重型貨車后部防護裝置設(shè)計說明書

1、參考資料緒論論文研究背景近十來，中國高速公程數(shù)和機動車保有持續(xù)增加。根據(jù)公局、公安部最新統(tǒng)計顯示：截至2011底，中國公通車程達到85000公，僅次于美國位于全球第二；機動車保有達到2.25億輛，其中汽車達到1.06億輛，僅次于日本，居于全球第二。因此，如何保障道交通安個已成為當前討論的熱點和難點問題。根據(jù)我國的交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，從2002至2009，事故總體上呈現(xiàn)遞減趨勢，但是在2010卻出現(xiàn)大幅的反彈；其它數(shù)據(jù)上如傷亡人數(shù)、經(jīng)濟損失則一向持續(xù)低。究其原因，主要是我國出臺新的汽車安全法規(guī)、強化監(jiān)管道交通安全和提高整車安全性能等聯(lián)合作用的結(jié)果。但我國道交通事故總數(shù)居高下，汽車安全問題仍得到

2、有效保障。我國高速公具有其獨特的特點，如：全封閉、全交等。所以交通事故的形態(tài)構(gòu)成與普通公大同。據(jù)統(tǒng)計，在中國2010的高速公交通事故為39%，包括尾隨相撞，碰撞固定物或靜止車輛造成損傷均占25%。按車型所占比序排，追尾車輛車型依次為轎車、大型貨乍、輕型貨車、微型客車、其它類型車輛和中型客車;被追尾車輛車型依次為大型貨車、轎車、其他車輛和輕型貨車。所以，尾隨相撞仍是高速公交通事故的主要事故形態(tài)，并且由于高速公筆直、設(shè)計標準高、車速快，一旦發(fā)生交通則事故后果嚴重。在涉及重型卡車的交通事故中，尤其是在汽車追尾卡車和多輛車連環(huán)相撞造成的最嚴重的車禍，極為容的造成較大的傷害，事故發(fā)生和死亡的比是最大的，

3、這種事故的致死比是轎車與其他車型碰撞致死比的四倍，約占到追尾交通事故的46%，。針對此類情況，我國出臺相關(guān)法規(guī)，其中最早的是在1989頒布汽車和掛車側(cè)面及后下部防護裝置要求。2006，我國公安部頒布關(guān)于加強機動車安全防護裝置和乍身反光標識等管工作的緊急通知，提出規(guī)范安裝機動車安全防護裝置的處罰辦法，為貨車后下部吸能裝置的提出給予有的政策保障。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外最新研究進展在國外對車輛安全的研究很早，大部分的研究是通過仿真測試和實車碰撞來進，主要是為提高貨車和轎車之間的碰撞相容性，提高吸收緩沖保護的能。PriyaPrasad等對現(xiàn)有車輛耐撞性進較為系統(tǒng)的分析，并對其后部防護裝置的設(shè)計提出研究思。

4、DE提出改善車剛可以明顯提高碰撞的轎車和卡車的兼容性。Atahan等用大仿真測試得出結(jié)論并加以實測驗證，后防護裝置的規(guī)定離地間隙并能阻止轎車鉆撞貨車和建議修訂FMVSS223安全要求。Roger等使用MADYMO軟件對汽車和貨車進追尾碰撞仿真保護分析。意大巴莫用軟件來設(shè)計一個高效的能吸收部防護裝置。Berg等通過測試車輛驗證ECER58測試方法能有效保護轎車內(nèi)部乘員，并提出一系改進建議。Cerniglia等人總結(jié)現(xiàn)有的貨車后下部防護裝置吸能方式：同組件安全材的塑性變形、裝置摩擦損壞和液體或氣體的動之間的摩擦。Inqrassia等通過模擬轎車和重型貨車的碰撞過程，詳細描述碰撞特點，并進優(yōu)化設(shè)計過

5、程的分析。Rechnitze等參考相關(guān)的法和法規(guī)設(shè)計保護貨車后面的裝置，并通過碰撞測試裝備的有效性。國內(nèi)最新研究進展趙幼平等人提出一系的后防護結(jié)構(gòu)，經(jīng)過靜載荷和移動壁障追尾測試，比較分析出一個很好的設(shè)計方案。平飛提出將后部防護裝置設(shè)計成活動式，指出靜態(tài)加載試驗結(jié)果能反映裝置的實際作用效果，只有移動壁障追尾碰撞試驗可以在一定程上代替實車碰撞。朱西產(chǎn)等人選定的MDB轎車模型來分析同離地間隙對車輛后端吸能效果和車體變形的影響，結(jié)果表明后部防護裝置離地高小于450mm最佳。張志勇分別對圓形、雙圓形、矩形和槽鋼形四種截面形狀的橫的緩沖吸能效果進比較，得出圓形橫吸能效果最好。葉新娜等人將后部防護裝置常用的

6、槽鋼改進為圓鋼，保證防止鉆入并吸收多的碰撞能。付銳等人提出用圓柱形軸向大的特點，將緩沖區(qū)設(shè)計成圓筒體結(jié)構(gòu)，并將其放置在兩層鋼板之間，用軸心受壓來吸收碰撞能。楊輝等提出“N字型后部防護裝置結(jié)構(gòu)，并詳細分析其吸能保護機。董學(xué)勤等指出防護裝置的研究需考慮離地高與離去角之間的關(guān)系。白中浩等人提出矩形鋼管具有較好的吸收碰撞能，并對裝置的靜態(tài)加載試驗的修改提出建議。馬迅等人通過增加斜撐的方式對防護裝置進結(jié)構(gòu)改進，具有好的緩沖效果，驗證結(jié)構(gòu)的可性。趙洋分析矩形鋼結(jié)構(gòu)的鋼管壁厚、長寬比與斜撐傾角對后防護裝置吸能效果的影響。論文研究內(nèi)容本論文將查閱大的相關(guān)資，解吸能裝置的工作條件，運用機械設(shè)計方面的相關(guān)知識，初

7、步推算出設(shè)計中的限制性尺一寸，并對其基本構(gòu)件進設(shè)計。本文所設(shè)計的貨車后下部吸能裝置的先進之處在于：栓組結(jié)合薄壁吸能結(jié)構(gòu)可以吸收后部車輛意外撞擊時的沖擊能，低和避免在高速公上山于車身結(jié)構(gòu)特點和駛速的原因造成追尾車輛人員的傷亡；裝有該裝置的車輛在需要執(zhí)任務(wù)時，可通過電子控制裝置使其抬起到貨車后部，影響車輛的正常駛。word文檔整理分享貨車后下部吸能裝置設(shè)計的論基礎(chǔ)汽車碰撞學(xué)分析2.1.1能和動守恒定汽車碰撞（1）能守恒定汽車碰撞是指汽車在極短的時間內(nèi)與其他物體發(fā)生劇撞擊的作用過程。參考資料word文檔整理分享參考資料部位在此過程中發(fā)生塌陷性塑性變形，時間持續(xù)大約為O.ls-0.2s。在碰撞過程中產(chǎn)

8、生的動能迅速轉(zhuǎn)化成其他形式的能，如應(yīng)變能、熱能、化學(xué)能和聲能等。從此可以看出，汽車碰撞也遵循著自然界的能守恒定。動守恒定動守恒定是在動定和牛頓第三定的基礎(chǔ)上總結(jié)得出。對于汽車碰撞而兩車動交換的過程，碰撞前后的動能相等。動是向，方向取決于車輛速的方向。汽車碰撞學(xué)的特點汽車碰撞過程由碰撞前、碰撞中、碰撞后三部分組成，三者連續(xù)依次進。碰撞前這一時刻位置的過程；碰撞中階段是指從兩車發(fā)生接觸碰撞這一時刻開始到兩車碰撞過程結(jié)束的時刻為止，這一階段也是兩車之間進瞬間動交換的過程；碰撞后階段是指兩車碰撞過程結(jié)束產(chǎn)生分離這一時刻開始到兩車運動到完全靜止的時刻為止。碰撞階段也被稱為直接碰撞過程，包括彈性變形，塑性

9、變形和塑性變形。從汽車碰撞時車輛受角分析，得出以下特點：(1)汽車直接碰撞階段的作用時間非常短，一般在0.1s-0.2s，且與碰撞接觸部位的剛成反比，即剛越大，作用時間越短。(2)由于碰撞時間短，會造成兩車的減速和撞擊過大，減速的大小與兩車自身質(zhì)成反比，即質(zhì)大的車輛碰撞時受到的減速較小，車內(nèi)人員受到的傷害也相較低。兩車碰撞時彈塑性變形同時存在，且相互之間通過擠壓消耗碰撞動能。一般用恢復(fù)系數(shù)e夾衡碰撞時車輛的彈塑性變形的實際情況，即車輛發(fā)生碰撞后恢復(fù)變形的能，取值大小在0-1。汽車在碰撞過程中發(fā)生彈塑性變形主要集中在直接接觸部位，距離接觸部位體件。當在現(xiàn)實生活中，轎車與貨車追尾時，要盡保證轎車變

10、形主要集中在轎車的前超過一定范圍后碰撞區(qū)，特別是要保證轎車的頭部碰撞區(qū)和后碰撞區(qū)變形，見圖2-1所示。圖2-1轎車碰撞區(qū)域汽車追尾碰撞論汽車的追尾碰撞是指碰撞前兩車運動方向一致、后車速明顯高于前車，從而導(dǎo)致后車頭部撞擊前車尾部的現(xiàn)象。A車和B車的總質(zhì)分別用ml和m2表示，A車和B車碰撞后的速分別用vl和v2表示，A車和B車碰撞前的速則分別用v10和v20表示。圖2-2汽車追尾碰撞示意圖在汽車追尾碰撞過程中，被追尾車輛由于對事故的認知較!晚，來及采取相應(yīng)的回避措施，所以幾乎是完全處于被動狀態(tài)。對于發(fā)動機前置的兩車發(fā)生追尾碰撞時，主要是前車尾部發(fā)生大面積變形，其恢復(fù)系數(shù)遠遠小于正面碰撞。根據(jù)多次試

11、驗結(jié)果證明：當有效碰撞速ve大于20km/h，其恢復(fù)洗漱接近于，如圖2-3所示：圖2-3恢復(fù)系數(shù)與有效碰撞速的關(guān)系在碰撞中，兩輛車會粘在一起，以同樣的速vc移動。此時可以把兩者看成是一個整體，運用動守恒定來進計算。由于追尾車輛的駕駛員多半會在發(fā)現(xiàn)危險后采取緊急制動措施，而被追尾車輛幾乎是被動碰撞，所以輪胎和地面的摩擦?xí)呐鲎埠蟮拇蟛糠謩幽?。轎車追尾碰撞貨車的實分析高速公具有全封閉、全交、中間設(shè)有隔離帶的特征，所以在其交通事故中造成傷亡人數(shù)最多的是追尾碰撞，尤其是冰雪面或天氣能見好的情況下，容造成該類事故的發(fā)生。如果是轎車追尾貨車，情況就會加嚴重。因為貨車后懸較大且沒有足夠強的防護措施，追尾轎

12、車內(nèi)的安全氣囊也會被觸動彈開，從而導(dǎo)致貨車底板直接插入轎車駕駛室，這對轎車內(nèi)成員將是致命傷害。某高速段發(fā)生一起追尾事故。一輛轎車追尾碰撞同方向駛的貨車，轎車幾乎整個車身卡入貨車下部，轎車前部、上部以及駕駛室均發(fā)生嚴重變形，現(xiàn)場事故照片如圖2-4：圖2-4現(xiàn)場事故照片貨車后下部吸能裝置的設(shè)計分析3.1貨車后下部吸能裝置的想碰撞模式轎車與貨車之間發(fā)生追尾鉆撞事故時，會導(dǎo)致轎車的大部分車體（包括前擋風(fēng)玻璃、車頂前部等）直接撞到貨車尾部，車內(nèi)乘員幾乎沒有生還的可能。針對這類問題，部分貨車安有簡單的后防護裝置，有效地防上普通道上兩者的追尾碰撞，可是對于高速的傷害，可知在保證給轎車乘員有生存空間的前提下，

13、僅僅在轎車前部加吸能保護裝置和在貨車后部加簡單的防護裝置已經(jīng)解決根本問題，應(yīng)再次從貨車的后防護結(jié)構(gòu)上入手，在其后部加一個與轎車離地間隙相近的吸能裝置來吸收兩者的碰撞動能。該結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能多地發(fā)生剪變形，合吸收撞擊動能，材相對轎車車體較為軟化，使其作用在轎車車體上的和加速值均在許用范圍內(nèi)。合格的貨車后部吸能裝置應(yīng)能有效提高轎車貨車之間的碰撞相容性，如圖3-1和3-2所示o圖3-1未安裝后下部吸能裝置的追尾示意圖圖3-2安裝后下部吸能裝置的追尾示意圖貨車后下部吸能裝置的功能性要求根據(jù)GB11X67.2-2001標準的相關(guān)規(guī)定，采用移動臂障撞擊貨車后下部吸能裝置，主要考察其動態(tài)性能：（1）阻擋功能，防

14、止追尾車輛鉆入貨車下部，造成成員傷害；（2）緩沖吸能功能，緩和沖擊，改善碰撞相容性，最大程地保護駕乘人員安全和低對轎車本身的傷害；（3）升功能，安裝吸能裝置后，除將在一定程上增加貨車的質(zhì)外，還將加大車輛的整體長。因此，應(yīng)安裝有電子控制裝置來控制吸能裝置的升，以保證車輛長會受太大的影響。碰撞結(jié)果應(yīng)滿足如下要求：（1）碰撞過程中，較低的能吸收裝置可變形，紋，但允許從裝置整體從卡車連接處脫；（2）碰撞過程中，較低的能吸收裝置應(yīng)能吸收碰撞能，緩和沖擊的變形，車（3）碰撞結(jié)束后，撞擊轎車要在完全停止時與貨車后部車身保持盡可能少的接觸，避免兩者之間發(fā)生直接接觸碰撞；（4）碰撞結(jié)束后，除吸能裝置發(fā)生破壞變形

15、外，貨車本身無任何損傷；撞擊轎車車身變形較小，控制在車身前部吸能區(qū)域內(nèi)。貨車后下部吸能裝置的設(shè)計與實現(xiàn)4.1設(shè)計原及其吸能方式本論文所設(shè)計的貨車后下部吸能裝置主要是針對高速公上轎車追尾貨車發(fā)生碰撞事故的情況?？紤]到貨車和轎車車身結(jié)構(gòu)上的差異，現(xiàn)設(shè)計安裝在貨車后下部的安全緩撞吸能裝置。設(shè)計原是在原來簡單的貨車后防護裝置（多采用槽鋼或圓管結(jié)構(gòu)）的基礎(chǔ)上進較大的改進，由緩撞吸能組件來專門吸收碰撞動能，緩撞吸能組件由薄壁和栓組構(gòu)成以形成多個碰撞剪面。當發(fā)生碰撞過程時，兩根薄壁之間會產(chǎn)生相對的運動從而使栓組件發(fā)生分離。由于在薄壁是各栓件是分散布置，所以對于釋放緩沖能以及低車體的勢能有很好的效果，并可避免

16、對追尾車輛的二次碰撞。貨車后下部吸能裝置中基本構(gòu)件的特性分析貨車后部的能吸收裝置機構(gòu)的工作作為一個緩慢的碰撞吸能部件，和緩慢的碰撞吸能部件四方結(jié)構(gòu)。因此，本文主要對薄壁的主要特征進分析。根據(jù)薄壁的碰撞變形規(guī)可知，貨車后下部吸能裝置吸收能的多少和變形結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定取決于所選用薄壁的材、截面形狀和壁厚等，而的吸能效果與其抗彎折能是兩個相互矛盾的性能。根據(jù)相關(guān)研究表明：方形截面的薄壁結(jié)構(gòu)比圓形截面的薄壁在碰撞中具有有于保護駕乘人員較少損傷的吸能特性。4.2.1軸向?qū)W特性吸能裝置的薄壁結(jié)構(gòu)在碰撞過程中主要承受著軸向載荷，最好的變形結(jié)果是在剪栓后自身發(fā)生分階段屈曲變形。根據(jù)己有的解析經(jīng)驗公式，有助于解決實

17、際問題。如果矩形薄壁采用彈塑性材，其臨界失穩(wěn)強為：（1）一般汽車用薄壁為彈塑性材，半波長取直1入0.707b。根據(jù)半波長與寬高比之間的關(guān)系，只有當d/b0.67時矩形薄壁才會出現(xiàn)想變形模式。矩形截面薄壁承受的最大強可通過推算得出：（2）這n取0.43，可得：（3）這B取直見圖4-1，kp取直見圖4-2所示。圖4-1B直與t/b的關(guān)系圖圖4-2kp與d/b的關(guān)系圖截面形狀的選擇薄壁的形狀大致可分為五種類型：圓形，矩形，方形，角形和八個形狀。在同等質(zhì)的每單位長的情況下，正面碰撞能吸收的順序為八邊形，以角，圓形，方形和矩形。在單位長質(zhì)相等的情況下，正面碰撞吸收能的順序依次為、邊形、圓形、正方形和長方

18、形。在進后防護裝置截面尺寸設(shè)計時，可以從制造工藝、吸能效果和設(shè)計空間等方面來考慮。方形截面的薄壁結(jié)構(gòu)比圓形截面的薄壁在碰撞中具有有于保護駕乘人員較少損傷的吸能特性，而且正方形各邊長相同，可以形成規(guī)則的壓潰變形。其抗彎性能用公式可表述為：4）誘導(dǎo)槽形狀和位置的選擇薄壁上設(shè)置誘導(dǎo)槽的目的是定向引導(dǎo)薄壁變形和低軸向承受載荷，取得想的碰撞加速。誘導(dǎo)槽一般分為凹槽、形凹槽、球形凹槽、塑性壓痕、減薄、圓形凹槽、圓孔和橢圓形孔等。見圖4-3所示。圖4-3誘導(dǎo)槽類型入有關(guān)。（5）裝置整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)就國內(nèi)一起高速公上小轎車追尾碰撞貨車的實來進簡單設(shè)計：事故轎車質(zhì)為1870kg，外形尺寸（長X寬X高）為4820

19、X1807X1450mm，貨車質(zhì)為14390kg，外形尺寸（長X寬X高）為8490X2470X2830mm。由于后下部吸能裝置可升起放置在貨車后部，為滿足貨車限高等要求，故裝置的總長能大于貨車總高（即2.8m）；由于裝置上對稱布置有一些剪栓（栓直徑d0為1Omm），根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，栓或鉚釘最word文檔整理分享word文檔整理分享參考資料參考資料大容許間距應(yīng)滿足24t(t為薄壁厚，t=lOmm)，即240mm，最小容許間距為3d0=30mm，這取200mm；最小邊距為1.5d0=15mm，最大栓邊距為：sWmin(4d0,8t)=40mm，這取30mm；且還要考慮薄壁的屈曲變形吸能方式，故

20、將緩撞吸能組件長定為2.3m，考慮到裝置中還有保險杠連接組件，所以將裝置總長定為最大直2.8m。另外，根據(jù)安全基準的規(guī)定和后下部吸能裝置的實際情況，寬應(yīng)定為車寬的60%以上且能超過車寬，即1.5m-2.4m。此處定為2m。由于后下部吸能裝置安裝在貨車的后部且可升，所以在考慮裝置離地高上用考慮貨車通過性的問題，即應(yīng)選擇對轎車起最大保護作用的離地高。圖4-4所示為MDB以40km/h與貨車后部發(fā)生碰撞時的車身變形曲線。如圖可知，離地高能低到300mm以下的話，則轎車前端結(jié)構(gòu)全部參加能吸收，可以起到最佳的保護效果。所以，設(shè)定該裝置在放下狀態(tài)時離地高為300mm。圖4-4MDB以40km/h與貨車后部

21、發(fā)生碰撞時的車身變形曲線圖4-5和圖4-6分別為本文所設(shè)計的貨車后下部吸能裝置的工作檔位圖及其結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由保險杠連接組件、電子控制部分、機械控制部分和緩沖吸能組件等組成。圖4-5貨車后下部吸能裝置的上作檔位圖圖4-6貨車后下部吸能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖保險杠連接組件的設(shè)計保險杠連接組件是整個吸能裝置的主要受和支撐部件之一，其最基本的作用是用來將吸能裝置連接到貨車后下部。主要作用是當吸能裝置處于工作檔時，為緩撞吸能組件提供一定程的固定壁障功能;當吸能裝置處于駛檔時，用來承受整個吸能裝置的重。為保證吸能裝置在駛時可通過電子控制部分和機械控制部分將其抬起，所以在側(cè)板下部安裝有軸承，由于其主要承受徑向載荷，所以這選為深溝球軸承。豎板和貨車后部、側(cè)板和支持板之間通過栓組件夾連接，栓直徑定為30mm，其它栓選用16mm。除側(cè)板下部為軸承支撐和相應(yīng)栓連接外，其它各件采用焊接方式。保險杠連接組件主要件尺寸見表4-1所示。表4-1保險杠連接組件主要件尺寸機械控制部分的設(shè)計機械控制部分和絞盤機（電子控制部分）共同工作用來完成吸能裝置的升功能。這的機械控制部分主要指的是絞盤帶和鎖鏈。絞盤機安裝在絞盤機支架上，絞盤帶一端包裹在絞盤卷筒頂部，另一端包裹在緩撞吸能組件的中間橫板短軸上，可自由轉(zhuǎn)動。絞盤卷筒和短軸之間的絞盤