军用方舱舱体的设计计算.pdf

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方舱舱体的设计计算
一、舱体的基本结构与设计计算
1、外部尺寸与最大总质量的确定
最大总质
型号长度(mm)宽度(mm)高度(mm)
量(Kg)
CAF201968190018002000
1800
CAF30299121002500
2100
1800
2100
CAF40401221003500
22402100
CAF505000224021005000
CAF606058243821007000
2、夹芯板的结构及厚度确定
1)、夹芯板的结构
2)、夹芯板抗弯强度
Ef——蒙皮材料的弹
性模量2
E(ht)t
ff——蒙皮材料的
D
泊松比
2(12)
fh——芯层的厚度
t——蒙皮的厚度
D正比于(h+t)2,优化h、t可达到所需强度和最轻结构重量。
3、舱体的基本结构
®骨架结构——类似于固定厢式车。
®板式结构——六块大板拼装而成。
4、舱体的设计计算
方舱的吊装和跌落是两种最大载荷工况。以吊装为例。
1)、舱体结构承载能力的确定
¶包角及底板夹芯中加强筋的临界应力
2E2EJ
ππ
min
σ=C=C
lj(L/i)2L2A
min
式中:E:包角或筋的弹性模量;C:边界支持系数,取1~4;:.
Jmin:包角或筋最小截面惯性矩;L:包角或筋的长度;
imin:包角或筋最小回转半径;A:包角或筋的横截面积。
σ=Q3EEG
LJFSS
蒙皮局部临界应力:
Q:相关系数,~;
EF:蒙皮弹性模量;ES:芯层的弹性模量
GS:芯层的剪切模量。
2)、舱体整体强度计算(受力简图如下):
PPH
12
H
L
P
2
假设方舱仅由外蒙皮(厚度)承受载荷。
弯曲强度
纵向弯矩产生的最***向应力:
MPL
=bM=1
σ
maxwb2
[H4-(H-2)4]
δ
W=
6H
——舱体截面系数
扭转强度
位于横断面内纯扭矩所产生的最大切向力:
:.
P
2
τ=
max2
2δ(H-δ)
¦弯、扭组合按第三强度理论有
22
σ+4τ≤[σ]
Wn
取所计算的临界应力中最小者与弯扭合成应力之比,得安全系
数。
3)、舱体刚度计算
j弯曲刚度:设载荷全部集中在舱体中部。
舱体中部最大挠度:
式中:Ef——夹芯板蒙皮的弹性模量。
JX——舱体惯性矩。其中:JX=[H4-(H-2)4]/12
O扭转刚度:舱体在位于横截面内纯抟时,两端相对
的最大转角:
MK——扭矩,且MK=P2H;G——夹芯板蒙皮的剪切弹性模量;
JK——极惯性矩,JX=2JX(仅对于正方形)。
二、方舱的密封性设计
1、密封设计的内容:
淋雨、透光、泄风量、涉水、电磁屏蔽等。
2、密封原理:
(1)、造成泄漏的原因:一是密封面上有间隙,二是密封
件两侧有压力差。
(2)、密封原理:消除(或减轻)上述任一因素,均可阻
止(或减少)泄漏。
二、方舱的密封性设计
3、密封的含义:阻止泄漏,即防止接触内、外的物质相互传递。
(1)、相对静止的结合面间的密封为静密封。
(2)、借助密封件使密封面相互靠紧、接触甚至嵌入,
以消除间隙为接触型密封。
4、静密封设计:
(1)、方舱静密封的位置:各大板搭接处;各大板与角
形件处等。
(2)、静密封的施实:控制尺寸及加工误差、形位公差,
在各种间隙内填充密封胶。
5、接触密封设计:.
方舱的门、窗、孔口都为接触密封。
提高接触密封的措施:门、窗、孔口的框架采用
模具压制成型的型材,控制尺寸及形位公差,提高
其表面的平面度和垂直度,采用高弹力橡胶封条。
6、方舱的密封结构(参考图说明)
一般结构(参考图说明)
淋雨涉水要求
光密要求
气密要求
三、方舱内部设备布置原则
1、最大限度地利用空间空间,笨重设备安装于舱底。
2、充分考虑方舱的型号、最大总质量、结构型式,避免方舱超
载和局部应力过于集中。
3、有利于工作人员操作(包括采光、照明、空调、出入等。
四、方舱中设备的减震
1、减震的目的:减弱环境震动对精密仪器、设备的干扰。
2、减震器选择原则:
O要满足设备重量的要求;
O要满足减震性能的要求,避免共振;
O便于设备安装。
五、舱车一体化铁路运输
方舱装车后的宽度与铁路限界高度的关系
45450-5L
H=
9
450450
L
0
0
8
4
H0
0
3
4
13501350
:.
L——方舱宽度的1/2;
H——铁路限界高度。
厢式车的定义
厢式汽车(又称为房式汽车)
定义是:具有独立的封闭结构的车厢或与驾驶室联成一体的整体
封闭结构车厢,装备有专用设施,用于载运人员、货物或承担专
门作业的专用汽车。
厢式车辆的性能要求
行驶性能
¡最高车速及涉水深度符合原底盘车规定;
¡制动性能要求;
指标制动距离m在规定初速度
下,紧急制动稳
类型制动初速度Km/h
定性要求。
2030
小型<<80mm
~
大型>
驻坡要求:20%~60%;
刚度、强度符合《厢式车通用技术条件》的要求;
厢式车辆的性能要求
s密封性
_气密性:车厢应具有良好的防尘性能;
_水密性:车厢应有良好的防雨性能;
_光密性:车厢在黑暗环境中,门、窗、孔、口关闭
良好,放下防空帘,打开车厢内照明灯,10m外不
应观察到透光现象。
s保温性
当车厢内外平均温差在20~25度时,其传热系数</()。
厢式汽车设计
一、厢式汽车底盘与车厢的选择
(一)、底盘选择
1、客厢式汽车多用于载人,提供服务,完成专门作业;选客车
专用底盘。设计时要考虑整体结构,便于乘座及专用设施的布置。
2、货厢式汽车主要用于载货和设备,选用二类底盘改装,所考
虑的性能指标有:动力性、经济性、越野性、行驶安全性等。
(二)、车厢的选择
1、客厢式:在客车车身上改装——救护车等。
2、货厢式:矩形立方体,根据车速及限制条件,对顶角及前围
进行改造,目的在于降低气动阻力。:.
二、货厢式汽车设计
(一)、货厢式汽车的主要参数
1、尺寸参数
A、轴距、轮轮:由所选底盘车而定,一般不变。
B、前悬、后悬:二类底盘带有驾驶室,一般前悬不变,后悬取
决于货厢长度、轴距及轴载质量分配情况。但后悬不大于轴距的
65%,。
C、外廓尺寸应符合
GB1589-79《汽车外廓尺寸限界》
-83《标准轨距铁路机车车辆限界》
-83《标准轨距铁路建筑限界》
GB1589-79规定
•高Ha≯4m、宽B≯、长La≯12m
车辆长:
LF:前悬,L:轴距,LR:后悬
车辆高:
hd:车架上平面离地高度
hcx:货厢高度
D、货厢容积V
对于军用厢式车,如V受上述三个国标约束后太小时,可
采用工作状态下扩展式。
`车厢容积受所选底盘车的制约,设计时应根据用途、设备
尺寸、货物密度、装载质量等因素考虑。
E、货厢地板高度hb
hb受轮胎直径及轮胎与地板下平面的必要空隙的影响,考虑到钢
板弹簧的变形、冲击、偏载等因素,货厢式汽车hb≥230mm,
越野厢式汽车hb≥310mm.
2、质量参数
1)最大装载质量me
me=m-m0
m——厂定最大总质量
m0——整车整备质量
2)整车整质量m0:是指除货物、人员外,仅保证车辆正常行
驶和完成使用功能所必需的全部装备质量之和。
3)轴载分布:影响操稳性、制动性、通过性
及轮胎寿命等。
分布原则:尽量保证轮胎载荷均匀。
分布方法当选定底盘的轴距确定后,通过改变负荷
的位置来实现轴载分布的合理性。
常见厢式汽车轴载分配比例
:.
空载满载
车型
前轴%后轴%前轴%后轴%
4×2后轮
50~5941~5032-4060~68
单胎
4×2后轮
40~4951~6023~2872~77
双胎长头
4×2后轮
44~5446~5627~3565~83
双胎平头
64
×后轮
31~3763~6919~2575~81
双胎
4)质心高度hg:影响行驶稳定性和横向稳定性,希望hg↙。
横向稳定性的必要条件:(B/2hg)>
B:轮距hg:满载质心高度:道路附着系数
5)荷重比G0=me/m0
4、性能参数
主要性能参数保持原底盘车不变,只是由于货厢的迎风
面积加大,使得最高车速,油耗,离去角(越野车≮26º),
质心改动。
(二)、货厢参数设计
1、货厢的布置与容积校核
1)、货厢布置
为保证轴载分配合理,货厢与货物或设备的合成质心应在后桥
之前一段距离。
长头后双胎取轴距的5%~10%
平头后双胎取轴距的10%~20%
货厢与驾驶室之间的最小距离:50~100mm。
2)、容积校核
(1)、仅用于载货时,其校核为me/≤V
——货物密度
(2)、当货厢式汽车用于载人、设备、武器装备时,货厢在
三个国标的约束下,可根据实际需要,采用开式、闭式、扩展式;
内部布局在考虑质心位置和不影响原车性能的情况下,应充分利
用空间,合理布局,降低质心。
2、质心位置和轴荷计算
1)、质心位置
测出或估算出底盘、货厢、设备等的质心位置,再利用力矩平衡
原理求质心和轴距。
:.
(1)、底盘车的
质心位置
水平质心:
Ld2=L•(md1/md)
质心高度:
hd=(m’d2•L/md-Ld1)ctg
(2)、厢、车组合后的质
心位置
设货厢为空厢
L02=(md•Ld2+mx•Lx2)/m0
h0=(md•hd+mx•hx)/m0
2)、轴载质量
空载:m01=m0·L02/L
满载:m1=m·L2/L:.
(三)、车厢结构设计
1、一般要求:
1)、最大限度地利用底盘车的使用面积和载重量。
2)、有合理的外形,有利于改善空气动力特性。
3)、能有效地保证货物或设备运输的安全性。
4)、在保证刚度和强度的条件下,尽量减小车厢质量,以提高装
载系数。
5)、有良好的制造和装配工艺性。
2、车厢骨架的结构设计
1)、骨加结构设计原则:
截面形状合理,制造工艺简单,成本低,材料轻,有足够的强度
和刚度,与蒙皮有良好的连接性。
2)、车厢骨架的连接型式
整体骨架式:车厢各壁板主骨架(包括门框)连接
成一个整体。通常采用焊接。
分片组装式:车厢六块大片分别成形后,再互相连
接成整个车厢。通常采用铆接/螺接加焊接。
3)、底架设计
☺底架组成:纵、横梁为槽形截面,通式结构,二者
相互垂直焊接在两个平面上,形成一整体框架。
纵梁间距:与底盘车架同宽。
横梁间距:后桥中心处相邻两根横梁要满足轮胎跳动与运
动的要求,其间距应适当大些,一般在1000mm左右,其
它各横梁间距为500~700mm,并设计成等强度梁。
4)、车厢骨架强度分析
车厢骨架是一个复杂的框架结构,存在着两个以上的约
束,属于静不定问题。要精确计算其强度和刚度,用一两个数学
式子很难描述其复杂的受力工况。如要精确计算可用有限元法:.
等,通过计算机求多元解。但在实际工作中首先是通过下列公式
估算的:
纵梁静弯曲应力:
M
σ=f
11W
1
四角边梁静弯曲应力:
式中:f1,f2:分别为纵梁、四角边梁的刚度分配系数。
M:计算截面处的弯矩。
W1,W2:分别为纵梁、四角边梁计算截面处的抗弯
模量。
在认为纵梁、角边梁共同承载,挠度相同的前提下,可用刚分配
法进行载荷分配。
纵梁刚度分配系数:
式中:EI1,EI2:纵梁,角边梁弯曲刚度。
I1,I2:纵梁、角边梁的计算截面惯性矩。
EII
f=1=1
1EI+EII+I
1212
动载系数的应用
厢式车辆在行驶过程中是处于随机振动状态。在进行车厢
强度分析时,应充分考虑振动因素对车厢的影响。一般要对静态
负载产生的骨架单位应力值和材料的屈服强度进行比较,而满足
一定的安全比值,即安全系数。
σ
s
n=≥[n]
σ
式中:n——安全系数,
s——材料的屈服强度;
——静态负载产生的应力值;:.
[n]——许用安全系数。
另一种计算方法:采用动载系数法进行。
纵梁的动弯曲应力:
3、蒙皮的设计
材料:~、铝板、玻璃钢
等。
尺寸:根据骨架结构与板材尺寸规格确定,蒙皮之
间应留有15mm的搭接量。一是结构需要,二是补
偿骨架开档和蒙皮本身的尺寸误差。
截面形状:从刚度的角度
看,弧形>三角形>矩形
4、门、窗、密封条及门梯的设计
车厢门的设计
车厢门一般为后开门
全开:用于运货车厢。
局部:用于客车、生活工作间等。
侧门应开在右侧,并向前开。侧门中心距前端的距
离约为车厢长的1/3~1/2。
侧门的宽度一般为800~1200mm。
窗的设计:.
货运车厢:在货厢前围与驾驶室后视窗平齐位置开
固定式观察玻璃窗,在窗的里层加防护网;顶部开
通气孔。
客车、生活间、工作间等车厢:开设采光窗。分为
开启式和固定式。
窗的尺寸和位置应根据骨架位置具体开设,不应隔
断骨架。
密封条的设计(要求)
有良好的弹性,密封可靠;
耐老化(耐油);
温度适应范围-40~+50℃;
强度好、耐磨;
便于成型和装配。
门梯的设计
固定式
活动式
*抽拉式(车厢下);
****式(后外壁)。
a车厢与底盘的连接
¦采用角铁与U型螺栓并用的结构。
@角铁连接:两角铁之间应留有3~5mm间隙,
用于固定。
***@U型螺栓:直径>16mm,安装间距
1000~1500mm;应力最大处不得安装;为防
止变形可在内侧加固。