为保证道路畅通的清障车，无凝也必须重型化，才能满足重型车辆的清障需要。

现在国内最大吨位的清障车为48吨。

清障车智能化，就是从安全、方便、人性化考虑，在系统中装配一些智能设备，如遥控系统，机构安全报警系统，紧急拯救系统。

作业安全、快速是道路清障拯救的两项重要指标。

而专用作业辅件是作业安全快速重要的保证。

随着车辆的种类和款式的不断增多，道路上造成事故与故障
的模式也千变万化，因此，只有不断地开发安全、实用、高效的作业辅件才能满足各类清障作业的需要。

道路清障汽车自上世纪初诞生以来，不断发展，日趋完善。

已经是专用车中一个大家族，根据其中作业能力，清障汽车可分为轻型，重中型及超重型；根据结构形式区分，道路清障汽车可分为臂架起重机型清障汽车，门架叉式清障汽车，简单叉式清障汽车和背式清障汽车四个基本类型；从吊臂的作业功能来分，清障汽车有吊臂旋转型清障汽车，托臂负载折叠型，吊臂滑动型及吊臂固定型。

从托臂的作业功能来分清障汽车有托臂负载折叠型，托臂折叠型，及托臂不折叠型；从整车结构来分，清障汽车有单功能型，双功能型及多功能混合型。

典型清障车结构如图1.1。

图1.1 臂架起重机型清障车
1.2 国内外清障车的发展现状
清障车创始于公路交通非常发达的国家，早在20世纪50年代美国就生产出第一辆清障车。

当时这种车还比较简单，靠机械传动带动卷扬机，拉杆支撑，故障车一端被吊起拖离现场；往往采用自制底盘，功能较单一，这是清障车发展的第一阶段。

第二阶段，以引入液压传动与控制技术为标志，20世纪70年代第一批采用全液压传动的清障车生产出来，涌现了一批著名的清障车企业，如美国的ENTURY，CHALLENGER，JERR-DAN，WRECKER，澳地利的EMPL,日本的TOKYU，加拿大的NRC。

这一阶段的清障车技术和生产得到很大的发展，首先是系列品种、规模增多，结构形式多样化，其次是所用专用底盘、二类底盘多样化。

大型清障车最大为4桥。

第三阶段，结构多样、功能齐全，具有托举、起吊、拖曳、牵引、背拖、破折、清洁、维修等功能。

第四阶段。

工作能力更大，拖举能力最大达25吨，拖牵能力达48吨，起吊能力达40吨。

第五阶段，操作方式
更先进，工作环境更舒适。

我国清障车产业起步于20世纪80年代未。

近20年来，我国清障车行业经历了整车引进、吸收仿制到自主研发的过程。

随着我国城市交通与高速公路的快速发展，国产清障车的技术水平、制造工艺已取得突破性进展，形成了产品多功能化、智能化、人性化的技术特点，上装（专用机构）具有采用新材料、模块化设计和专用设备制造的工艺特点。

我国一些企业通过采用专用设备和模块化设计，实现了清障车的流水生产线生产，产量提高，成本下降，并有一定上装产品出口。

包括国有企业，目前我国清障车生产企业有10家左右，生产2—60吨100余个不同型号和规格的清障车产品。

据悉，国内目前最大吨位的清障车为48吨，产品投入市场后很受欢迎。

我国自主开发的60吨级清障车也已实现销售，80吨级清障车的开发已开始筹划。

可以说，国内清障车的设计与市场开发已进入一个新的时代。

1.3 设计的主要内容
设计主要承担的任务是设计举升机构，初步选定采取全液压操纵，取力器从变速箱窗口取力，发动机的输出动力通过传动轴到达齿轮泵，油泵输出高压油，流经多路换向阀、液压阀，然后到达各执行原件。

设计总体分为三个方面：机械举升部分（包括举升臂的选材、外形尺寸的确定等）；液压控制部分（包括液压缸的计算和型号确定、液压控制系统的设计和辅助元件的选择等）；相关辅助系统部分。

第2章清障车的分类及总体布置
清障车总体设计的主要任务是：正确确定清障车的性能指标，正确选择汽车底盘，为各部件设计提供控制参数和设计要求，对各部件进行合理布置和运动校核，并对车辆性能进行准确计算和控制。

对道路清障车进行改装设计，一般应满足以下设计要求：
1、具有一般清障汽车的功能；
2、能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度；
3、拖拽功能；
4、牵引功能。

2.1 清障车的分类
按类别主要分为：拖吊连体型、拖吊分离型、平板一拖二型、360度旋转吊型、液压自动夹紧型。

按牵引吨位分为:2吨、3吨、5吨、8吨、10吨、15吨、25吨、30吨、50吨、80吨。

按品牌分为：江淮清障车、五十铃清障车、东风小霸王平板清障车、东风多利卡托吊型清障车、东风平头道路清障车、红岩重型清障车、斯太尔重型清障车、平板清障车、依维柯清障车。

按作业能力分为：轻型，中重型及超重型。

轻型清障国作业对象是轻型载货汽车，微型客车及轿车等，中重型清障车的清障作业对象是中重型载货汽车，大中型客车等，超重型清障车作业对象是重型载货汽车及超重型半挂汽车系列等。

清障车按其使用特点可分为运载类、起吊牵引类。

运载类是将损坏的车辆牵引到运载车上运走；起吊牵引类是用车上安装的起吊牵引装置把损坏汽车的一端托起(或吊起)离开地面，另一端仍然着地，然后由起吊牵引式清障车拖离现场。

清障车基本上都是采用载货汽车的二类底盘改装的，按清障车结构型式可分为拖运、装运、吊运、救援(单臂式和双臂式)式清障车。

2.2 工作原理
平板型清障车不具备的工作台翻转能力，运动形式类似翻斗卡车。

清障车在工作平台前部装有液压传动紧绳机构，是装车卸车的动力来源。

工作原理：在二类通用汽车底盘上装有用油缸、连杆和底盘相联接的工作平台，工作平台、汽车底盘、翻转油缸及连杆共同构成在汽车纵向垂直平面内的四杆机构。

当翻转油缸伸出时，工作平台平缓地后移和翻转，平台末端落地，与地面成1l°～22°角，位于事故车正前方。

图2.1清障车工作过程及原理
装车作业过程：清障车以车尾接近事故车，翻转油缸工作使工作平台后翻落地。

开动液压卷扬机构，用钢丝绳连接事故车辆的前桥(也可连接事故车辆后桥，以倒拉方式装车，开动紧绳器，事故车被缓慢地拉上平台，驱动翻转油缸，工作平台复位，固定事故车辆后即可实现无损输送。

为了便于曳引事故车辆，可在工作平台上设置两条纵向由排列紧密的多支平行滚子组成滑道，使牵引阻力降低，即使前后桥均已损坏，车轮不能转动的车辆也能轻松装卸。

到达目的地，卸车过程是装车过程的逆过程。

动力来源为发动机，取力器从变速箱窗口取力，发动机的输出动力通过传动轴到达齿轮泵，油泵输出高压油，流经多路换向阀、液压阀，然后到达各执行原件。

工作原理示意图：
图2.2液压工作原理示意图
2.3 二类底盘的选择
清障车是一种专项作业的汽车。

汽车底盘的性能决定了清障车的基本性能，最大限度地发挥底盘的能力及底盘能够满足专用装置的要求是底盘选择的关键。

根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及
工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。

汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，清障车是以路面作业为主的专用车，故底盘的选择以二类货车底盘为主。

采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。

在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求：
1、适用性
对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对乘用车用的总成应适于乘客的需要。

达到乘座安全舒适；对各种专用改装车的总成应适于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装选型设计，例如各种取力器的输出接口等。

2、可靠性
所选用的各总成工作应可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于均衡。

3、先进性
所选用的底盘或总成。

应使整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平。

而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。

4、方便性
所选用的各总成要便于安装、检查、保养和维修。

处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。

在选用专用汽车底盘时，除了上述因素外，还有以下两个很重要的方面：一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本小很大约部分，一定要考虑到用户可以接受。

这也涉及到专用汽车产品能否很快地占有市场、企业能否增加效益等问题。

二是汽车底盘供货要有来源，要同生产汽车底盘的主机厂有明确的协议或合同，无论汽车底盘滞销或紧俏，一定要按时将底盘供货。

目前国内市场上底盘的种类多、品种全，国产底盘可供选择的品种很多，如东风、解放、庆铃、江铃、依维柯、江淮、黄河、跃进、斯太尔、北方奔驰等知名品牌均可做为清障车的底盘，因为江淮货车价格便宜，市场保有量大，维修方便，所以选取江淮汽车厂的HFC1061k93型的二类底盘。

表2.1 HFC1061k93底盘参数
2.4 总体布置
本次设计的清障车为平板式清障车，其主要由底盘、副车架、托盘、托臂、液压系统、工具箱等组成。

平板清障车各部分结构的功能：
1、副车架是各个上装部件的安装基础，能够将各部件的集中载荷均匀地分布到底盘车架上，改善底盘受力状况。

2、托架是托盘滑动，托臂托举等作业的支撑骨架。

托盘在托架轨道上被油缸推着前后滑动；托架油缸推动托架实现托盘倾斜；托架后部安装托臂来完成各种托举作业。

3、托盘是清障车参与救援工作的主要部件。

托盘向后滑移，并倾斜合适角度，尾部支腿靠地。

此时绞盘可将故障车辆顺利牵引到托盘上来,借助各液压油缸的伸缩动作，托盘收回原位，完成驮载作业。

4、托臂是清障车参与救援工作的关键部件，对故障车辆的托举牵引工作主要通过托臂来实现。

借助于各液压油缸的伸缩动作，托臂能够实现折叠、举升、倾斜及伸缩等运动，从而完成各项清障救援任务。

5、配置一个大工具箱。

用于存放清障车的各种作业附件及其备件。

在车身后部两侧有两个操纵箱，是安装液压操纵手柄的空间，可始终处于安全的一侧操纵。

2.5本章小结
本章主要介绍了清障车的分类以及清障车工作原理，对本设计中的清障车进行了总体布置，确定了本设计所使用的二类底盘的型号。

第3章清障车的结构与设计
3.1基本尺寸参数的确定
道路清障汽车与普通专用汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保证其整车性能参数与原车基本保持不变。

常见二类底盘机构如图3.1所示。

图3 .1 常见二类底盘
3.2质量参数的确定
3.2.1额定装载质量
是在二类地盘的基础上多加了一套举升和倾卸装置，所以其道路清障汽车m
e
装载质量差不多，而且道路清障汽车不需要太高的速度，根据初定额定装载质量为m
=3 000kg，所以选择底盘最大承载质量为3500kg。

e
3.2.2整车整备质量
整车整备质量m 0是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。

参考同类普通专用汽车的整车整备质量，在此基础上在增加装备质量，便可估算道路清障汽车整车整备质量。

所选HFC1061k93车底盘的整备质量为5100kg,因为在本次设计选用的装备较多，因此整车整备质量相对有所增加，取为m 0=5500kg ； 3.2.3总质量
总质量m a 的计算公式为：
919530=⨯++=p e a m m m m kg （3.1）
式中 m p ——乘员质量（kg ），按每人65kg 计。

改装后道路清障汽车最大轴载质量的分配应基本接近原车底盘轴载要求。

又由于车厢升高的同时，其质心向后移。

3.3道路清障汽车副车架的设计与分析
在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷。

同时也为了
不破坏主车架的结构，一般多采用副车架过渡。

在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定要求。

3.3.1副车架的截面形状及尺寸
专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图3.2所示的槽形结构，其截面形状尺寸图3.2所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。

图3.2 副车架的截面形状
对于随车运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图3.2和图3.3所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。

图3.3 加强后的副车架截面形状
图3.4 加强腹板的位置
3.3.2副车架的前端形状及安装位置
为了避免由于副车架截面高度尺寸的突然变化而引起主车架纵梁的应力集中，副车架的前端形状应采用逐步过渡的方式。

例如采用如图3.4所示的三种过渡方式。

对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上都加
工有局部斜面，其斜面尺寸如图3.4（c）所示。

h
0=1mm 、l
=15～20mm。

如果加工上述形状困难时，可以采用如图3.5所示的副车架前端简易形状，此
时斜面尺寸较大。

对于钢质副车架：h
0=5～7mm；l
=200～300mm对于硬木质
副车架：h
0=5到10mm；l
=H、副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能
地往驾驶室后围靠近。

（a）U形（b）角形（c）L形
图3.5 副车架前端的三种形式
图3.5为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装位置，在满足轴荷分配的前提下，其中A不宜过大，留足空压机的位置即可;B为副车架的前端离主车架拱形横梁的距离，一般在100mm之内;C为固定副车架的前面第一个U型螺栓距拱形横梁的距离，一般控制在500～800mm的范围内。

（a）钢质副车架（b）硬木质副车架
图3.6 副车架前端简易形状
图3.7副车架的安装位置
3.4本章小结
本章主要进行的是基本尺寸参数的确定以及质量参数的确定以及道路清障汽车副车架的设计与分析。

研究了截面尺寸形状以及副车架安装位置。

第4章液压系统设计
道路清障车液压系统设计的好坏，将直接影响整车的性能。

道路清障车液压系统一般主要包括托举液压系统、液压卷筒液压系统。

本次道路清障车的改装设计主要偏重于机械机构的设计与分析，而其液压系统所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产供应；因此在改装设计中只需要进行液压元件计算选型。

其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及各种相关控制阀的选型等。

4.1举升机构形式的选择
举升机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为举升动力。

直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。

该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。

但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸。

按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置两种，如图4.1所示。

前置式油缸支在车厢前部，油缸的举升力较小，油缸行程较大，一般用于重型自卸汽车上，油缸则通常采用多级伸缩油缸。

后置式油缸支在车厢中部，油缸行程较小，油缸的举升力较大，多采用双缸双柱式油缸。

在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反。

(a)前置式；(b)后置式
图4.1 直推式举升机构的布置。