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        發動機艙自動滅火器方案設計

        前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了發動機艙自動滅火器方案設計范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

        發動機艙自動滅火器方案設計

        1自動滅火器位置布局

        發動機艙是汽車的中樞區域,布局緊湊。而自動滅火器受自身體積外形所限,必須有一個合適的位置和牢固的方式放置。

        1.1車身駕駛室艙內布局

        本文所述的商用車,是典型的前置發動機車型。車身發動機艙是整車的首腦部位,是動力總成中心及控制中心。它是由駕駛室地板、發動機罩、面罩框、前保險杠等組成的一個半封閉的空間。其中動力總成核心發動機和控制中樞ECU等均放置于此,重要部件還有蓄電池、前蒸發器、暖風、風窗洗滌壺、ABS、空壓泵、散熱水箱、前燈、防凍液壺等。另外,電子電器設備的電源線束、控制信號線束,進排氣管道、液體循環管路等都在艙內形成一個復雜的網絡。發動機艙內由于放置了眾多的零部件,導致布局空間相當緊湊,而滅火器及其附屬支架占用空間較大。并且艙內器件依托的車身本體鐵件大多是材料厚度較薄的鐵板,在滅火器本體3G動載工況下零部件強度較難滿足安裝要求。

        1.2滅火器的布置原則

        滅火器在發動機艙內布置,需要在滿足滅火要求的前提下,選擇強度高的車身部位,不降低車身模態及零部件強度、剛度。

        1.2.1針對易起火點布置

        汽車發動機艙內易起火部位主要有發動機本體及其管路、蓄電池及其開關等部位,其中,發動機引起的火患最難控制,后果最為慘烈。發動機及其管路其上易著火點按照危險性,依次為增壓器、發電機、高壓燃油泵及高壓燃油管、排氣管等。針對易著火點在艙內的位置分布和法規規定的滅火劑劑量要求,最終確定在本車型上安裝左右對稱的兩個滅火器,內貯干粉質量均為400克。車身左側位置的滅火器滅主要針對高壓燃油泵、增壓器等的火情,并能兼顧蓄電池可能產生的險情;車身右側的滅火器則主要排氣管、發電機等的火情。

        1.2.2選擇車身強度足夠高的部位作為安裝位置

        由于滅火器外殼較厚,加上支架和內貯干粉質量,整個滅火裝置的重量比較大,因此選擇厚度大、材料屈服強度較高的車身位置安裝,是非常重要的。而當零件料厚達不到直接安裝要求時,就必須對零件貼加強膠片和焊接加強支架來保證足夠的安裝強度。本車型的面罩框采用的雙層鋼板結構,骨架和外板都采用了高強度合金鋼,材料具有良好的強度和剛度性能,滅火器就安裝于面罩框的兩側位置。為了滿足較高的安全系數,使面罩框不至于出現開裂等問題,面罩框骨架部位增加了加強板,滅火器支架直接安裝于增加了加強板的零件處。

        1.2.3滅火器拆裝方便,并且不影響艙內其他器件維護作業。

        由于發動機艙內器件數量比較多,有一些部件需要經常性拆裝,滅火器布置之后不能影響其他部件后續操作。滅火器自身也需要拆裝方便,只需要簡單工具就能實現一次拆裝操作。另外,滅火器布置位置盡量對稱,既美觀又對車身模態有益。根據車身發動機艙內零部件布局,結合滅火器的放置原則,本車型最終確定了滅火器放置于面罩框內側上安裝點處,以支架懸掛固定的布置方式。滅火器自身用圓形抱箍緊抱,并與滅火器支架連接,滅火器支架另一端用螺栓固定于面罩框上。

        2滅火器布置方案

        2.1面罩框本體加強方案

        面罩框本體是由內外兩層鋼板點焊而成,內部為焊接骨架,外部為一體化沖壓成型的鋼板,安裝外飾件。面罩框骨架總成為幾塊高強度板材焊接而成,內外板之間除搭接邊處,均有內部空腔,由于滅火器重量較重,內部需要增加加強板作為補充。加強板上需要焊接凸焊螺母,安裝螺栓可以直接與凸焊螺母配合,安裝便捷。

        2.2滅火器支架設計方案

        滅火器的安裝在滿足良好的布置位置基礎上,選擇安裝與固定方式也是極其重要的。目前主流的滅火器外殼為全鋁合金沖壓而成,無法用焊接的方式實現固定。而滅火器本體為了保證外形尺寸與密封性,不能在外殼壁隨意開孔。因此,滅火器本體需要用夾持的方式實現固定。滅火器與面罩框之間為了安裝與安全需要,必須保持一定的安全距離。因此,兩者之間須用剛性支架進行連接。支架自身既要能滿足滅火器本體的重力場動載所需的材料屈服強度,也要滿足與面罩框連接在一起時候的模態特性。支架制作所用必須為高強度合金鋼板,并且要增加加強筋和鈑金件翻邊來增大其抗彎模量。

        2.3滅火器連接支架方案對比

        滅火器連接支架在不同材料和不同料厚情況下,對滅火器安裝狀態影響很大。增大連接支架的鈑金厚度,會增加滅火器的連接強度。但同時自身重量也會增加,對面罩框連接點處的局部應力沖擊會更大,面罩框整體模態可能會降低。因此,本文針對連接支架在不同料厚下的應力影響進行了分析比較。

        2.3.1方案一

        滅火器本體、抱箍等為供應商合成供貨,并提供了詳細的設計數據。面罩框加強板采用高強度合金鋼DC03,料厚2.0mm。滅火器連接支架的料厚為設計變量,從幾種車身鈑金件主流料厚中選擇合適的厚度。在方案一中,滅火器連接支架采用1.5mm厚度的鋼板,具體設計數據詳見下表。

        2.3.2方案二

        在方案二中,增加滅火器連接支架材料厚度,采用2.0mm厚度同型鋼板。其余設計數據均保持不變。

        3滅火器布置方案有限元分析

        在確定滅火器布置方案之后,需要分別進行應力分析,以驗證面罩框、連接支架的整體強度、模態等是否滿足設計要求。針對方案一和方案二中的數據,前處理采用hapermesh軟件,求解器采用ABAQUS軟件。計算3G動載工況驗證滅火器支架及相關零部件的強度;在前處理過程中,輸入邊界條件,約束面罩框總成與車身的安裝孔全部自由度,計算模態。目標值要求滅火器支架總成一階模態值不小于33Hz。

        3.1方案一

        滅火器支架總成一階模態:滅火器支架總成二階模態:3G動載工況驗證面罩框骨架上加強板應力結果:

        3.2方案二

        滅火器支架總成一階模態:滅火器支架總成二階模態:3G動載工況驗證面罩框骨架上加強板應力結果:

        3.3方案比較由有限元分析

        方案一中1.5mm支架在3G動載工況下的應力滿足要求,但是一階模態比較低,滅火器連接支架可能在實際使用過程中出現質量問題,滅火器連接支架需要通過增加厚度加強筋等增大一階模態。方案二中2.0mm料厚滅火器連接支架在模態分析和3G動載工況下,均滿足合格標準,一階模態37.5Hz,超過面罩框一階模態最低標準33Hz;3G動載下面罩框骨架上加強板應力68.9Mpa,比方案一略有上升,但是遠遠低于面罩框骨架上加強板的應力極限120Mpa。方案二中滅火器連接支架能夠滿足設計要求,2.0mm厚度鋼板也是車身最常用板材,設計該料厚是可行的。面罩框加強板、滅火器抱箍等也均能滿足要求,方案二為本車型所采納。

        4結論

        根據滅火器的布置原則,選擇面罩框部位作為安裝位置,該部位車身強度足夠高、便于拆裝。滅火器采用左右對稱布置,左右各懸置一個。為了滿足較高的安全系數,使面罩框不至于出現開裂等問題,面罩框骨架部位增加了加強板,滅火器通過連接支架安裝于此處位置。由于布置方案對滅火器連接支架要求最高,本車型對連接支架進行了差異化方案設計。本車選擇了兩組方案,以滅火器連接支架的鈑金厚度為變量,分別驗證能否滿足面罩框模態特性和滅火器重力場動載要求。經過有限元分析,連接支架設計厚度2.0mm能夠滿足安裝要求,本車最終采用了方案二作為布置方案。本車自動滅火器布置方案既保證了及時撲滅火情的需要,也滿足了車身自身的強度和模態特性,后續即可以進行大批量產品車驗證。如果本方案最終被采納,對于車輛安全性與車身性能的提升均會起到較大作用。

        作者:孟兵 單位:南京汽車集團有限公司汽車工程研究院

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