全地形消防車懸架系統設計及其性能仿真研究

朱津明

山東天河消防車輛裝備有限公司 山東臨沂 276000

全地形車（All Terrain Vehicle，簡稱 ATV）依照外觀可以當做是四輪摩托車，由于其輪胎相對寬大，那么和地面所接觸的面積相對較大，隨即所產生的摩擦力相對較大，再搭配特殊化的胎紋不會容易出現打滑的現象，可以在那些輕質的沙土地之上來行走，因此被稱之為“沙灘車”。

1 概述

世界上第一輛全地形車為三輪，在1970年的時候由Honda 公司研制，另外世界上第一款四輪全地形車通過日本鈴木公司研制而成，隨即全地形車得到了很好的發展，種類也愈發多樣化[1]。組建車輛的懸架主要為緩解振動沖擊的減振器、懸架系統的彈性元件與懸架導向機構。懸架系統之中的彈性元件功能主要展現在完全可以承受垂直荷載并予以傳輸，降低因為路面不平整、車輛起步、加速行駛、減速制動和轉彎階段之中所引發的慣性沖擊，懸架系統之中減震器工功能實則為以阻尼力衰減彈性元件而引發震動。

2 全地形車在我國森林消防中的應用發展現狀

森林滅火裝備的研發得要和本國森林火災出現的特征和規律。例如，加拿大、美國等美洲國家在空中撲救力量與地面撲救理想融合作戰方面有著得天獨厚的優勢；法國、德國等西歐國家在森林消防車技術發展速度快；捷克、芬蘭等東歐國家實則是運用生物防火，在聯合防火作業機組方面的基技術水平尤為嚴格。我國國情的疆域相對遼闊，森林覆蓋率區域都處在一個相對偏遠的山或者是沿著國境線的邊境區域，交通不便利，這勢必會給森林消防技術水平帶來諸多難度，雖然近些年來我國消防車發展速度相對較快，然而在類型與車型結構之上相差甚遠。

3 全地形消防車懸架設計的要求及類型選擇

全地形消防車為一類新型化的消防車輛，為全地形車在消防之中的一類運用，因為其獨特化的用途與環境的繁雜性，所以針對懸架系統的標準尤為嚴格。懸架系統的設計指標為安裝位置、控制臂相關尺寸、彈簧剛度與類型、減震器種類及相關阻尼系數、懸架的動靜撓度、懸架偏頻的選取和懸架的結構形式等等。

4 全地形消防車懸架系統設計及其性能仿真

4.1 全地形消防車車輪外傾角分析

車輪外傾角（camber angle）為汽車前視或者是后視圖之中，車輪中心平面和地面之間垂直線的角度。車輪外傾角主要為負值、正值，縱向視圖之中車輪上部與汽車中心線遠離的時候，兩車輪呈現出來外向“八”字，外傾角是正值，反之，兩車輪呈現出來內向“八”字，外傾角為負值。在上述兩類情況之下的車輪外傾角仿真結果具體見圖1，圖2所示。

圖1 同向跳動外傾角變化圖

由圖1、圖2可知，車輪外傾角在輪跳不同向與輪跳同向調動的時候，變化趨勢基本一致，變化角度也趨同，均與外傾角在車輪受沖擊向上調動的時候會下降，在向下調動的時候則呈現出增長的狀況。

圖2 反向跳動外傾角變化

4.2 全地形消防車懸架主銷后傾角分析

主銷后傾角（caster angle）為汽車側視圖之中，轉向輪軸線或者是主銷軸線和地面垂線之間的夾角。因為全地形消防車運用的是雙橫臂獨立懸架，所以并不會出現主銷，主銷軸線為上下控制臂的外點連線而定義。主銷后傾角也會分為正值和負值，在這之中，正值為主銷軸線下端部位朝著汽車前部方向傾斜，負值為下面部分向車輛后方傾斜。

4.3 全地形消防車懸架主銷內傾角分析

主銷內傾角（kingpin inclination angle）為汽車前視或者是后視圖之中，主銷軸線與地面垂線的夾角。主銷內傾角可以顯著改善汽車操縱穩定舒適性，但正是因為銷內傾角，在車輛行駛的時候會朝著轉向輪施加回正力矩，在轉向的時候所受到的阻力矩會隨著主銷內傾角的變大而不斷變大。

4.4 全地形消防車車輪前束角分析

前束角（toe angle）是汽車俯視圖上，車輪中心線與汽車縱向平面垂線的夾角。若車輪前端距離大于后端距離，前束角則為負值；反之前束角為正值。在設計時設置合理的車輪前束角能抵消車輪外傾產生的不良后果，從而減小車輛輪胎的不正常磨損。前束角不宜設置的過大，其變化規律應滿足車輪上跳為零至負前束，下跳時零至正前束，設計時一般為0或弱負值。變化范圍一般為0.5°/50mm。由仿真結果可知，車輪同向跳動仿真與異向跳動仿真結果幾乎相同，驗證了模型的正確性，由以上的分析可知前束角的變化范圍稍微偏大，可以對此參數進行進一步的優化[2]。

5 結語

我國全地形產業的整體水平和國外相較而言落后，運用在消防方面的全地形車甚少，諸多消防巡邏車均為國外引進而來的。國內所生產的全地形消防車基本上為在國外產品的層面之上仿制而成，針對該類車輛的懸架和其他零部件性能方面的研究不多，所以產品質量不高。目前，車用懸架通常均是運用空間減震器或者是電控懸架，結構相對繁雜，然而操作穩定舒適性良好，全地形消防車懸架系統和其他類型的車用懸架系統相對簡便，整體維護起來整體方便。由此可見，本文的研究也就顯得十分的有意義。