道路清障車結(jié)構(gòu)設(shè)計含CAD圖
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一、選題背景及意義
1.1清障車發(fā)展的市場背景
隨著我國公路運輸業(yè)的發(fā)展以及車輛的普及，我們現(xiàn)在可以快速有效的出行，但隨之而來的問題是：交通事故也相應(yīng)增多，而且故障車型大小不一，針對這種情況，道路清障車應(yīng)運而生。道路清障車是指具有道路搶險作業(yè)裝備的專用汽車，簡稱清障車，又稱道路救援車，拖車，拖拽車。清障車主要是由底盤、起重裝置、托舉牽引裝置、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、車體與工具箱等組成。具有起吊、拽拉和托舉牽引等多項功能。是用于高速公路、城市道路的清障作業(yè)。由于汽車在道路上行駛時故障和事故是不可避免的，清障車額的主要任務(wù)就是將故障車或事故車及時拖離現(xiàn)場，確保道路暢通無阻。
道路清障車在國外早已廣泛使用。美國稱這種車為救援車,偏重其作用與任務(wù); 英國則稱這種車為拖車( Towtruek ) 或拖吊車( Towlift ) , 偏重其功能和結(jié)構(gòu)。我國專用汽車推薦性標(biāo)準(zhǔn)中將其歸在特種汽車一類, 稱作“搶險車”?！皳岆U”一詞語義模糊,“ 拖車” 一詞又易與牽引車混淆, 故兼顧該類車的作用、功能, 稱作道路清障車比較合適, 實際使用中可簡稱為拖救車。
1.1.1道路規(guī)劃背景
近年來, 隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展, 特別是最近幾年國家積極的財政政策的實施, 使得我國城市建設(shè)與公路建設(shè)突飛猛進, 為車輛行駛創(chuàng)造了良好的環(huán)境。國家每年投入兩三千億元用于公路建設(shè), 2003 年新增公路通車?yán)锍?.6萬km ，其中新增高速公路4600km ，全國公路通車總里程達到180萬km , 其中高速公路近3萬km , 實現(xiàn)了“五縱七橫”國道主干線系統(tǒng)第一階段建設(shè)目標(biāo)。全國有50 %以上的省份高速公路里程超1000km 。2004 年全國公路通車總里程達到181 萬km , 高速公路里程達到3.2 萬km 。
根據(jù)我國城市建設(shè)規(guī)劃, 在未來10 年內(nèi),我國的城市將由現(xiàn)在的700個增加到800個,城市數(shù)量的增加、規(guī)模的擴大、功能的增強以及建設(shè)文明城市的需要等, 對城市交通提出了更高的要求。而公路總通車?yán)锍痰牟粩嘣黾雍统鞘薪ㄔO(shè)規(guī)模的不斷擴大, 帶動了汽車工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展, 使汽車保有量迅速擴大, 專用車包括道路清障車市場也空前繁榮。
1.1.2城市交通背景
近幾年交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴大, 帶來了汽車保有量逐日增加, 汽車給人們的工作和生活帶來方便的同時, 交通事故的增加也給人們帶來了很多的煩惱。這就需要大量的道路清障車和道路事故救助車。
清障車市場的變化緊跟我國市場經(jīng)濟開放變化，以前道路清障車往往采用一般的拖車牽引排障, 或采用僅有簡單托牽功能的老式清障車進行清障, 這種局面在中西部經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)目前仍隨處可見。目前,典型中部城市武漢市擁有各類清障車近100 輛,主要是東風(fēng)5T底盤改裝的托牽引型清障車, 而僅有少量東風(fēng)8T 底盤改裝清障車, 主要用于大橋交通樞紐地段。高等級、高性能的清障車很少。目前在國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)如廣東地區(qū)、江浙地區(qū)等擁有的清障車較多, 而且功能在向綜合性、多功能方面發(fā)展, 特別是重要的高速公路上使用的清障車還有相當(dāng)?shù)姆蓊~依賴進口, 如南京機場高速公路花費近500萬元人民幣進口兩臺清障車。再以有關(guān)資料介紹的福建省高速公路福泉公路為例, 全長166km 的路段, 配備了11 輛清障車(其中大型清障車3輛、中型2 輛、小型6輛), 2輛起重汽車, 1輛平板車和3套搶險救援設(shè)備,從幾年的運行情況看, 它能夠適應(yīng)高速公路清障工作的需要。
隨著我國城鄉(xiāng)道路的發(fā)展，人民生活水提品的高，人們越來越需要“高速、安全、便捷、舒適”的交通環(huán)境。為了確保交通環(huán)境的安全暢通，我國各級交管部門亟待對老舊設(shè)備進行改進和更新，購進救援功能全的清障車。雖然清障車有了一定的發(fā)展，但真正功能齊全外形美觀的道路清障車還很少，尤其是使用與清理各級公路及城市的肇事、故障、及違章停放車輛的清障車市場需求缺口很大。可以預(yù)見，我國道路清障車的發(fā)展前景是廣闊的，道路清障車勢必在以后的事故清理及保證交通順暢中扮演不可替代的角色。
1.2研究清障車的意義
發(fā)展經(jīng)濟，交通先行，其正確性已為全社會的實踐所證實，隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展和公路交通事業(yè)的迅速崛起，各行業(yè)部門或者企事業(yè)單位對清障車的外觀設(shè)計、功能及主要用途等都有不同程度的要求，這不僅僅是要求數(shù)量上的增加，更應(yīng)該是質(zhì)量和技術(shù)上的提高；不僅僅是操作可行性的穩(wěn)定性，更應(yīng)該是操作安全、快捷、可靠方面的改進。因此，清障作業(yè)的平安和快速成了道路清障拯救的兩項重要指標(biāo)，因此清障車研發(fā)的工作需要前行，清障車是“讓大地的脈絡(luò)更暢通的使者”。
我們目前還是一個發(fā)展中國家，除了東部以外，西部、中部不少地區(qū)還比較貧窮落后，衛(wèi)生設(shè)施、城鎮(zhèn)、公路、鐵路等多方面仍有待建設(shè)，這無形中也給清障車的發(fā)展提供了很大的空間，隨著近年來城市交通的發(fā)展和車輛擁有的增多，交通事故的頻繁發(fā)生，越來越多的清障車將會被各企業(yè)單位所購入，因此，提高清障車的生產(chǎn)能力和研發(fā)技術(shù)，跟上世界的發(fā)展趨勢將是我們所追求的。
二、國內(nèi)外研究及發(fā)展趨勢
道路清障與施救技術(shù)起源于公路交通非常發(fā)達的美國，早在20世紀(jì)50年代就生產(chǎn)出世界上第一輛清障車，這個開端為清障車的發(fā)展史拉開帷幕。清障車主要用于排除道路障礙、清理事故車輛、整理城市環(huán)境，給駕駛員和車輛提供幫助和救援服務(wù)。廣泛用于公路、城市建設(shè)、汽車修理行業(yè)、機場、碼頭及高速公路公司等部門。也用于“無故障車輛”的特殊運輸功能。清障車發(fā)展的第一階段，功能單一，結(jié)構(gòu)簡單，這一階段往往采用自制底盤。第二階段，以引入液壓傳動與控制技術(shù)為標(biāo)志，這一階段的清障車系列品種、規(guī)模增多、結(jié)構(gòu)形式多樣化、底盤多樣化。第三階段，20 世紀(jì) 80 年代至今，快速發(fā)展時期—結(jié)構(gòu)多樣、功能齊全，具有托舉、起吊、拖曳等功能。第四階段，工作能力更大，操作方式更先進，工作環(huán)境更舒適。
2.1目前國內(nèi)外典型道路清障車廠家及其代表車型
2.1.1國內(nèi)典型道路清障車廠家及其代表車型
目前，國內(nèi)道路清障車的生產(chǎn)廠家主要有三家，分別是沈陽北方交通重工集團、廣東粵海汽車有限公司、徐工集團隨車起重機有限公司。
（1）沈陽北方交通重工集團
沈陽北方交通重工集團在 1995 年年底制造出了中國第一輛全液壓式道路清障車。經(jīng)過將近 18年的摸索和創(chuàng)新實踐，沈陽北方交通重工集團通過大量引進先進清障車制造企業(yè)（如美國的 Century 公司、Challenge 公司等）的關(guān)鍵技術(shù)和高科技人才，它的技術(shù)力量已經(jīng)非常雄厚。目前北方交通重工集團已經(jīng)擁有涵蓋了從輕型到重型（6t～60t）各個層次，具備全面托牽能力的全面道路清障車集群。其中重型道路清障車是我國國內(nèi)道路清障車技術(shù)的領(lǐng)跑者。
（2）廣東粵海汽車有限公司
廣東粵海汽車有限公司是我國唯一的一家專用汽車生產(chǎn)的民營企業(yè)。廣東粵海汽車有限公司在道路清障車行業(yè)內(nèi)具有相當(dāng)高的聲譽。它擁有150多個道路清障車的品種?，F(xiàn)在廣東粵海汽車已經(jīng)具備年產(chǎn)3000輛道路清障車的能力，其擁有的先進的道路清障車生產(chǎn)技術(shù)，一直是我國道路清障車的領(lǐng)跑者。
（3）徐工集團隨車起重機有限公司
徐工集團隨車起重機有限公司是是中國專注于隨車起重機、道路清障車等專用車輛研發(fā)及制造的大型企業(yè)。2012 年該公司聯(lián)合吉林大學(xué)和徐州工程機械研究院合作設(shè)計開發(fā)我國最大噸位道路清障車——QZF18A型道路清障車。它的作業(yè)能力完全能夠適應(yīng)目前我國所有道路清障作業(yè)的要求。QZF18A型道路清障車采用Volvo FM440104RB型底盤，最大托舉質(zhì)量達到了18t，最大拖牽質(zhì)量54t，最大吊重量可以達到60t，其托臂長度是國內(nèi)目前最長的，同時該型道路清障車配備多種作業(yè)裝置，操作性能良好，采用整體式結(jié)構(gòu)使整車布局更合理，從外觀看更美觀大氣。其作業(yè)性能參數(shù)和使用性能在我國道路清障車行業(yè)中處于先進水平。
2.12國外典型道路清障車廠家及其代表車型
目前世界清障車行業(yè)最出色的生產(chǎn)商主要有美國的 Century、JERR-Dan、CHALLENGER、
WRECKER，英國的BONIFACE，奧地利的EMPL，日本的TOKYU，加拿大的NRC等。
（1）Century公司
Century公司始終都是全球托吊分離可旋轉(zhuǎn)型道路清障車領(lǐng)跑者。它生產(chǎn)的新款1130型旋轉(zhuǎn)型道路清障車。是廣泛的采取了眾多用戶的建議和意見之后改裝而成的。吊臂的起升能力可達到 27.2t，采用新型 1140 型絞盤，多個鋼絲繩掛鉤可以使被起吊重物在起升過程中更平穩(wěn)，這對于一些艱難的起吊作業(yè)來說是具有相當(dāng)?shù)膶嵱脙r值的。托臂也是采用特殊性能的鋼材鑄造而成，所以整車的輕量化程度非常高。
（2）Boniface公司
Boniface公司在最近一次展出上亮相了一款新型道路清障車。在清障車的托車平臺上安裝了可收縮的車廂，這種車廂的導(dǎo)軌是用鋁合金做成的。當(dāng)這款道路清障車在托運車輛時，就將帆布車廂拉上，這樣就和普通運貨車輛一樣，這樣做不僅實用方便，而且外表看起來很美觀，更可以有效地避免事故車輛的駕駛員感覺到難堪。
（3）Challenger公司
最近，Challenger公司率先研發(fā)了一款裝配新型撐地支腿的清障車SP8000。只要拉動支腿的控制桿，就可以改變支腿的撐地狀態(tài)。當(dāng)在狀況不佳地面上工作時，就可以通過拉動控制桿將支腿變成鏟子形狀，然后在地面上鏟出一塊比較適合支腿工作的地面。另外，Challenger公司還研發(fā)了一款低重心平板型道路清障車。這款道路清障車的整體高度比普通平板型道路清障車的高度低 15～23cm，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于在有限高的道路上行駛時可以運輸高度更高的貨物。
2.2國內(nèi)外清障車技術(shù)現(xiàn)狀
我國 80 年代末期開始引進和仿制清障車，從國外清障車發(fā)展的第三階段開始起步，起點較高，走了一條引進技術(shù)與自主開發(fā)相結(jié)合的道路。無論是研發(fā)技術(shù)還是生產(chǎn)能力，我國企業(yè)都能滿足國內(nèi)市場需求。但是與世界先進水平相比還有一定差距。主要表現(xiàn)在：
（1）國內(nèi)目前基本使用載貨汽車的二類底盤改裝清障車，據(jù)了解，只是因為各類汽車底盤不能大批量被采購應(yīng)用，所以不愿意投入資金和精力去開發(fā)。因此清障車上裝與底盤的匹配不盡合理，底盤的作業(yè)能力未有得到充分發(fā)揮。
（2）產(chǎn)品開發(fā)主要還處于模仿階段，自主開發(fā)的品種不多。多數(shù)企業(yè)由于生產(chǎn)量少，為減少成本，仍然采用原始的手工作坊式技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品外形比較粗糙，只有少數(shù)生產(chǎn)量大的企業(yè)，采用等離子或激光等技術(shù)，保證產(chǎn)品的下料尺寸準(zhǔn)確，減小毛坯因受熱而變形。
（3） 智能化監(jiān)控。目前國內(nèi)清障車的技術(shù)，僅僅滿足基本的施救和清障，智能化的監(jiān)控儀器應(yīng)用較少。
目前, 國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的道路清障車技術(shù)與工藝的特點主要是:全部液壓操縱系統(tǒng)的設(shè)計;起重臂設(shè)計;整車穩(wěn)定性、安全性設(shè)計與校核等。其優(yōu)點是:性能可靠、保護環(huán)境、使用安全、功能齊全。具有標(biāo)準(zhǔn)化和通用化特征。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展, 城鎮(zhèn)建設(shè)和公路建設(shè)已列為各地經(jīng)濟工作的重點, 全國高速公路通車?yán)锍虒⒊杀对鲩L, 公路保養(yǎng)用車需求量急劇增加。目前, 國內(nèi)現(xiàn)有的清障車生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展速度尚不能適合道路交通和城市的快速發(fā)展。其主要措施是:
（1）依照國家的產(chǎn)業(yè)政策, 圍繞國家扶持的產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品, 參照國家和國際上關(guān)于改裝車車輛的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 研究制定道路清障車的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 并建立合理的新型道路清障車立項程序。
（2）加強對道路清障車項目開發(fā)的檢查和過程管理。主要內(nèi)容包括:科研開發(fā)目標(biāo)進度執(zhí)行情況;項目經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)完成情況;取得的成果、資金使用情況等。
（3） 建立和實施有效的激勵機制, 充分調(diào)動道路清障車科研開發(fā)人員的工作積極性, 并且以企業(yè)為主體, 搞好與國內(nèi)外科技力量的聯(lián)合。以科技進步和創(chuàng)新為動力, 致力于與國際道路清障車搶占市場制高點。
2.3國內(nèi)外清障車發(fā)展趨勢
我國目前的道路清障車正在向“一車多能”的方向發(fā)展，生產(chǎn)廠家結(jié)合實際力求使一輛清障車能夠解決大部分的交通事故問題。但我國清障車發(fā)展歷史相對國外較短，許多技術(shù)上的問題仍需解決，目前追求的“一車多能”仍不可能做到一步到位，而且許多清障單位限于成本，也沒有在清障車上作太全面配置，但起碼的功能——托吊、托舉、拖牽、回轉(zhuǎn)、卷揚等功能應(yīng)當(dāng)具備。如果清障車的功能過于簡單，往往一起事故要用兩三輛不同功能的清障車才能完成救援，輕則費時費力，重則影響救援效率，造成重大的損失，有悖于清障作業(yè)所倡導(dǎo)的的快速反應(yīng)。
人性化設(shè)計和個性化服務(wù)是國外目前的發(fā)展趨勢。國外的清障車，技術(shù)方面非常成熟，尤其是美國清障車技術(shù)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其主要結(jié)構(gòu)技術(shù)的創(chuàng)新與改進已經(jīng)很小，現(xiàn)今清障車產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)，主要集中在人性化的設(shè)計和個性化的服務(wù)方面。另外上裝輕量化也是目前國外清障車的發(fā)展趨勢，隨著全球環(huán)境惡化和能源危機的日益加劇，汽車輕量化設(shè)計作為 實現(xiàn)節(jié)能減排的最有效措施之一，國外平板大量采用鋁合金型 材加普通鋁板制造，會越來越受到企業(yè)和用戶的重視。我國清障車技術(shù)今后還將在以下幾個方面進行改進和優(yōu)化。
（1） 底盤專用化。為了達到清障車對底盤的專門要求，需要研發(fā)一系列 專用的二類底盤，使整車與上裝的匹配更加合理，使軸距及前后橋的設(shè)計承載能力更強，最大限度地發(fā)揮底盤性能。
（2）設(shè)計、生產(chǎn)、試驗手段采用新技術(shù)。國內(nèi)清障車設(shè)計還在研究和仿 制國外主流產(chǎn)品，主要是在運用 AutoCAD 或國產(chǎn)電子圖版進行2維設(shè)計，美國米勒公司的清障車設(shè)計已邁向3D CAD設(shè)計。用3D原型圖，進行工裝、夾具和檢具的設(shè)計、校準(zhǔn)和驗證，提高了產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量和成功率，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，實際上也 相應(yīng)降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。
（3）生產(chǎn)自動化。目前國外基本上采 用了機器人自動焊接，焊縫外表質(zhì)量美觀、焊接質(zhì)量高、焊接效 率高。而國內(nèi)基本都是使用二氧化碳保護焊焊接，焊后質(zhì)量檢查不合格率很高，浪費很大，而且焊縫外表質(zhì)量差。
（4） 操作能培訓(xùn)專業(yè)化。曾經(jīng)發(fā)生過許多因為操作者操作不當(dāng)、技術(shù)不夠熟練等原因?qū)Ρ皇┚确皆斐韶敭a(chǎn)或生命損失的情況。因此專業(yè)化的培訓(xùn)顯得尤其必要。熟悉清障車的專業(yè)知識，提高操作者的安全技能和安全意識、避免和減少傷亡事故，掌握清障車 正確操作使用和日常維護保養(yǎng)技術(shù)，確保操作者在學(xué)習(xí)結(jié)束后 能馬上投入實際的工作。
（5）產(chǎn)品品種多樣化。從品種上看，發(fā)達國家如德國的清障車品種有300多種；從需求量上看，目前德國、日本、英國等國也是完全根據(jù)用戶的需要進行生產(chǎn)的。正是由于清障車服務(wù)的廣泛性和專業(yè)性，才能形成清障車多品種的特點。據(jù)統(tǒng)計，目前我國清障車已達50個種，200多個品種。由于各行業(yè)的特點不同，對具體品種的需求量也不同，清障車的市場可以出現(xiàn)多個熱點同時并存的局面，從而形成市場的多元化，為生產(chǎn)企業(yè)提供廣闊的發(fā)展空間。
三、目前研究存在的不足
我國道路清障車的發(fā)張還存在一些嚴(yán)重的問題，這是一個不容忽視的問題，這些問題如果不能得到及時的解決，將很大程度上影響我國道路清障車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
首先，研發(fā)能力不強，同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重。我國目前除平板貨車、半掛車、油罐車等專用車批量生產(chǎn)較大外，其他技術(shù)含量較高的專用車大多是小批量多品種，開發(fā)新產(chǎn)品及技術(shù)改造投入大、見效慢、收效小，加上大多數(shù)企業(yè)缺乏資金，不愿意做長期投資，浴室采用簡易的工藝裝備，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，致使產(chǎn)品質(zhì)量難以得到較大的提高，資金缺乏，技術(shù)投入不足，更容易走上仿造之路，大多數(shù)企業(yè)是仿造國外車型，然后再互相模仿，同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。
二是專用清障車底盤缺乏。目前國內(nèi)基本上沒有一家專業(yè)生產(chǎn)清障車底盤的企業(yè)，國內(nèi)800多家專用車生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的各類專用車中，大多數(shù)是在普通載貨車底盤的基礎(chǔ)上改裝而成，而這些企業(yè)中又有大多數(shù)為外購底盤進行改裝生產(chǎn)的中小企業(yè)，機械化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，與發(fā)達國家有很大差距。這一現(xiàn)狀極大的影響了我國道路清障車的發(fā)展。
三是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，目前我國道路清障車的市場份額占全部貨車的5%，與發(fā)達國家10%以上的市場份額相比仍有很大差距。
四是行業(yè)集中度較低，專用汽車生產(chǎn)企業(yè)不“?！保瑢Ｓ闷嚿a(chǎn)企業(yè)存在散、亂、差的現(xiàn)狀。一個產(chǎn)品有幾十家甚至上百家企業(yè)生產(chǎn)，與此對應(yīng)一家企業(yè)又會生產(chǎn)很多種產(chǎn)品，而在發(fā)達國家，一個產(chǎn)品通常由3到5家企業(yè)生產(chǎn)，一家企業(yè)最多只生產(chǎn)幾種產(chǎn)品。相比之下我國汽車行業(yè)集中度較低。
五是現(xiàn)有裝置的開發(fā)能力和制造水平對清障車限制較大。我國道路清障裝置的關(guān)鍵總體水平不高,如液壓件、泵類、閥類等零件還未達到較高的技術(shù)水準(zhǔn)，仍需要進口，制約了高水平清障車的開發(fā)生產(chǎn)。
六是國內(nèi)清障車與世界先進國家的清障車相比在技術(shù)水平方面存在一定的差距。以美國為例，通常一個14m牽托質(zhì)量20t的三軸清障車，車輛自重在10t以下，換算成我國目前的13m長標(biāo)準(zhǔn)的三軸清障車，其自重約為8t，而我國目前通常13m長的三軸清障車自重均在10t以上，如果三軸清障車軸荷受同樣法規(guī)的限制，美國的清障車比我國的清障車多拖約2t左右的貨物，這對汽車的油耗，輪胎的損耗都有較大的影響，其先進的經(jīng)濟性不言而喻。
4、 本課題研究內(nèi)容
通過幾周的文獻閱覽并結(jié)合專業(yè)所學(xué),我們可以了解到道路清障車在我國的車輛制造產(chǎn)業(yè)中發(fā)展前景很大。而且隨著車輛的普及，汽車生產(chǎn)行業(yè)的趨于完善，如何有效的緩解道路壓力成為我們必須要面對的一個現(xiàn)實問題。要解決這個問題不僅需要完善道路的建設(shè)，道路清障車的發(fā)展也具有著重要的意義。本次研究主要針對道路清障車的執(zhí)行機構(gòu)進行設(shè)計與分析，研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
1、閱讀文獻，綜合道路清障車的理論與研究現(xiàn)狀，重點了解道路清障車在作業(yè)時做遇到的問題以及解決方式，通過閱讀文獻了解道路清障車的基本組成機構(gòu)以及所實現(xiàn)的功能。
2、建立道路清障車的基本模型，重點熟悉其工作部分，建立起對道路清障車系統(tǒng)的認(rèn)識，為3D建模做準(zhǔn)備。
3、進行道路清障車的設(shè)計與分析。
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