HGC3110自卸汽車設計論文說明書

黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計摘 要本次設計的題目是HGC3110自卸車設計。該自卸汽車是以CA1123P9K2L4E型貨車底盤改裝,自卸車近幾十年來它在國內(nèi)外獲得迅速的發(fā)展與普及，它最大的優(yōu)點是實現(xiàn)了卸貨的機械化，從而提高卸貨效率。不僅可以減輕工人勞動強度，還可以促進國家的經(jīng)濟建設速度，關系到國家重點建設項目的建設和發(fā)展。同時在自卸車研究和生產(chǎn)過程中，也帶動了鋼鐵，化工等其它很多行業(yè)，又提供了大量的工作崗位，減輕就業(yè)壓力，并日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。因此，自卸車的發(fā)展是很有必要的。所以本文以HGC3110型自卸車為設計題目，設計的主要內(nèi)容有以下幾個方面:確定HGC3110型自卸車的總體設計方案、對舉升機構結構進行設計及其力學分析、對液壓系統(tǒng)的設計、對車廂的結構及副車架的設計、對HGC3110型自卸車進行整車性能分析。最后所設計出來的自卸車能夠承載5.5噸的貨物，舉升時間為15s的一款自卸車。關鍵詞：系統(tǒng)；車廂；液壓；設計；分析；機械化；自卸車；舉升；ABSTRACTThe design is the subject of the design modifications and HGC3110-type dump truck. CA1123P9K2L4E Dump Truck is the truck-based chassis modification, HGC3110-type dump truck at home and abroad in recent decades it was the rapid development and popularity of its greatest strengths is to achieve a discharge of mechanization, thereby enhancing the discharge efficiency. Not only can reduce the labor intensity of workers, but also to promote the country's economic construction speed, related to the key national construction projects, building and development. At the same time, research and production in the dump truck has also led the iron and steel, chemical, and other many industries, but also provide a large number of jobs and reduce the employment pressure, and gradually maturing as a series of product variety. Therefore, the development of dump truck is necessary. Therefore, this paper HGC3110-Type dump truck for the design of the subject, the main elements of design are as follows: HGC3110-type dump truck to determine the overall design program. On the lifting body structure design and mechanical analysis. The design of the hydraulic system. The structure of the compartments and sub-frame design. HGC3110 type of dump truck for vehicle performance analysis. The last designed by the dump truck can carry5.5 tons of goods, lifting time of a dump truck for the 15s. Keywords: System;Carriage;Hydraulic;Desig;Analyse;Mechanization;Type tipper;Lifting62目 錄摘要.IAbstract.II第1章 緒論.11.1課題的提出.11.2課題來源及研究意義.11.3 自卸車國內(nèi)外研究概況.21.3. 1國外研究發(fā)展概況21.3.2國內(nèi)研究發(fā)展概況41.4研究的內(nèi)容5第2章 整車參數(shù)的確定及車廂的設計62.1質量參數(shù)的確定62.2總體方案設計62.3舉升車廂形式的選擇72.4車廂的選材92.5車廂的設計規(guī)范及尺寸確定92.6車廂鎖止機構的選擇與設計112.7本章小結12第3章 液壓舉升機構的設計133.1液壓舉升機構應滿足的性能133.2舉升系統(tǒng)性能主要評價參數(shù)143.3液壓舉升機構參數(shù)的選擇與確定153.3.1液壓舉升機構簡述153.3.2液壓舉升機構方案的選擇173.4舉升機構幾何尺寸的確定183.4.1車廂與副梁鉸支點O的確定193.4.2車廂放平時舉升機構與車廂前鉸支點A0的確定193.4.3液壓油缸與副梁鉸支點的確定193.4.4車廂放平時三角臂中支點C0座標和A0C0長度的確定203.4.5車廂放平時拉桿與三角臂鉸接點B0的確定203.4.6拉桿與副梁鉸接點D及拉桿長度的確定203.5 舉升機構力學分析203.5.1舉升機構參數(shù)的計算及校核213.5.2拉桿截面尺寸的確定223.6液壓系統(tǒng)設計與計算23 3.6.1液壓油缸性能參數(shù)計算23 3.6.2液壓泵性能參數(shù)計算23 3.6.3油箱容積與油管內(nèi)徑計算25 3.6.4系統(tǒng)壓力校核26 3.6.5車廂升降時間的校核26 3.6.6方向控制閥的選型27 3.6.7操縱方式的選擇27 3.6.8液壓系統(tǒng)原理27 3.6.9取力器的選擇28 3.6.10本章小結29第4章 副車架的設計304.1選用的底盤主車架的主要尺寸304.2副車架的結構設計304.2.1副車架的外形304.2.2副車架的選材314.2.3副車架的截面形狀314.2.4加強板的布置324.2.5副車架的前端形狀及安裝位置324.2.6縱梁與橫梁的連接設計344.3 副車架與主車架的連接設計354.4 副車架尺寸的確定364.5 副車架的強度剛度彎曲適應性校核364.6 本章小結42第5章 整車性能分析.43 5.1 概述.43 5.2 汽車動力性能分析.43 5.2.1 基本參數(shù)確定.43 5.2.2汽車的行駛方程式.44 5.2.3汽車最高車速確定.47 5.3 燃油經(jīng)濟性計算.49 5.4 整車穩(wěn)定性分析.50 5.4.1穩(wěn)定性分析內(nèi)容.50 5.4.2空載質心高度計算.50 5.4.3空載側傾角計算.50 5.4.4最小轉彎直徑計算.51 5.5 本章小結.52結論53參考文獻54致謝55附錄56第1章 緒 論1.1 課題的提出自卸車又稱翻斗車，它是利用發(fā)動機動力驅動液壓舉升機構，將車廂傾斜一定角度從而達到自動卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復位的專用汽車。按不同的用途自卸車可分為兩大類：一類是非公路運輸用的重型和超重型自卸汽車。這種自卸汽車主要應用于大型礦山、水利工地等場所，運輸?shù)呢浳锿ǔＪ怯膳c其配套的挖掘機械來完成裝載的。這類汽車也稱為礦用自卸汽車。這類自卸車輛在長度、寬度、高度以及軸荷等方面不受公路法規(guī)的限制，但同時它也只能在礦山、工地上使用，而不得用于公路運輸。另一類是公路運輸用的輕、中、重型（裝載質量在210t）普通自卸車。這種自卸車主要承擔著泥土、砂石、煤炭等松散貨物的運輸工作，它通常也是與裝載機械配套使用的。 普通自卸車輛有多種分類方法，按運輸貨物傾卸方向分為：后傾式、側傾式、三面傾式和底卸式自卸汽車；按貨箱欄板結構分為：欄板一面開啟式、欄板三面開啟式和簸箕式（即無后欄板式）汽車：按裝載質量分為：輕型自卸汽車（<3.5t）、中型自卸汽車（3.5t < <8t）和重型自卸汽車（>8t）。 普通自卸車是隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，上世紀80年代末發(fā)展起來的自卸運輸車輛，其裝載重量在4.5t-9t之間。國家和地方均出臺專門的法規(guī)對普通車尺寸、排放、車速等各方面性能進行規(guī)范，從而促進了普通自卸車的健康發(fā)展。自2001年11月10日起，中國正式成為成員國，國內(nèi)市場逐漸開放。同時，我國亦確立了以擴大內(nèi)需為主的經(jīng)濟政策，實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對基建項目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運輸、交通、通訊、金融、機場、電力、城市建設和石油開采等行業(yè)均快速發(fā)展，使各種類型的專用車需求量大增。在廣大城鄉(xiāng)的沙場、礦山、工地及般的土木工程等的運輸作業(yè)中的自卸車以其靈活機動、價格低廉的優(yōu)點得到了廣泛的應用。1.2課題來源及研究意義當今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快。汽車產(chǎn)品開發(fā)的一個主要手段就是變型設計，即以現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎，保持其基本結構和功能不變，對其局部結構、尺寸或配置進行一定范圍內(nèi)的變動和調整，以此快速形成適應市場需求的新產(chǎn)品。自動傾卸汽車是以發(fā)動機為動力，經(jīng)過變速器的取力機構和液壓傾卸裝置，進行車廂自動傾卸，從而實現(xiàn)自動卸貨的一種車輛。因其短途卸載方便，動力性、機動性均較好，與裝載機，帶式輸送機，吊車等其它吊裝機具配合使生產(chǎn)效率明顯提高，被廣泛應用于建設工地、礦山、港口、碼頭等，用來搬運巖石，廢土，煤，沙子等物資。自卸汽車包括兩大類：鉸接式自卸汽車和剛性自卸汽車。剛性自卸汽車按傳動方式又可分為液力機械傳動自卸汽車和電力機械傳動自卸汽車兩種。自卸汽車具有高度機動性和卸貨機械化等優(yōu)點，通常與鏟式轉載機、挖掘機或皮帶運輸機等配套使用，實現(xiàn)裝卸機械化，從而可以大大縮短裝卸時間，提高運輸效率并可以節(jié)省勞動力，減輕勞動強度。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，自卸汽車不斷采用新材料、新工藝，提高其質量利用系數(shù)，具有較大的速度范圍和較高的傳動效率，控制與操縱更完善，更方便。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，城市內(nèi)部垃圾、建筑材料也迅猛增長。自卸汽車由于減輕了裝卸工作量、提高了工作效率、車廂可以密閉等原因，越來越被廣大用戶所接受，市場容量也越來越大。該自卸車既能適應城市間運輸，也要適應城市內(nèi)部車流量的的特點。通過該設計，可以綜合訓練學生所學知識，為將來工作打下良好基礎。本課題在滿足設計要求下，對礦用自卸車的車廂和舉升機構進行合理的選擇和設計，并為進一步研究整車的計算機輔助設計提供經(jīng)驗，進而提高自卸汽車產(chǎn)品的設計質量和設計效率。同時，也希望能為推廣虛擬樣機等先進技術的應用，以及為提高我國專用汽車的設計水平進行一些有益的探索。1.3 自卸車國內(nèi)外研究概況1.3.1國內(nèi)研究發(fā)展概況我國在機械設計中采用最優(yōu)化技術的歷史很短，但其發(fā)展速度卻是十分驚人的。無論在機構綜合、通用零部件設計，還是各種專業(yè)機械的設計都有最優(yōu)化技術應用的成果。在計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉換初期，由于汽車領域不象航天等領域受到重視，國內(nèi)大多數(shù)輕型礦用自卸車生產(chǎn)企業(yè)在舉升機構的設計過程中一直沿用著經(jīng)驗類比的方法設，即傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”，這種傳統(tǒng)的設計方法主要是憑借設計者的經(jīng)驗，參照相同或類似的較為成熟的設計方案，輔以必要的分析計算，確定一個初始的設計方案，并通過估算，初步確定有關參數(shù)；然后對初定方案進行必要的分析及校核計算；如果某些設計要求得不到滿足，則可進行設計方案的修改，設計參數(shù)的調整，并再一次進行分析及校核計算，如此多次反復，直到獲得相對合適的設計方案為止。顯然，這種工作方法工作量大、效率低，而且設計出的舉升機構往往存在許多不合理的因素，影響礦用自卸車舉升性能的提高，并嚴重阻礙著礦用自卸車產(chǎn)品的系列化。隨著市場經(jīng)濟的深入發(fā)展和市場竟爭的激烈，一些研究機構、工程車改裝廠在舉升機構的設計中采用了這種方法，并取得了一定的優(yōu)化成果。優(yōu)化設計作為一種新的設計方法具有綜合的本質，它能夠把過去的設計開發(fā)經(jīng)驗加以總結，尋找出更優(yōu)的結構。優(yōu)化技術將越來越得到更為廣泛的應用。目前，我國改裝車市場最大銷售量約25萬輛左右，改裝量最大的除了客車外，主要有廂式車、罐式車、自卸車等主要車型。但是總體來看，這些專用車均存在技術附加值低、工藝較落后等問題。從品種來看，我國改裝車品種較少，僅有400多個品種。那么，未來改裝車市場到底是什么市場呢？肯定地說，應該向多品種、高、精、尖方向發(fā)展。這種發(fā)展方向除了我國公路條件改善外，還和我國公路貨物運輸市場息息相關。目前，我國公路貨運市場的主體依然是以個體戶為主，公路貨運甚至還談不上物流管理，具有運輸成本高、隨意性大、服務沒有保證等特點。隨著我國加入世界貿(mào)易組織，這種格局將要逐步被打破。我國汽車工業(yè)保護期只有五年，但是公路貨運市場卻可以向外資開放。跨國物流公司正虎視眈眈盯著中國公路貨運這塊大市場。這場戰(zhàn)斗誰是贏者，不言自明。集團化貨運市場對卡車的個性化要求將越來越高，同時需求數(shù)量也將越來越大?？梢院敛豢鋸埖卣f，未來的卡車發(fā)展方向將是專用車。美國等發(fā)達國家專用車市場十分巨大，專用車具有品種多、技術含金量高等特點。就專用車品種而言，美國就有5000多個品種，甚至很多專用車已經(jīng)被E()化，裝有電腦、衛(wèi)星導航等系統(tǒng)。確切地說，我國專用車市場最終是向多品種、高精尖的方向發(fā)展。尤其是隨著我國公路運輸主體的逐漸變化，將加快產(chǎn)品結構的變化和技術的升級。我國自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀60年代初，經(jīng)過40多年的發(fā)展，尤其是在上世紀80年代以后通過技貿(mào)結合與合作生產(chǎn)方式，從國外引進若干先進的自卸汽車制造技術，并在此基礎上形成以若干大型汽車制造廠為主體的機械傳動式自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)集團。公路用自卸汽車的裝載質量從220t、礦用自卸汽車裝載質量從20154t以基本形成完整的自卸汽車系列，為我國自卸汽車的騰飛打下了堅實的基礎。當然除普通自卸汽車以外，專用自卸汽車的生產(chǎn)也得到了一定的發(fā)展，尤其是新世紀以來，隨著我國社會經(jīng)濟和交通環(huán)境的改善，各行業(yè)對專用汽車尤其是工程系列專用汽車的需求越來越大。專用汽車將跟更加注重行業(yè)化、專用化、系列化。1.3.2 國外研究發(fā)展概況國外自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀30年代，比我國早30多年在其后70多年的發(fā)展過程中，其結構不斷改進，整車性能已有很大提高。為提高自卸汽車的科技含量，追求高附加值，各國更是不斷采用先進技術，其主要表現(xiàn)以下幾個方面：全面提高自卸汽車內(nèi)在質量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽車朝著底盤生產(chǎn)專業(yè)化、零部件生產(chǎn)專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產(chǎn)專業(yè)化方向發(fā)展；廣泛采用計算機輔助設計，以提高設計的質量和縮短設計研制的周期；在材料配置上，將更多地采用高強度鋁合金、不銹鋼、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽車以形成自己獨特的結構與車型系列。目前, 各大自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的自卸車尾鉤鎖緊機構多數(shù)為拉桿式尾鉤鎖緊機構、鏈條式尾鉤鎖緊機構、液壓手動控制式尾鉤鎖緊機構等, 這些機構各有特點, 在運輸自卸車中被廣泛使用。國內(nèi)使用的自卸車車箱大部分使用16制造而成。其特點是鋼板厚, 車箱沉重, 截面一般呈方形, 邊板和底板有很多的加強筋。16的屈服強度較低, 硬度較小, 且沖擊性能較差。這些特性決定了不適合用于制造輕量化的車箱。在歐美, 很多車箱都使用(耐磨鋼板材料), 與傳統(tǒng)的方形車箱有著很大的區(qū)別, 其特點是橫截面呈形或半弧形, 而且車箱邊板和底板幾乎沒有使用加強筋。Hardox是瑞典鋼鐵集團生產(chǎn)的一種耐磨鋼板, 具有較高的屈服強度, 是16的三倍以上, 并且具有較高的硬度和沖擊韌性。在設計裝載量相同的情況下, 用鋼板制造的車箱與16用制造的車箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要加強筋。據(jù)國外的一些廠家反饋, 車箱使用鋼板后, 重量能減少, 甚至更多。隨著計算機技術的發(fā)展和應用，50年代發(fā)展起來的以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學分支一數(shù)學規(guī)劃被應用于解決工程設計問題，形成了工程設計的新理論和新方法，即工程優(yōu)化設計理論與方法。特別從60年代以來，最優(yōu)化技術發(fā)展迅速，而且得到了廣泛的應用。在汽車工業(yè)發(fā)達的歐、美、日等國家，汽車優(yōu)化設計理論和方法已應用于汽車諸多領域的很多環(huán)節(jié)，從汽車發(fā)動機、底盤、車身等主要總成的優(yōu)化到整車動力傳動系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化設計使他們的汽車工業(yè)保持了世界領先地位。汽車工業(yè)的發(fā)展是經(jīng)濟社會發(fā)展的必然，而經(jīng)濟社會的發(fā)展，又對汽車的使用功能不斷提出新的要求，使汽車在社會商品、信息、人員三種流通中起著重要的作用。汽車的經(jīng)濟效益不只在于汽車生產(chǎn)的本身，而是更集中體現(xiàn)在汽車使用和流通的全過程。經(jīng)濟的發(fā)展對汽車運輸工具在各種功能和性能方面要求越來越高，對運輸服務的品質以及運輸服務的多元化、個性化要求越來越強，從而推動著專用車的迅速發(fā)展。從某種意義上講，基本車型只能簡單的滿足數(shù)量上的要求，而專用汽車才能更好地滿足用戶的使用要求，更有效地發(fā)揮汽車的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟社會的發(fā)展，把汽車運輸工具推向專業(yè)化。只有專用汽車，才能更好地適應客貨運輸現(xiàn)代化、多樣化和個性化的要求，滿足特定條件下的各種專項作業(yè)的需求，更有效地發(fā)揮汽車在運輸結構中的作用，建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。1.4 研究的內(nèi)容隨著自卸車變得越來越重要，則有關它的設計領域也變得日益重要起來。它的總體設計程序與載貨車基本相近。本人進行一系列的市場調研和同類車型資料的收集，摸清了產(chǎn)品主要技術經(jīng)濟指標，了解有關設計標準法規(guī)等。在此基礎上擬定設計原則，協(xié)調使用、制造與經(jīng)濟三方面矛盾，處理好產(chǎn)品技術先進性與工藝繼承性、零部件通用化程度以及生產(chǎn)成本的辯證關系，然后進入具體技術設計階段。針對上述問題和課題的研究需要，本文的主要工作是自卸汽車車廂和舉升機構系統(tǒng)的設計研究。具體工作如下： 1、舉升機構設計用機構動力學的知識對油缸前推連桿組合式自卸汽車的舉升機構進行設計計算，并對舉升機構液壓系統(tǒng)的設計步驟進行了說明。對舉升液壓缸、液壓油泵、換向閥等液壓元件計算和選取進行了詳細的闡述。 2、車廂的設計 參考同類車型的車廂的尺寸參數(shù)，確定其上長寬高。并對車廂后攔板開合機構的形式的選擇，而且要進行設計與分析。3. 、液壓系統(tǒng)設計 自卸車車采用的液壓泵、液壓缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標準化、系列化、通用化且由專業(yè)化液壓元件廠集中生產(chǎn)供應。因此在自卸車車改裝設計中只需要進行液壓元件選型計算。其主要內(nèi)容包括液壓缸直徑與行程、液壓泵工作壓力、流量、功率以及油箱容積與內(nèi)徑等。第2章 自卸車總體設計及方案選擇2.1質量參數(shù)的確定額定裝載質量是自卸汽車的基本使用性能參數(shù)之一。目前，中、長距離公路運輸趨向使用重型自卸汽車，以便提高運輸效率、降低運輸成本，額定裝載質量一般為919t；而承擔市區(qū)或市郊短途運輸?shù)淖孕镀囶~定裝載質量為4.59t。同時，還應考慮到廠家的額定裝載質量的合理分級，以利于產(chǎn)品系列化、部件通用化和零件標準化。此外，額定裝載質量還必須與選用的二類貨車底盤允許的最大總質量相適應。改裝部分質量主要包括：車廂質量、副車架質量、液壓系統(tǒng)質量、舉升機構質量以及其他改裝部件的質量。改裝部分質量既可通過計算、稱重求得，也可以根據(jù)同類產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進行估算。自卸汽車整車整備質量是指裝備齊全、加夠油料、液壓油和冷卻液的空車質量。它一般是二類底盤整備質量與改裝部分質量的總合，是自卸汽車總體設計的重要設計參數(shù)之一。整備質量： 選取5000kg；裝載質量： 選取5500kg；駕駛員質量：65kg/人，額定載員3人，；自卸汽車總質量是指裝備齊全，包括駕駛員，并按規(guī)定裝滿貨物的質量。其值可按下式確定。 （2.1）則： =5000+5500+195=106952.2總體方案設計 該自卸汽車是選擇型自卸車底盤，利用該車發(fā)動機動力驅動液壓舉升機構取力器-傳動軸-液壓泵-舉升油缸，將車廂舉升到一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其復位的專用汽車。該車最大裝載質量為5.5t，是適用于公路運輸?shù)闹行妥孕镀?。傾卸機構采用油缸前推式舉升機構。該自卸汽車主要由貨箱、副梁、液壓舉升機構、液壓系統(tǒng)等部件組成，主要技術參數(shù)見表2.1。表2.1整車參數(shù)汽車外形尺寸（）最大裝載質量5500kg整備質量5000kg軸距L4250mm輪距（前后）18011740前懸 1330后懸 2260接近角離去角貨箱尺寸傾斜時間（舉升落下） 15s13s最大舉升角總質量11000kg最高車速（kmh）81.3最小轉彎半徑（m）7.8最大爬坡度78百公里油耗（L/100km）24.32.3舉升車廂形式的選擇車廂是用于裝載和傾卸貨物。它一般是由前欄板、左右側欄板，圖2.1為典型的底板橫剖面呈矩形的后傾式車廂結構。為避免裝載時物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常車廂前欄板加做向上前方延伸的防護擋板。車廂底板固定在車廂底架之上孟，車廂的側欄板、前后欄板外側面通常布置有加強筋。車廂結機構型式按用途不同大概可分為：普通矩形車廂和鏟斗車廂。 普通矩形車廂用于散裝貨物運輸。它的要求要比礦用自卸車車廂要低，其后板裝有自動開合機構，保證貨物順利卸出。普通矩形車廂板厚為：前板46，邊板48，后板58，底板612。比如：程力牌自卸車普通矩形車廂標準配置板厚為：前4邊4底8后5。 1-車廂總成；2-后欄板；3、4-鉸鏈座；5-車廂鉸支座； 6-側欄板；7-防護擋板；8-底板 圖2.1車廂結構圖鏟斗車廂則適用于大石塊等粒度較大貨物的運輸?？紤]到貨物的沖擊和碰幢，鏟斗車廂的設計形狀較復雜，用料較厚。比如：程力牌自卸車礦用鏟斗車廂標準配置板厚為：前6邊6底10，而且有些車型在底板上焊接一些角鋼，以增加車廂的剛度和抗沖擊能力。 圖2.2普通矩形車廂圖2.3鏟斗車廂車廂對自卸汽車的質量利用系數(shù)影響很大，對其使用壽命也有一定的影響。因此，自卸車的車廂是自卸車的重要部分。目前，國內(nèi)外自卸車車廂都是用鋼制成的，從質量分配來看，車廂質量大約占自卸車整備質量的14。綜合上述，車廂采用普通車廂。2.4 車廂的選材1、車廂選材原則工程材料的一般選用原則：具有良好的使用性能，優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟性。對于自卸汽車車廂應考慮以下性能：（1）使用性能:使用性能是選材考慮的主要問題。（2）工藝性能:材料加工的工藝流程要適合批量生產(chǎn)。（3）經(jīng)濟性能:選擇材料的經(jīng)濟性是當前注意的問題。 2、車廂鋼板選材 在遵循滿足使用性能要求，較好工藝性和較好經(jīng)濟性的前提下，車廂選用選用Q235工程用鋼材。2.5 車廂的設計規(guī)范及尺寸確定將全金屬焊接車廂設計成等剛度體車廂是自卸汽車設計的重點，但是很難既能保證高強度又能保證輕量化。就整車而言，可以看成由車輪、前軸、后橋殼、懸架、車架、車廂及其橡膠緩沖塊等不同剛度單元組合而成的彈性體，受力時，將按照各自的剛度產(chǎn)生各自的變形，其變形量與剛度成反比，吸收的能量與剛度成正比。車廂剛度，無論是彎曲剛度還是扭轉剛度，都會增加車架的相應剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補償?shù)?。當汽車前后左右車輪處于高差較大的路面，車架扭曲較大時，車廂應該有一定的扭轉隨動性。如果車相的扭轉剛度過大，當車架扭轉到一定程度時，車廂前支承緩沖塊相應的一側壓到極限位置，車廂縱梁的另一側可能離開緩沖塊，車廂前端的一大部分重量轉移到一側的車架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果車廂扭轉剛度過小，能與車架扭轉隨動，當車架產(chǎn)生較大扭曲時，車廂可能因變形過大而早期損壞。全金屬焊接等剛度車廂設計的規(guī)范化的定量的設計計算方法并不是很完善，根據(jù)一些經(jīng)驗，可以知道一些設汁規(guī)范和經(jīng)驗數(shù)據(jù)：車廂底板和側梁斷面應小些，布置應密集，這樣易于形成等剛度。自卸汽車的車架斷面系數(shù)也應比同級噸位的貨車車架大一倍，5t自卸汽車的車廂底板厚度應不小于6mm。1、車廂外部尺寸參數(shù)參考同類車型的車廂的尺寸，可確定自卸車的車廂的尺寸。表2.2車廂的整體尺寸車廂長度5200mm車廂寬度2280mm車廂高度1530mm車廂前后板厚度5mm車廂底板厚度6mm車廂欄板厚度150mm車廂欄板高度1528mm擋板鋼板厚度6mm擋板肋寬度100mm擋板肋厚度50mm 2、車廂內(nèi)部尺寸參數(shù)車廂內(nèi)部長寬各為車廂的長寬相應減掉廂板鋼板和車廂加強肋的厚度，高度減去鋼板厚度，即有車廂內(nèi)層的長，寬，高為：車廂長度： 4500mm車廂寬度： 2280mm車廂高度： 900mm即有，車廂的有效體積為：=9.234 車廂質量 車廂底梁的強度校核 則有 對于矩形面 Q235的抗拉強度在375-460，符合強度要求。2.6車廂鎖止機構的選擇與設計 自卸汽車改裝對車廂后攔板開合機構設計要求如下： 在車廂傾斜卸貨時，舉升機構升至一定高度后，后廂板在重力的作用下自行打開，貨物開始傾卸。卸貨完畢，車廂恢復水平狀態(tài)，車廂復位。 1-車廂；2-后板掛鎖總成；3-后廂板；4-鎖鉤；5-扭轉彈簧；6-鎖鉤軸； 7-鎖鉤下銷；8-轉軸；9-銷軸；10-支承架；11-調節(jié)螺母；12-拉桿圖2.4后廂板示意圖如圖所示為車廂板鎖啟機構。該機構的主要特點是靠車廂舉升機構的擺差來鎖啟車廂板。它主要由鎖鉤4扭轉彈簧5 拉桿11等組成。轉軸8中間穿有拉桿12，轉軸8兩端與支承架10鉸接，以滿足拉桿12以轉軸為圓心轉動。支承架的下端通過銷軸9固定在副車架上，車廂1可以繞該軸轉動，而支承架相對于車架來說是不動的。鎖鉤4固定在車廂底架上，了繞其鎖鉤軸6轉動。扭轉彈簧5力圖使鎖鉤逆時針轉動，使之緊緊地鎖在車廂板3。當自卸汽車車廂舉升時，由于鎖軸和轉軸通過支承架固定在副車架上，車廂以銷軸9為圓心，以為半徑轉動。與此同時，拉桿以轉軸8為圓心，以為半徑轉動。隨著車廂舉升角度的增大，和軌跡的差就也相應的增大，由拉桿拉動鎖鉤下銷7左移，克服扭轉彈簧的彈力， 迫使鎖鉤開啟，打開車廂板，使車廂中的貨物卸下。隨著車廂的降落,與軌跡的距離逐漸縮小，直至兩軌跡相交，扭轉彈簧使鎖鉤鎖住車廂板。而且從圖中可以看出，若車廂再繼續(xù)逆時針轉動，與軌跡間則產(chǎn)生負間隙，使調節(jié)螺母11左移而離開轉軸8一定的距離。2.7本章小結本章主要確定自卸汽車整車參數(shù)及對自卸汽車車廂進行了選型計算。整車參數(shù)將會對自卸車的車廂設計起到至關重要的作用，質量參數(shù)會對自卸車的舉升機構和液壓系統(tǒng)的設計有這決定性的作用。整車參數(shù)和質量參數(shù)選擇是自卸車的設計的主要依據(jù)，因此，它們是設計的重點。車廂的設計主要對自卸車車廂的形式選擇、材料的選擇；對車廂和其底板、攔板等主要尺寸的確定；對車廂后攔板開合機構設計和分析；通過以上結構設計和力學分析，該自卸車車廂的強度和廂后攔板開合機構均符合要求。第3章 自卸車液壓舉升機構的設計3.1 液壓舉升機構應滿足的性能 對于液壓舉升機構考慮到工作環(huán)境、工作性質及工作內(nèi)容等的要求，在設計過程中應滿足以下功能： 1、較強的免維護性自卸車主要應用場所是沙場、礦山、工地等，這些場所沙塵肆虐，工作環(huán)境惡劣，自卸機構的維護條件較差，甚至有時根本談不上什么維護。因此需要自卸機構在設計時就要考慮到鉸支點和油缸的免維護性。 2、良好的動力性舉升機構作為礦用自卸車卸料時的動力來源，為保證卸料順利完成，要求其必須具有良好的動力性能。自卸車由于其特定的使用環(huán)境和用戶群體決定了它經(jīng)常處于超載狀態(tài)，這就要求舉升機構要具有一定的過載系數(shù)。 3、平穩(wěn)性要求舉升機構在傾卸貨物時具有較好的平穩(wěn)性，不得有較大的動力沖擊，降低沖擊力對機構各部件的損傷概率，保證機構的使用壽命。4、卸料性礦用自卸車顧名思義就是省卻了人力卸料之苦，通過特定的機構使用液壓力自動卸料。因此，自卸車舉升機構應達到的卸料目標是：在較短的時間內(nèi)使貨箱舉升一定的角度，即舉升機構將貨箱舉升到最大舉升角所需的時間（對此國家規(guī)定了時間限值）；貨箱被舉升機構舉升到最大轉角時，貨物應順利地傾卸完畢（即最大舉升角達到貨物的安息角）。5、緊湊性礦用自卸車多數(shù)是大噸位的工程運輸車輛，其裝載工具多為大型裝載機械。為了裝載方便，礦用自卸車的貨箱布置位置一般較低，同時又要考慮到礦用自卸車的工作環(huán)境，應使其具有較好的通過性（即離地間隙受限），因此，自卸車的舉升機構布置空間就受到很大的限制，這就要求機構具有較好的緊湊性，占用較少的空間。6、 協(xié)調性 液壓舉升機構實際上是一種演化的四連桿機構，在外力作用下，各部件能沿自己的鉸支點按設計者的意圖順利轉動，不得出現(xiàn)傳動角小于許用傳動角的情況，更不能有死點位置的存在。目前大多數(shù)企業(yè)一直沿用傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”進行設計，這種方法存在效率低、工作量大以及設計方案難以達到最優(yōu)的缺點，設計方案難以同時兼顧以上各性能要求。這與當今高科技環(huán)境下的相關領域相比，缺少科學性，人的主觀經(jīng)驗決定了車輛的性能。由此帶來的問題是，車輛性能低下，難以適應市場的需求。同時由于設計手段的落后，設計周期長，產(chǎn)品投放市場遲緩，不能適應市場多變的要求。因此借助計算機技術，運用最優(yōu)化方法，改善液壓舉升機構的設計手段和方法，快速、高效、保值、保量完成液壓舉升機構的設計，適應市場競爭的需求，意義重大，有著重大的社會價值和經(jīng)濟價值。3.2 舉升系統(tǒng)性能主要評價參數(shù)自卸汽車的舉升機構由液壓缸驅動，其性能的好壞，表現(xiàn)為舉升貨物的最大舉升力和最大舉升傾角，以及對液壓系統(tǒng)的要求兩方面。液壓舉升機構的性能評價參數(shù)有如下幾方面：1、舉升力系數(shù)K舉升力系數(shù)是評價液壓舉升機構舉升性能的參數(shù)，指單位舉升重力所需要的油缸推力，即： K=F/mg （3.1）式中：F一油缸的有效推力（N）； m一 舉升質量 （Kg）； g一 重力加速度 （m/）。對于具體形式的舉升機構，舉升力系數(shù)K與汽車總布置參數(shù)和機構的性能特征有關，K值只能比較同類型舉升機構的工作效率。對于相同的舉升質量，舉升力系數(shù)越小，則液壓舉升力越小，油缸的油壓也越小，這樣舉升機構耗能也較少。2、舉升油缸最大行程是指貨箱達到最大舉升角時，舉升油缸的最大伸長量。它既是舉升油缸的結構參數(shù)，又是舉升機構的性能參數(shù)。舉升油缸最大行程較小，可減少舉升油缸的級數(shù)，降低制造成本，同時舉升機構的布置也較方便。3、 舉升高度 是指舉升機構所占用的空間高度。對于重型礦用自卸汽車的后置雙缸舉升機構，空間高度決定于舉升缸的安裝長度和舉升缸的初始方位角。舉升缸初始安裝長度越小，舉升缸在車上就越好布置。4、最大舉升角指舉升機構能使貨箱傾翻的最大角度。它是決定能否把貨箱內(nèi)貨物傾卸干凈的參數(shù)。一般的松散物在水平面上堆積成圓錐體，錐體角稱為松散物的安息角。安息角也稱休止角、堆積角，一般為35-55度。將松散物置于光滑的平板上，使此平板傾斜到松散物開始滑動時的角度，為松散物滑動角，一般為3040度。松散物安息角和滑動角是評價松散物流動特性的一個重要指標。它們與松散物的粒徑、含水率、塵粒形狀、塵粒表面光滑程度、松散物粘附性等因素有關。設計的貨箱最大舉升角必須大于貨物的安息角，這樣才可保證將貨箱內(nèi)的貨物傾斜干凈。表3.1常運貨物的安息角物料名稱煤焦炭鐵礦石銅礦細沙粗沙石灰石安息角（度）2745504050354530355040455、油壓特性曲線舉升過程中，油缸工作壓力是舉升角的函數(shù)。理想的油壓特性曲線應是油壓波動很小，但對于重型礦用自卸汽車常用的后置直推式雙缸舉升機構，由于多級伸縮油缸自身結構原因，油壓特性曲線只能是階躍型的，在每一級油缸伸出瞬時缸內(nèi)油壓都有一個沖擊。設計時，需要控制最大油壓峰值在可允許的范圍內(nèi)。6、舉升機構的耗能量舉升機構要將貨物傾卸到位就必定要消耗一定的能量，這些能量的消耗影響著整車的使用經(jīng)濟性，但這只是占其能量消耗的一小部分，因此能耗量是評價舉升機構性能好壞的一個次要參數(shù)。上述六個性能參數(shù)構成了對舉升機構進行綜合評價的基本指標。3.3 液壓舉升機構參數(shù)的選擇與確定3.3.1 液壓舉升機構簡述普通自卸汽車和專用自卸汽車設計的主要工作是在定型的汽車二類底盤上合理的布置車廂，適當?shù)倪x用和設計舉升機構，使汽車具有自卸功能。舉升機構是實現(xiàn)自卸汽車功能的基本部件。舉升機構的好壞直接影響到自卸汽車的性能，因此是自卸汽車設計中最為重要的部分。舉升機構種類繁多，設計方法也不盡相同。目前，在自卸車上廣泛采用液壓舉升機構，根據(jù)油缸與車廂底板的連接方式，常用的舉升機構有兩種形式：油缸直接推動式和連桿組合式兩大類。直推式舉升機構利用液壓油缸直接舉升貨廂傾卸貨物。此結構布局簡單、結構緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級或3級伸縮式套筒油缸.按油缸布置位置不同，直推式舉升機構可分為前置式和后置式（亦稱為中置式）兩種，前置式一般采用單缸，后置式既可采用單缸，也可采用并列雙缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時貨箱橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長；后置式的情況則與前置式的相反。 油缸與車廂底板之間通過連桿機構相連接，這種舉升機構稱為連桿組合式舉升機構。在生產(chǎn)實踐中連桿組合式舉升機構因其具有舉升平順、油缸活塞工作行程短，舉升機構布置靈活等優(yōu)點，得到了廣泛的采用，發(fā)展出了多種連桿組合式舉升機構形式，如油缸前推（后推）連桿放大式、油缸前推（后推）杠桿平衡式、油缸浮動式等。a） 前置式 b） 中置（后置）式圖3.1直推式舉升機構1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架圖3.2油缸前推連桿組合式1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架圖3.3油缸后推連桿組合式1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架圖3.4油缸前推杠桿平衡式舉升機構1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架圖3.5 油缸后推杠桿平衡式舉升機構1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架圖3.6 油缸浮動式舉升機構上面各種機構各有優(yōu)缺點，使用時根據(jù)實際需要進行選擇。相對來說，直推式舉升機構的設計較為簡單，而連桿組合式的設計較為復雜和靈活。3.3.2 液壓舉升機構方案的選擇直推式舉升機構利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機構布置簡單、結構緊湊、舉升效率高，但液壓油缸工作行程長，因此，一般要求采用單作用的2級或多級伸縮式套筒油缸。另外單缸系統(tǒng)其橫向剛度不足，系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性差，還存在工作壽命短、成本高等缺點。表3.2推動式和連桿組合式舉升機構的綜合比較項目 類別 直推式連桿組合式結構布置簡單，易于布置比較復雜系統(tǒng)布置較小較大建造高度較底較高油缸加工工藝性多級缸，加工精度高，工藝性差單級缸，制造簡便，工藝性好油壓特性較差較好系統(tǒng)密封性密封環(huán)節(jié)多，易滲漏密封環(huán)節(jié)少，密封性好工作壽命磨損大，易損壞，工作壽命較不易損壞，工作壽命較長制造成本較高較底系統(tǒng)穩(wěn)定性較差較好系統(tǒng)耐沖擊性較好較差 連桿組合式舉升機構具有舉升平順、油缸活塞的工作行程短、機構布置靈活等優(yōu)點。該機構又分油缸后推式和油缸前推式兩種，油缸后推式機構舉升力系數(shù)適中，結構緊湊，但各部件布置集中在后部，車廂底板受力大，適用于中型自卸汽車油缸前推式機構舉升力系數(shù)小、省力、油壓特性好，適用于重型自卸汽車。綜合考慮以上因素，我們決定選用油缸前推式連桿組合式舉升機構。3.4 舉升機構幾何尺寸的確定油缸前推式四連桿舉升機構（見圖3.7），主要由舉升油缸EB、拉桿AD和三角臂ABC構成。點O是車廂與副梁的鉸接點。工作時油缸充油，使油缸EB伸長，三角臂ABC和拉桿AD隨著轉動并升高，舉升車廂，使其繞O點傾翻。貨物卸完后，車廂靠自重復位。舉升機構在初始位置所占據(jù)的空間愈小愈好，以保證機構緊湊，各構件不發(fā)生運動干涉，可協(xié)調運轉。用作圖法初選各鉸支點的位置及各構件的幾何尺寸。圖3.7機構設計示意圖3.4.1 車廂與副梁鉸支點O的確定車廂后鉸支點O應盡量靠近車架大梁的尾端。已知車廂副梁高205mm，長4600mm，兼顧結構安排空間，取水平方向離副梁尾端146mm、垂直方向離副梁下沿118mm處，作為車廂后鉸支點，并以車廂后鉸支點作為四連桿運動的坐標原點（0，0），x軸平行于副梁的上平面，指向汽車前方。3.4.2 車廂放平時舉升機構與車廂前鉸支點C0的確定。車廂前鉸支點的坐標（，）可按經(jīng)驗公式（3.2）計算 （3.2）式中L油缸最大工作行程，參考同類車型油缸型號，初選油缸自由長度=1165mm，最大有效工作行程L=780mm；車廂最大舉升角，根據(jù)車廂傾卸動作要求和所運物料的安息角，選取= R經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)L尺寸，選取R=175因此可得， =2730考慮結構安排，取=2725點的垂直方向應盡量靠近車廂底面，充分利用車廂底部空間，減少油缸下支點沉人副梁中的深度。確定距車廂底板的距離為83，已知底板縱梁高180，因此。點坐標為（2725，184）。3.4.3 液壓油缸與副梁鉸支點E的確定由于油缸具有相當大的尺寸，以及開始舉升時，為減少油缸的工作壓力，油缸必須具有一定數(shù)值的傾斜角，因此，E 點相對點O的垂直距離由結構允許最小值確定，取=-14。E點x軸坐標由經(jīng)驗公式求得 （3.3） =2387 根據(jù)結構安排，令為2378，則E點坐標為（2378，-14）。3.4.4 車廂放平時三角臂中支點B0座標和C0B0長度的確定點即油缸上支點。車廂放平時，點應盡量靠近車廂底面，要充分利用上部空間，從而減少油缸下支點沉人副梁中的深度。過點作線式該線與X軸夾角為： . 式中 結構允許的拉桿與副車架鉸支點的最高位置，一般>0；取=175mm，再以為圓心，為半徑畫弧交線于點，連接，即為液壓缸中心線在舉升角=0°時的位置。點坐標為（3530，94），=810mm。3.4.5 車廂放平時拉桿與三角臂鉸接點A0的確定連接，并將繞O點向上轉50°，角轉到點，以為圓心，為半徑畫弧，再以為圓心，一液壓缸自由長度與最大有效工作行程之和為半徑畫弧。兩弧交于點，連接和，作，又以為頂點，為邊，作，根據(jù)結構允許尺寸，取=250mm，連接，AC，由此確定點的坐標為(3615，-152)，即和分別為和時三腳架所處的位置。3.4.6 拉桿與副梁鉸接點D及拉桿長度的確定作的垂直平分線交于線于點，調整點位置使為整數(shù)，最后確定點坐標為(2170，175) 。拉桿長度=1870mm。用作圖法初選出各鉸支點位置后，需要對不同舉升角作運動軌跡校核。如果出現(xiàn)點至車廂底板距離小于點至車廂底板距離的情況，則應加大線與x軸平行線的夾角的數(shù)值，重新計算各鉸支點參數(shù)值。3.5 舉升機構力學分析舉升機構力學分析的目的就是要求得各構件在車廂任意舉升角時的受力最大值，為液壓系統(tǒng)參數(shù)確定和構件截面尺寸的計算提供依據(jù)。舉升力系數(shù)K是體現(xiàn)舉升機構動力性的指標，是指單位舉升質量所需要的液壓缸推力。K直接影響自卸汽車的經(jīng)濟性能，其值越小越好。隨著車廂舉升角的變化，K值是變化的?？紤]到機構在初始位置時車廂內(nèi)貨物最多，阻力臂最大，車廂啟動時又有慣性阻力作用，此時油缸推力最大。因此，下面只對初始位置時各構件進行力學分析。3.5.1 舉升機構的參數(shù)計算及校核當時有上述可知： 在時直線AoD和直線BoE的方程分別為: 和交點的坐標可以通過和式求解得：=2821， =28在時，點O至直線的距離為 取車廂作為分離體，根據(jù)力矩平衡Mo=0得： 式中 W表示被舉升的重力；用在直線方向的力。在時，點至直線的距離為： 在時，點至直線的距離為