毕业设计（论文）-风力机叶片运输系统设计.doc

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1、华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） I 风力机叶片运输系统设计 摘要 随着人们环保意识的不断增强，越来越重视清洁能源的生产，风电产业得到迅猛发 展，并且出现了大功率的风力发电机，故叶片长度也朝着大型、超大型方向发展。通常 结构的风机叶片运输车运输叶片时遇到转弯半径小或者有障碍物的路时，通过会非常困 难，甚至不能通过，并且普通的风机叶片运输车运输叶片时，叶片尾部伸出车外太长， 容易损伤叶片还很容易造成交通事故。 为了更好的达到运输风机叶片的目的，本论文提供了一种专用于运输风机叶片的车 辆，利用自行走装置、叶片托架的倾斜装置和伸缩连接架能够更容易、更安全的通过弯 道。当通过狭窄的弯道，尤其是

2、在道路一侧或两侧上有障碍物如树木、房屋时，通过控 制系统使叶片倾斜一定角度、伸缩架收缩，同时启动自行走装置，这样不仅减少了叶片 投影到地面的长度，将叶片大部分升高，而且缩短运输车长度，减少车轮与地面接触， 更有利于转弯。 关键词：风机叶片运输车 自行走装置、倾斜装置、伸缩连接架 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） II TRANSPORT VEHICLE FOR A ROTOR BLADE OF A WIND-ENERGY TURBINE Abstract With the growing awareness of environmental protection ,more and m

3、ore people pay attention to clean energy production ,the wind power industry get rapidly development , and the emergence of the high-power wind-energy turbine lead to the blades toward to larger and larger .However common transportation vehicle for a blade cross the small-radius road or obstacles ro

4、ad very difficult ,even cant pass it ,and the blade out of the vehicle too long that may get damage of the blade, and can likely to cause traffic accidents. For the sake of the better transport vehicle for a blade ,the thesis provides a kind of special transport vehicle for a blade .It makes use of

5、the walk-by-itself device, the tilted device and the flexible conjunction can pass through the curved road easily and safely .When pass through a narrow curved road ,especially there are obstacles such as trees or houses ,on one side or two sides of the road ,the vehicle through the control system m

6、ake the rotor blade tilt to a certain angle ,the stretch retract to fixed support and in the mean time the walk-by-itself device makes function .So it not only reduces the length of the rotor blade casted shadow on the ground ,make the major part of blade go up ,but also greatly reduce the length of

7、 the transport vehicle ,and it also reduces the amount of wheel that get in touch with the road ,that make the vehicle can easily cross the curved road . Key words : Transport vehicle for a rotor blade of a wind-energy turbine ; The walk-by-itself device ;The tilted device ;The flexible conjunction

8、华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 目 录 摘要 I ABSTRACTII 1 绪论.1 1.1 课题提出背景1 1.2 课题相关技术3 1.3 研究意义3 1.4 课题主要工作3 2 课题内容.4 2.1 课题结构4 2.2 运输车大体结构4 3 车辆设计方案.6 3.1 半挂车结构设计6 3.1.1 半挂车组成.6 3.1.2 半挂车各项参数.9 3.1.3 半挂车强度校核.10 3.1.4 牵引车选取.13 3.1.5 运输车最小转弯半径计算.14 3.1.6 运输车安全运行技术验算.15 4 关键部件设计.17 4.1 可伸缩连接架设计17 4.2 叶片连接装置设计18 4.3

9、自行走装置设计19 4.4 控制系统说明20 5 结论.21 参考文献22 致谢23 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 1 1绪论 进入二十一世纪以来，随着工业现代化的深入，人类对能源的依存度越来越高。随 着煤炭、石油、天然气等可再生资源的逐渐枯竭，人类在飞速发展的过程中经历了多次 能源危机。从全球能源消耗来看，大部分的能源来自化石燃料（煤炭、石油、天然气） ， 只有很少一部分来自核电和可再生能源。人类开始认识逐渐意识到无限制的开采煤炭、 石油、天然气等化石能源，终有资源枯竭的一天。目前石油储量约 1300 亿吨，年消耗 量约 35 亿吨，预计今后 25 年中平均年消耗量将达 50 亿

10、吨，即使加上新发现的油田， 专家估计总储量也不会超过 2000 亿吨，石油资源在四五十年将会枯竭。另外，除了人 类早先认识到的烟尘、二氧化硫等区域性的污染外，世界上越来越多的人开始认识到由 于二氧化碳等温室气体的大量排放，导致的全球气候变暖将会给人类社会带来更为严重 的灾难。由此不难看出，不断增长的能源消耗和由此而带来的环境污染问题已成为人类 社会发展的突出矛盾。 电能作为一种应用最广泛和最方便的二次能源，己经成为当今社会发展必不可少的 条件，电能的利用已经渗透到生产和生活中的每一个角落。随着工业用电和社会用电的 全面增加，又加之煤电结构不合理，火电企业发电积极性较低，核能发电又存在诸多安 全

11、隐患。风能作为一种取之不尽、用之不竭，分布广泛的可再生能源受到了越来越多的 关注。目前全球范围内可供开发的风能总量为 200 亿千瓦，大约是世界总能耗的 3 倍。 尤其是风能在转换过程中，只是降低了气流速度，不存在常规能源和核电的污染问题。 此外风电场还具有占地少、周期短、规模灵活等优点。因此，许多国家把发展风力发电 作为改善能源结构、减少环境污染和保护生态平衡的一种措施，并纳入国家发展计划。 积极发展风能等可再生资源，对增加能源供应，调整能源结构，缓解环境污染，保障能 源安全，促进经济发展，建设和谐社会都起到重要的作用。 1.1 课题提出背景 随着我国国民经济持续发展，尤其是高能耗行业快速增

12、长带动了我国能源需求特别 是电力需求的快速增长，而如今煤炭等常规资源的严重紧缺和环境污染问题影响着电力 和经济的发展。因此开发和发展新能源和可再生资源以优化电力结构已成当务之急。针 对这种情况，风能无疑成了备受关注的焦点，用风力发电可减少常规能源的消耗，对保 护环境、改善能源结构具有重要意义。 目前，国家大力提倡清洁环保型能源，风力发电因其具有安全、环保、无污染而在 全国许多地区大规模建设。如今，甘肃酒泉、蒙东、蒙西、东北、河北、新疆、江苏、 山东等多个千万千瓦风电基地正有序推进，蒙西和甘肃酒泉风电基地装机均超过 500 万 千瓦，河北、吉林等多个地区装机超过 250 万千瓦。上海世博会期间，

13、上海东海大桥 10 万千瓦海上风电场并网发电，成为除欧洲之外世界上第一座海上风电场。随后，总规模 100 万千瓦的海上风电特许权项目也在江苏启动。2010 年，风电发电量达到 450 亿千瓦 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 2 时，比上年增长 63%。而风电的快速发展，与国家的政策扶持密不可分。 “十一五”时期， 我国陆续出台了可再生能源法及关于风电建设管理有关要求的通知 、 可再生能 源中长期发展规划等一系列配套政策和实施细则，这些政策不仅为风电长远发展提供 了法律保障、政策支持，也明确提出了装备先行、市场化的发展战略。截至目前，风电 企业享受所得税“三免三减半” 、增值税 50%

14、“即征即退”等一系列优惠政策。除了国家 推出的标杆电价外，部分省份还另外推出风电补贴，山东、广东的风电上网电价均高于 国家标杆电价。风电的快速发展，还得益于“装备先行”战略。据统计，2004 年全国装 机的风电设备中，进口设备占 90%，2010 年全国装机的风电设备中国产设备占 90%。随着 国内风电市场的发展，有 10 余家风电设备制造企业实现了规模化生产，华锐、金风等 7 家制造企业已经跻身 2010 年世界风电设备制造 15 强，其中华锐风电已经跃居世界第二。 经过多年的技术积累和资本投入，国内风电设备生产水平不断提高，兆瓦级风机、海上 风机等科技难关被相继攻克。 随着风电行业的迅猛发

15、展和电力需求的不断加大，风力发电功率也随之不断加大， 而叶片的长度又是影响风电机组发电功率的最关键和最基础的部件之一，这也就要求风 机叶片朝着大型、超大型方向发展。于是，叶片的运输问题便日益凸现：一方面，出去 安全考虑，铁路、公路管理部门对运载货物的长度、高度都有限制，风机叶片长度一般 在几十米或者更长，超过了限制范围；另一方面，由于风能资源丰富的地区一般都比较 偏远，如山脊、戈壁滩、草原、海滩和海岛等，除了尽可能利用已有的运输条件以外， 还有可能涉及新的道路修建等问题，故运输成本非常昂贵。风机叶片的长途运输问题已 经越来越成为制约风电产业发展的一个瓶颈。目前，国内运输风机叶片的方式有铁路、

16、公路和船运，而铁路受到轨道的限制，有很大的局限性而且成本较高；而采用船运海水 的盐碱性会对风机叶片造成腐蚀，严重影响叶片的寿命，除特殊情况很少采用船运；我 国大多采用公路运输，因为采用公路运输的时间较短，可以直达工地现场，还可以省却 其他运输方式中途吊卸作业的麻烦。然而通常结构的风机叶片运输车运输叶片时很难应 对复杂的运输环境，当遇到转弯半径小或者有障碍物的道路路时，通过会非常困难，甚 至不能通过，只能通过拆除障碍或者重修道路才得以通过，额外的增大了运输成本，并 且普通的风机叶片运输车运输叶片时，叶片尾部伸出车外太长，不仅容易损伤叶片而且 还很容易造成交通事故。故提出经济安全的运输方案迫在眉睫

17、。 1.2 课题相关技术 普通的风机叶片运输车采用加装不同的装置进行加长车辆，在运输时将加长装置通 过螺栓与普通半挂车固定。这样的结构虽然可以满足风机叶片的运输要求，但普通的运 输车车体太长，因此灵活性较差，当遇到狭小道路或者复杂地形时，很难实现运输，只 能通过其他方法运输，例如，直升机运输，这样不仅增加了运输成本，而且在着陆或起 飞期间损伤叶片或人员的危险相当大。同时运输不同长度的叶片时需要很长时间拆装、 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 3 调整，且安装、拆卸过程较麻烦，需要借助于大型吊装机械，大大增加了运输成本。 诚然，一些专利公开了在较小道路上或不同地形中运输长的风机叶片的解决

18、方法。 例如，国际专利申请 WO2006/000230 中公开了一种用于运输风机叶片的方法，其中叶片 两端悬挂在牵引车和非牵引车之间，牵引车和非牵引车都包括用于调节叶片高度的机构， 由此能通过道路拐弯时将叶片升起到例如小的道路标志上方，而例如当在桥墩下通过时 将叶片放低。但由于仅可在有限的范围内进行高度调节，所以这种方法只能通过小障碍 物时有效。如果在道路拐弯中障碍物是大树、岩石或者房屋，或者地形起伏很大，则这 种方法将暴露其缺陷。 1.3 研究意义 能源短缺及环境污染问题的日益严重，使得风力发电越来越受到世界各国的重视。 然而风机叶片朝着大型化、超大型化发展，我国道路安全又对货物的运输有严格

19、的限制， 并且我国的风电场大多位置偏远、地形复杂，使得风机叶片运输成为制约风电发展的一 个瓶颈。故提出经济、安全，能够应对复杂道路状况的运输方案迫在眉睫。 本课题提出了一种专用风机叶片运输车，通过自行走装置和伸缩架增加了车辆的灵 活性，并且通过倾斜装置使叶片倾斜，使得叶片能够在障碍物上方通过的方法，实现了 在复杂情况下的运输，大大降低的运输成本。 1.4 课题主要工作 本课题为设计出合理的风力机运输系统主要做以下几方面工作： 选择合适的运输车辆 设计最佳车辆改造方案 运输车安全运行技术验算，包括：直线行驶、转弯行驶、行驶稳定性验算 总结方案的优点和不足 本文中通过比较不同品牌型号的车辆，选择合

20、适的车辆，在满足安全运输的情况下 以最低的成本改装车辆。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 4 2课题内容 目前，国内运输风机设备，除必须采用船运以外，采用公路运输方案的较多。采用 公路运输的时间较短，可以直达工地现场，还可以省却其他运输方式中途吊卸作业的麻 烦。由于条件限制本课题仅涉及风机叶片的公路运输方案，针对现有风机叶片运输车存 在的不足，本课题提出了一种专用的风机叶片运输车。 2.1 常见运输方式 风机设备可分为国外制造设备与国内制造设备，在物流运作上有不同的形式。 进口 风机提供商集中在欧洲，到国内要经过数月的远洋运输。它通常由欧洲主要港口经过远 洋海运至国内沿海主要港口，再

21、通过拖挂车转运至风电场；或者到达国内港口后，再通 过铁路转运至靠近风电场的铁路站点，最后通过拖挂车转运至风电场，相对于国产风机 其运输成本较高。而国产风机在国内生产，不需要远洋运输，能够节省制造成本和物流 成本，从而降低工程造价。风机设备常见运输方式如图 2-1 所示。 3 国外港口装货国际水路运输 目的地码头卸 货 国内制造工厂装 货 国内港口装货 风电场卸货 1 2 图 2-1 风机设备运输方式 图 1 所示的 13 中，公路运输都是必不可少的环节。目前，国内运输风机设备，除 必须采用船运以外，采用公路运输方案的较多。采用公路运输的时间较短，可以直达工 地现场，还可以省却其他运输方式中途吊

22、卸作业的麻烦，大大降低了运输成本。 2.2 运输系统要求 本课题以风机叶片运输车能够经济、高效、安全运输为目标，在满足保证车辆安全 和叶片不受损伤的情况下以最低的成本、较高的效率完成风机叶片的运输。 鉴于风机叶片具有长度过长，容易损伤等特点，则要求运输车辆应能最大限度的满 足叶片的长度要求，尽量减少叶片的外悬尺寸。同时，叶片的固定装置必须能够满足传 递动力的强度要求，承载机构必须能够达到承受载荷的强度要求。 此外，风机叶片运输车必须符合国家对大型运输车辆的规定。考虑到风场大多位置 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 5 偏远、地形复杂多变，风机叶片运输车本身必须能够最大限度的满足刚度要求

23、，牵引车 在满足运输条件的情况下应具有最高的性价比，具有较好的动力性能和较低的燃油消耗 率。同时，风机叶片运输车应该具有较好的灵活性，能够应对复杂的道路状况，在遇到 较小的弯路时，也能够安全通过，避免障碍拆除和道路扩建的必要，能够极大的降低运 输成本。此外，在高效运输的同时，风机叶片运输车还应能够最大限度的保证车辆的安 全和叶片不受损伤。 2.3 运输方案设计 本课题主要包括车辆的设计方案和关键部件设计方案。其中车辆的设计方案包括半 挂车的结构设计、半挂车强度的校核、牵引车的选取、车辆最小转弯半径的计算以及车 辆的安全行驶验算。通过对比不同的牵引车，选取性价比较高的整体运输方案。此外， 关键部

24、件设计方案中详细描述了伸缩装置、叶片专用托架、自行走单元的主要组成部分 并附图说明，同时，还介绍了各个装置的工作原理及其优点，并对本方案的存在的优缺 点进行了总结。 2.3.1 运输车大体结构 现对本课题提供的风机叶片运输车进行大体说明，运输车包括叶片连接机构，叶片 通过连接机构将叶片的前端连接到车辆上，其中叶片连接机构包括用于升高叶片的倾斜 机构，同时将叶片的末端朝车辆前方放置。此外，该车辆还包括自行走装置、伸缩机构、 控制系统和调平机构，增强车辆的灵活性和运输车辆的安全性，并且能够应对复杂的运 输环境。 当运输例如 40 米长的风机叶片在直路行驶时，保持叶片尽可能接近地面，既可以保 证车辆

25、行驶的稳定性还能保证叶片能在桥梁、高压线等下方通过。当通过狭窄的弯道， 尤其是如果在道路的一侧或两侧上有障碍物时，通过叶片倾斜装置使叶片倾斜一定角度， 减少伸出叶片投影到地面上的长度，并且将叶片的大部分升高，以使它可以在障碍物上 方通过。在通过障碍物之后，降低叶片的高度，以增加车辆的稳定性。叶片安装时将叶 片的末端朝车辆的前方放置，可以将叶片安装成伸出到载货汽车的外面，由此减少车辆 的总长度。此外，当叶片朝前放置时，更容易跟踪叶尖的位置，并且叶尖的路线基本与 车辆一致，故更容易通过困难的拐弯。 同时，本课题设计的车辆还包括可伸缩连装置、自行走装置。可伸缩装置不仅可以 在车辆转弯叶片倾斜的同时进

26、行有效收缩，更利于车辆的转弯，而且还可以适应运输不 同规格的风机叶片，可以作为普通拖车使用。另外，半挂车里增加了一组自行走单元， 自行走单元的液压马达驱动轮可在范围内转向。在通过转弯半径小的道路时，通过90 自行走单元来协助牵引车使风机叶片运输车转向，其可以使风机叶片运输车斜行、横向、 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 6 绕牵引车旋转，同时减少与地面接触车轮的个数，从而使风机叶片运输车能够顺利通过 转弯半径小的路段。 此外，本课题中的车辆还包括调平机构。当转弯过程中叶片倾斜一定角度时，即使 地面上有很小的颠簸都会造成车辆重心偏离车辆的对地支撑，造成车辆的倾覆，而调平 机构恰能在一定程

27、度上补偿地面的不规则性，使风机叶片的运输更具安全性。 2.3.2 控制系统说明 当风机叶片运输车行驶在起伏较大的道路上时，运输车控制系统通过叶片上的应变 仪、倾斜机构液压系统中的压力传感器以及车辆上的距离传感器测出叶片的震动程度或 者叶片的偏转角度，当震动或者叶片的转角较大，则控制系统便会自动地在倾斜机构中 强制执行反向运动，以便减缓叶片的震动，以防叶片受到损伤或者由于叶片的震动引起 车辆倾覆的可能。 此外，当风机叶片运输车通过弯路时，运输车控制系统还通过牵引车上的雷达或其 他类型的传感器减小挂车的速度同时改变挂车的方向，再者当叶片上升到大于某一角度 时，车辆只能在某一最大速度下通过。同时，控

28、制系统通过控制伸缩机构的气路系统使 得伸缩支架收缩，达到缩短车辆长度的效果，还通过控制自行走单元，以便减少与地面 接触的车轮的个数，增强车辆转弯的灵活性，使得运输车更容易通过弯路。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 7 3车辆设计方案 由于风机叶片长度一般在十几米或者更长，故本方案采用半挂汽车列车（即下文风 机叶片运输车）运输，其主要有以下优点：由于半挂车和牵引车采用牵引座与牵引销的 无间隙连接方式，因而缩短了运输车总长，提高了整车行驶的稳定性和机动性；同时减 少了风阻损失和全挂车存在的牵引钩环间的撞击和噪声；不同于全挂车的是半挂车的部 分载荷由牵引车承受，从而提高了牵引车驱动轮的附着

29、质量，加大了牵引车的牵引力， 使发动机的功率得到充分发挥。 车辆构型：牵引车可选择奔驰、解放、斯太尔、陕汽、福田等重型牵引车，半挂车 采用改装的集装箱板即可伸缩连接架加专用托架加改装平板挂车。 其整车构型为如下图： 图 3-1 风机叶片运输车整体构型 3.1 半挂车结构设计 3.1.1 半挂车组成 半挂车主要由：可伸缩连接架（1） 、专用托架（2）和平板挂车组成（3） 。如图 1 所示。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 8 图 3-2 半挂车整体构型 1. 可伸缩连接架： 组成：固定支架伸缩支架伸缩导轨系统气路系统紧固装置 原理：固定支架通过紧固装置与拖车的大梁相连接，伸缩支架通过伸

30、缩导轨系统安装在 固定支架中，通过气路系统提供动力源使得其能够在固定支架中任意滑动，并通过锁紧 螺栓与固定支架相对锁紧在设定位置，伸缩支架前端安装连接在牵引车上。 图 3-3 可伸缩连接架示意图 2. 专用托架： 组成：叶片连接机构承载机构倾斜机构 原理：叶片通过螺栓固定在叶片连接机构上，当通过狭窄的道路时尤其是道路两旁有障 碍时，可以通过倾斜机构将叶片倾斜一定角度，使得叶片能够在障碍物上方通过，当经 过障碍物后，降低叶片，以致车辆能够平稳行驶。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 9 图 3-4 专用托架示意图 3. 平板挂车： 组成：自行走机构（图 3-6）调平机构 原理：拖车转向机

31、构具有自行走功能，更有利于车辆的转弯；调平机构能够防止车辆颠 簸或者转弯时造成重心偏移乃至车辆倾覆的情况发生。 图 3-5 平板拖车示意图 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 10 图 3-6 自行走装置示意图 3.1.2 半挂车各项参数 可伸缩连接架、专用支架、集装箱平板挂车的纵梁横梁均采用 P510L 钢板焊接而成， 。P51OL 具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度、冷冲压、切削加工性、焊接性能等。 P510L 钢的综合性能明显优于 Q235A 和 16Mn，是攀钢集团专为汽车大梁设计生产的汽车 大梁专用钢。许用应力=538Mpa。侧支梁、边梁和贯穿式横梁均采用 Q235A18，屈

32、服 点=235 Mpa，伸长率 =26% ，密度 =7.8103kg/m3。Q235A 具有良好的塑性、韧 性、焊接性能和冷冲压性能，以及一定的强度、良好的冷弯性能。 1.半挂车各组成部分各项规格： 平板挂车选自山东梁山挂车制造有限责任公司生产的产品 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 10 表 3-1 平板挂车及伸缩架各项参数 规格尺寸(m)175 . 2 10 轮距(mm)1800 轮轴(mm)2450 平板挂车 配置 主纵梁高 450mm500mm，上翼板 14mm、下翼板 16mm、腹板 8mm，边梁 16#槽钢，通称 10#槽钢，铺底槽 3 道，低 板 2.5mm,，紧绳器 2

33、4 个，富华车桥 13 吨 *3 根，板簧 6 架，气室 4 双 2 单，标准钢 圈 8.0*12 个，链式备胎架 2 个，28 吨支腿 可伸缩连接架规格尺寸 16m35m1.2m0.5m 表 3-2 半挂车各组成部件质量 组成部件质量（kg） 车架 3000 栏板、立柱 500 三根车轴 1000 载货平板 700 护栏板、备胎、工具箱 300 加强板、牵引销、牵引销、悬挂 600 支撑装置、储气罐 300 轮胎 800 可伸缩架 2500 专用支架 500 调平装置 200 3.1.3 半挂车强度校核 1.载荷分配 如图 1 所示，半挂车承受纵向单位线长度均匀载荷，有： a q 牵引销所受

34、力（N）； A F 中间车轴中心处所受力（N）； B F 牵引销到中间车轴的距离（m）；L 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 11 中间车轴到车架尾部的距离（m） ； K L 半挂车总重量（N） ； W 半挂车总长（m） ； a L 货物总重量（N） 。 e W 空载（即不加载任何货物只包括半挂车自重）: =2.58 a q a L W 5 . 36 8 . 9106 . 9 3 3 10mN =4.09N A F L LLLq Kaaa 2 2 5 . 302 )52 5 . 36( 5 . 361058 . 2 3 4 10 -=2.58=5.387N B F aaL q A F

35、3 10 4 1003 . 4 5 . 36 4 10 满载（半挂车加上货物）： =3.38 a q K e L WW 5 . 36 8 . 91036 . 9 3 3 10mN =5.27N A F L LLLq Kaaa 2 2 5 . 302 52 5 . 36 5 . 361038 . 3 3 4 10 =3.38-5.27=7.067N B F aaL q A F 3 105 .36 4 10 4 10 满载时进行纵梁的强度校核 1. 支反力计算 半挂车受力可以简化为如图的力学模型。 图 3-8 半挂车受力示意图 G=（9.6+3）=1.23N8 . 9103 5 10 q= (为纵

36、梁的总长，取一根纵梁计算)lG 2l 式中：G半挂车承受的重力 q纵梁上的单位长度线载荷 由上式计算得：q=1.68N 3 10 由平衡力矩： 0 A M02)(2 2 32 2 221 llqlqlf 图 3-7 车架均布载荷图 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 12 其中：1m，30.5m，m1 l2l53 l 得 3.47N 2 f 4 10 -=2.68N 1 f2G 2 f 4 10 2.剪力的计算： CA 段： (01)qxFsx AB 段： (qxfFs 1 1) 5 . 31 x BD 段： ()(xlqFs 5 . 36 5 . 31 x 4. 弯矩的计算: CA 段

37、： (01) 2 ( )/2M xqx x AB 段： (2) 1()( 2 1 xqxfxM1) 5 . 31 x BD 段： () 2 ( )() /2M xq lx 5 . 36 5 . 31 x 由上式计算 A 点，B 点的弯矩，以便画出弯矩图： =-1.68=-8402 2 xqM A 3 10 2 12mN =-1.68=-2.12)( 2 xlqMB 3 102) 5 . 31 5 . 36( 2 mN 4 10 由图可知，最大弯矩出现在（）段上，则有：21, 1lll 00 )(2 0 )( 1 11 2 fqx dx lxfxqd dx xdM 得 =15.95m q f x

38、 1 3 4 1068 . 1 1068 . 2 =-1.68)(2 11 2 max lxfxqM 3 10) 195.15(1068 . 2 295.15 42 =1.87 5 10mN 通过计算，可以画出车架纵梁的剪力、弯矩图如下： 图 3-9 半挂车纵梁的剪力、弯矩图 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 13 本车纵梁采用 P510L 汽车大梁专用钢，其屈服极限为=570 材 MPa 许用应力： 21 nn 材 式中：材料屈服极限 材 疲劳系数 =1.2-1.4 此处取=1.3 1 n 1 n 1 n 动载系数 =1.8-2.2 此处取=2.0 2 n 2 n 2 n 所以其许用

39、应力为：=219 21 nn 材 0 . 23 . 1 570 MPa 剪切应力：=131.4 材料许用剪切应力 6 . 0MPa 由经验可知，纵梁的危险截面一般为变截面处和最大弯矩处，A 点为牵引车与挂车连接处， 2.98m 为变截面处，通过计算可知距车架前端距离为 15.59m 处得弯矩最大，现对其进行 强度校核，其截面分别如下： 截面 1：（工字钢型号 28a）mmBmmmmmmH122,8,16,280 21 截面 2：（工字钢型号 32b）mmBmmmmmmH132,8,16,320 21 截面 3：（工字钢型号 56a）mmBmmmmmmH166,8,16,560 21 各截面弯矩

40、： mNMM A 840 1 mNM 4234 2 1056 . 4 298 . 2 1068 . 1 ) 198 . 2 (1068 . 2 =1.87 max MM 5 10mN 由工字钢规格表查的得各截面抗弯截面系数为： 0.000433 1z W 3 m 0.000555 2z W 3 m =0.00149 3z W 3 m 故弯曲应力得： = 1 1 1 z W M MPa94 . 1 000433 . 0 840 82 000555. 0 1056 . 4 4 2 2 2 z W M MPa =125.5 3 3 3 z W M 00149 . 0 1087 . 1 5 MPa 对

41、于工字梁截面，其腹板上的剪切应力可看成是均匀的，所以其剪切应力可由下公式计 算：-为腹板截面面积 h Fs 2 h2 故：=0.80 h Fs 2 264 . 0 008 . 0 1680 MPa =8.96 h Fs 2 304 . 0 008 . 0 1018 . 2 4 MPa 图 3-10 纵梁截面示意图 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 14 =0.009 h Fs 2 544 . 0 008 . 0 40 MPa 由于纵梁同时承受剪力和弯矩，所以其应力按下面公式计算： 3 2 w 由第四强度理论，分别校核各个截面的强度： 截面 1：4 . 18 . 03194 . 0 3

42、22 2 11 MPa 截面 2：46.8396 . 8 3823 22 2 22 MPa 截面 3： 5 . 125009 . 0 3 5 . 1253 22 2 33 MPa 通过上述计算纵梁强度符合要求。 3.1.4 牵引车选取 通过搜集资料满足上述半挂车条件的牵引车有十几种，列举几个实例如下： 表 3-3 牵引车对比表 型号马力载重价格 福田 BJ4253NFJB-S5310(PS)30000kg246000.00 豪沃 ZZ4257N3847C1336(PS)40000kg290000.00 红岩新大康340(PS)25000kg270000.00 东风 DFL4240A2-K623

43、10(PS)40000kg260000.00 解放 CA4250350(PS)40000kg305000.00 通过对比各种牵引车的性能和价格，同时考虑到货物的重量等级，选择载重马力大 的车会加大燃油的消耗，加大运输成本，故现以福田牌牵引车为例，福田车动力强劲同 时燃油消耗率低，整车燃油消耗率和国内同类车型相比最低，同时福田车动力性好，发 动机运转平顺、输出功率高、马力大，而且机动灵活，能适应复杂的运输环境，非常适 合远距离运输。 其参数如下： 表 3-4 福田牌牵引车的各项参数表 型号BJ4253NFJB-S5 轴距2925+1350mm 装载重量30000kg 自重9000kg 整车外形尺

44、寸6650mm35002500 发动机马力310(PS) 驱动方式64 轮距1964mm 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 15 3.1.5 运输车最小转弯半径计算 所需数据： 表 3-5 计算最小半径所需数据表 牵引车宽度 B2500mm 牵引车前悬 a1500mm 牵引车前轮轮距 1 B 1900mm 主销中心距 0 K 1750mm 主销后倾角 1 2 内倾角 2 5 车轮外倾角 3 1 转向内轮最大转角 max1 5 . 38 牵引车轴距 0 L 2925mm 挂车承载桥轮距 2 B 1800mm 1. 牵引车最小转弯半径计算 由 3-11 图可得：= 1 max 1 min

45、sin a L R 1 max1 122 max1 1 2 ) sin (a tg KL K L 11 LKctgctg 式中 为主销中心延长线与地面交点到后桥中心线间距 1 L 转向外轮转臂 1 a 转向外轮倾角 主销中心延长线与地面交点间距离K =2925mm轴距 0 L =1750mm主销中心间距 0 K =1250mm主轴中心到车轮中心距离 0 l 图 3-11 最小转弯半径示意图 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 16 由于角都较小，故计算最小半径时可直接用、值分别代替、值 21, 0 L 0 K 0 l 1 LK 1 a 故得=7.41m，=1.86 min Rctg 挂车

46、牵引销至牵引车最小转弯半径的速度瞬心距离为 （参照图 3-11 得） 2 max2 2 ) 2 ( K ctgLSOC =200mm挂车牵引销至牵引车后桥中心线距离S =9000mm挂车牵引销至挂车承载桥中心线距离 2 L 故：4.57mOC 又OCL 2 故半挂车最小半径应按第一种情况（参照郭经顺.半挂汽车列车最小转弯半径计算.黄河 汽车） ， 因在转弯过程中，挂车承载桥绕其中心原地打转，故其最小通道圆半径=-2 2min BRO 900mm 最小通道圆半径=9.92m 2 0 22 2max )() 2 (aL B SLRO 故，最小通道宽度为=9.92+0.9=10.82m min A

47、minmaxminOO RRA 3.1.6 运输车安全运行技术验算 1. 直线行驶 假定风机叶片运输车以最高车速行驶，即；smhkmV12.1140 max 理论制动减速度=6.68(为地面附着系数，取 0.7；g 为重力加速 理 a.89.70g 2 sm 度)； 则理论制动时间=1.621s 理 t 理 a max V6.862.111 根据车辆交通监制规定，运载车辆的制动时间应在原制动时间的基础上增加协调制动时 间 0.2s，所以，实际制动时间=1.621+0.2=1.821s 实 t 故风机叶片运输车实际制动减速度=6.11 实 a21.812.111 2 m s 货物产生的惯性力：=1.87g 惯 FgaG 实货 8 . 911 . 6 3gKN 在纵坡()路面上的下滑力：=0.261g 5 5sin 货下 GFKN (为滑动摩擦系数，取 0.6)ggfGP84 . 1 6 . 05cos35cos 摩货摩 KN 摩 f LS04-08 型拴紧器的破断载荷为 8t 使用 4 根 60 斜拉的破断拉力： g 1660cos84 gF拉KN 则，1.84g+16g=17.84g 拉摩 FPKNgggFF131 . 2 261 . 0 7.81 下惯 KN 拉摩 FP 下惯 FF 故可安全行驶 2 转弯行驶 转弯车速,车组行驶最小转弯半径10.82msmhV3