混凝土搅拌车静态侧倾稳定角计算方法探究

摘 要:针对以往混凝土搅拌车整[本文来自于www.jyqKw.COm]车静态侧倾稳定角计算时与实际测量误差较大的问题,推导了一种计算混凝土搅拌车静态侧翻稳定角的方法,该方法考虑了混凝土搅拌过程的质心转移及对悬挂系统的影响,从而提高计算的准确性。随后结合某款车型的实际优化过程,既验证了新的计算模型的准确性,又展示了悬挂系统和上装质心偏移对整车静态侧倾稳定角的影响程度,找到了合理有效的优化方案,对同类产品的设计具有一定的实际指导意义。

教育期刊
关键词 :混凝土搅拌车静态侧倾稳定角悬挂刚度质心偏移

中图分类号:U469.6+5.02 文献标识码:A文章编号:1004-0226(2015)01-0090-03

1前言

近年来混凝土搅拌车市场保有量逐年上升,随之而来的车辆侧翻等恶性事故频发,事故发生的根源主要有两点:一是由于混凝土搅拌车自身结构导致整车质心较高;二是罐体在搅拌过程中造成质心向一侧转移,这两点是混凝土搅拌车较一般车辆具有较低的抗侧翻能力的根本原因。

为此,国家标准GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》中专门对这一类车辆做出规定: “罐[本文来自于www.Jyqkw.coM]式汽车和罐式挂车在满载、静态状态下,向左侧和右侧倾斜最大侧倾稳定角应大于等于23。。”然而,目前多数汽车生产和改装企业都在沿用一般车辆静态侧倾稳定角的计算方法,计算结果不能准确反映车辆的实际抗侧翻能力。

本文旨在找到一种较为准确的计算方法,以便在设计阶段就能较准确地判断车辆的抗侧翻能力,同时根据各主要影响因素提出改善混凝土搅拌车静态侧倾稳定角的措施。

2侧倾稳定角计算方法论证

下面将某型号混凝土搅拌车在两种不同模态下的计算结果进行对比,阐述质心转移对车辆静态侧倾稳定角的影响。

2.1模型1

车辆静态侧倾稳定角按一般车辆计算方法,须将整车假定为一个刚性的整体,质量对称分布,然后将计算结果减去经验修订值(N3类车辆一般取1。~3。,本案例取2。)以补偿轮胎变形和悬挂侧倾对整车侧倾的影响(此修订值在改善后的方法中同样适用)。模型如图1所示,其静态侧倾稳定角计算公式如下:

式中,B为计算轮距,B=2 150 mm;H为整车质心高度,H=2 100mm。

计算可得,该车静态侧倾稳定角p-_2s.i0。然而,该车静态侧倾稳定角实测值仅为230,与计算值偏差较大,达到9.1%。

2.2模型2

经过对混凝土搅拌车的特点分析,重新建立计算模型进行验证。由于搅拌罐在装载后需要不停地搅动,在此过程中会造成装载介质的质心偏移(下文统称为簧载质量质心横向偏距,示为6.)。混凝土自身流动性远不如液体介质,车辆在一定角度范围内侧倾引起的混凝土流动造成的质心转移可以忽略不计,因此对于一定规格的罐体6.可视为固定值,经过实测后将之固化,本文所引用的车型6.实测值为55 mm。同时这个偏移量会使得左右悬挂弹簧压缩程度不同引起簧载质量侧倾一定角度,进而加大质心的偏移量。基于上述条件重新建立整车模型,如图2所示。其计算公式如下(同样忽略悬挂侧偏刚度和轮胎变形的影响,用2。经验值进行修正)。

式中,6为整车质心横向偏心距,mm;6.为簧载质量质心横向偏距,bi=55 mm;h3为簧载质量质心距悬挂主片安装平面距离,h3,=1 892 mm;G为整车质量,G=45 000 kg;G.为簧载质量,Gl-41 500 kg; G2为非簧载质量,G2=3 500 kg;Bi为悬挂安装距,Bi=1 040 mm;k为悬挂刚度,k=236 kg/mm。

计算得:a=lo,b=81.2 mm,β=23.30。

显然,按模型2计算的整车静态侧倾稳定角更接近实测值,其主要原因是考虑了搅拌过程引起的质心偏移以及由此造成的簧载质量质心的进一步偏移对整车静态侧倾稳定角的影响。其中因悬挂变形引起的簧载质心偏移为33 mm,占总偏移量的37.5%,因此如果这个因素在计算中被忽视,结果就会产生较大偏差。

经过模型2的分析发现,该车型悬挂刚度的选取偏小,左右悬挂高度差达到18.6 mm,整车出现明显的左高右低现象。虽然较小的刚度对整车行驶平顺性有利,但对质心偏高且又向一侧偏离的搅拌车来说,会明显影响其抗侧倾的能力。经权衡后,将悬挂刚度提高到336 kg/mm。为说明悬挂刚度的影响,在假定其他条件不变的情况下进行重新计算,结果如下:a=0.720,造成簧载质心偏移23.8 mm,b=72.7 mm,~23.5 0.

根据上述计算结果可以看出,提高悬挂系统刚度明显改善了簧载质心转移,这对提高整车抗侧倾能力,特别是转弯行驶工况效果明显。同时也有利于调整整车姿态,避免出现车身左右高低不平现象。

为进一步达到改善效果,将悬挂变形对整车侧倾角的影响降到最低限度,在适当提高悬挂刚度的基础上,将质心偏移的一侧悬挂弧高增加13 mm,这样就基本消除了因悬挂变形造成的车辆倾斜和质心偏移。按上述模型计算结果如下:a=00,造成簧载质心偏移O mm,b=bi=55 mm,p=23.9 0。

根据上述结果对比可以看出,通过悬挂系统优化整车侧倾角可提高0.60,提高了2.6%,不仅消除了左右高低不平现象,还消除了因此造成的33 mm的簧载质心偏移,这无疑有效地改善了车辆的侧倾稳定性。

为进一步提高该车型的侧倾稳定角,经车架有限元分析优化后,将截面高度整体降低40 mm,上装罐体的角度也由原设计13 0改为12 0,将整车质心降低了85 mm,经全面优化后,整车静态侧倾角β提高到24.85 0。

可见,按传统计算方法在本案例中计算结果与实测值相差2.10,误差达到9.1%,不能准确地评估整车抗侧倾能力。而本文所总结的计算方法,充分考虑了上装质心偏移及悬挂变形的影响,计算结果与实测值相差0.30,误差仅为1.3%,可见悬挂系统和罐体质心偏移是影响混凝土搅拌车整车抗侧倾能力的主要因素。

3结语

本文介绍的混凝土搅拌车整车静态稳定角优化计算方法考虑了质心偏移及悬挂弹性系统的影响,提高了计算准确性,并为整车优化设计提供了理论基础,实际效果明显,对实际生产实践具有一定的实际指导意义。

收稿日期:2014-09-28

浏览次数:  更新时间:2016-12-26 15:13:48
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