垃圾自卸车课程设计

垃圾自卸车课程设计课程设计原则灵活应用本学期学到的机械原理知识进行机械设计，评价。设计的机构具有实际意义，以加深对对机械原理的理解。完成预期设计任务。设计要求该机构的功能是使车厢内的垃圾自动倾泻。机构需要完成的动作是：车箱后板打开，车厢倾斜，车内的剩余垃圾的清除，车厢复位，后板复位。绪论1.1垃圾自卸车的作用 垃圾自卸车的出现是随着时代的发展，搬运工作已经不是人力可以解决的情况下，使用高科技而开发的搬运器械。自卸汽车又称翻斗车(tipper，dump car)，它是依靠发动机动力驱动液压举升机构，将货箱倾斜一定角度从而达到自动卸货的目的，并依靠货箱自重使其复位的一种重要专用汽车。其最大优点是实现了卸货的机械化，从而提高卸货效率，减轻劳动强度，节约劳动力。1.2自卸汽车的举升机构 1) 直推式倾斜机构（液压举升缸直接作用于车厢底架上） 2） 连杆式倾斜机构（液压举升缸通过连杆机构作用于车厢底架上能以较小的液压缸行程实现车厢的倾翻）图1-1 液压举升缸直接作用于车厢底架上 图1-2 液压举升缸通过连杆机构作用于车厢底架上1.3自卸汽车的结构特点普通自卸车一般是在载货汽车二类底盘(当载货汽车拆除货厢后便称为二类底盘)的基础上，经变型设计而成。通常由底盘、动力传动装置、液压倾卸机构、副车架以和专用货箱等主要部分组成。总质量小于19t的普通自卸车，一般采用FR42式二类底盘，即发动机前置后轴驱动的布置形式。总质量超过19t的自卸车多采用64或62的驱动形式。举升机构的动力传动装置一般从变速器总成的顶部或侧面安装取力器输出动力。取力器直接带动油泵或通过传动轴带动油泵，从而产生液压驱动力。1.4小结在进入垃圾自卸汽车整个系统设计正题前，了解一下与之密切相关的自卸汽车的作用、分类、结构和其特点对以后的设计是有益的。自卸汽车的介绍为系统的设计奠定了基础。2 液压系统设计2.1 液压传动 1）液压传动概述传动的含义是能量（动力）形式的转换、传递和控制。液压传动是以密闭在管路中的受压液体（主要形式为液压油）为工作介质，进行能量的转换、传递、分配和控制的技术，称之液压传动或液压技术。在这种传动方式中，由于能量形式的转换和动力传递是依靠密闭管中受压液体容积变化完成的，又称之容积式液压传动或静压传动。 2）液压系统的组成部分和作用由若干液压元件和管路组成以完成一定动作的整体称液压系统。如果液压系统中含有伺服控制元件（如伺服阀和伺服变量泵）则称液压伺服（控制）系统。如果不使用或明确说明使用了伺服控制元件，则称液压传动系统。液压系统功能不一、形式各异，无论是简单的液压千斤顶，还是其他的复杂的液压系统，都包括如下部分（见图2-1）。图2-1 液压系统的能量转换和构成元件示意图 （1） 动力元件动力元件又称液压泵，其作用是利用密封的容积变化，将原动机(如内燃机，电动机)的输入机械能转变为工作液体的压力能（即液压能），是液压系统的能源(动力)装置。（2） 执行元件将液压能转换为机械能的装置称为执行元件。它是与液压泵作用相反的能量转换装置，是液压缸和液压马达的总称。前者是将液压能转成往复直线运动的执行元件，它输出力和速度;后者是将液压能转换成连续旋转运动的执行元件，它输出扭矩和转速。摆动液压马达（习惯称摆动液压缸）不可连续回转，只能往复摆动（摆动角小于）。（3） 控制元件液压系统中控制液体压力、流量和流动方向的元件，总称为控制元件，通常称为液压控制阀，简称液压阀，控制阀或阀。（4） 辅助元件辅助元件包括油箱、管道、管接头、滤油器、蓄能器、加热器、冷却器等。它们虽然称为辅助元件，但在液压系统中是必不可少的。它们的功能是多方面的，各不相同。 （5） 工作介质液压系统中工作介质为液体，通常是液压油，它是能量的载体，也是液压传动系统最本质的组成部分。液压系统没有工作介质也就不能构成液压传动系统，其重要性不言而喻。2.2 自卸汽车液压系统设计2.2.1 液压缸概述自卸汽车是依靠发动机动力驱动液压举升机构，将货箱倾斜一定角度从而达到自动卸货的目的，并依靠货箱自重使其复位的一种重要专用汽车。根据自卸汽车的这一特点，自卸汽车的液压缸可以设计成单活塞杆单作用式的。前端盖为法兰的焊接型液压缸如图2-1所示，这也是工程机械上常用的液压缸，可以作为自卸汽车液压缸结构设计的参考图。图2-2的液压缸额定工作较高，可达25MPa。 1缸底；2缸筒；3活塞；4、5、6、10密封圈；7活塞杆；8导向套；9前端盖（法兰）；11活塞铰连组件。图2-2 焊接型液压缸2.2.2液压系统原理图 1）液压缸控制回路液压回路能量转换图2）液压回路选择（图2-3）调速回路：系统分析采用节流调速，循环形式为开式。方向控制回路 ：本设计采用手控三位三通换向阀对油路进行方向控制。节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需的压力，并保持恒定 。油泵输出的油液在换向阀内部卸荷，本设计用三位三通换向阀的中位进行卸荷。（a）换向阀换向回路图 （b）溢流阀限压回路 （c）换向阀中位置卸荷图2-3 液压回路2.2.3 液压系统图 利用液压缸实现车厢的举升、中停、下降过程三过程液压系统图如下各图所示。各构件的名称为：1-单活塞杆液压缸，2-节流阀，3-手动换向阀，4-油箱，5-溢流阀，6-液压泵，7-单向阀，8-过滤器 1）举升时（图2-4） 换向阀3处于举升位置，油泵将高压油通过单向阀7进入油缸下腔，推动活塞上升通过三角臂机构使车厢后翻，直到活塞上的限位阀打开，油泵输出的压力油流回油箱，停止举升，溢流阀可用来调节系统最大压力。 2）中停时（图2-5） 换向阀处于中停位置，油泵输出的油液在换向阀内部卸荷，无压力，油缸内油液无压力，不能举升油缸，同时油缸内油液已封闭，所以自卸车处于中停，车厢静止状态。 3）下降时（图2-6）换向阀处于下降位置，油缸下腔油路与油箱相通，车厢在自重下，活塞下移。油缸下腔油液经节流阀2留回油箱，下降速度可用节流阀调节，这个过程中可以让油泵停止转动。 图2-4 举升时自卸汽车举升机构液压系统图 图2-5 中停时自卸汽车举升机构液压系 统图 图2-6 下降时自卸汽车举升机构液压系统图车厢设计3.1 车厢底板车厢底板主要承载垂向压力以和车辆行走颠簸时货物和副车架对它的冲击 力，即动载。车厢底板总成由底板，底板纵梁，底板横梁，底板后挡板，底板后 端加强筋等零件组成。车厢底板总成基本尺寸为 7278mm 2300mm ，其中底板零件数为 1，采用厚 度为 6mm 的板材，质量为 775.4kg。为了保证强度，需要在底板上装配横梁与纵 梁，其中横梁零件数为 15，采用厚度为 4mm 的钢板，每件质量为 20.5kg；底板 纵梁零件数为 2，采用厚度为 8mm 的钢板，每件质量为 147.7kg。横梁和纵梁与 底板之间通过焊接连接，焊接方式为涂料焊条手弧焊。底板总成转化的二维图修 改之后如图 3.4 所示。3.2 车厢左右边板车厢左右边板主要承受来自货物的侧向压力，相同装载量时，不同货物的 密度和安息角不同，造成边板的受力也不同。 车厢边板总成分左右两个，其结构完全相同，组成部分为：左右侧栏板， 采用厚度为 4mm 的钢板， 单个质量为 371kg； 左右侧栏板前立柱采用厚度为 6mm 钢板，单个质量为 42.4kg；左右侧栏板后立柱，采用厚度为 6mm 钢板，单个质 量为 41.2kg；左右侧栏板斜置劲，采用厚度为 4mm 的钢板，单个质量为 24.6kg； 侧栏板横筋，采用厚度为 4mm 的钢板，单个质量为 59.7kg；侧栏板上沿，采用 厚度为 6mm 钢板，单个质量为 90.6kg；后立柱上盖，采用厚度为 6mm 钢板，单个质量为 1.7kg；侧栏板铰链座，采用厚度为 20mm 钢板，单个质量为 6.2kg； 侧栏板铰链座圆柱销，采用 45#钢制造，单个质量为 1kg；后立柱侧板，采用厚 度为 6mm 钢板，单个质量为 5.6kg；前立柱侧板，采用厚度为 6mm 钢板，单个 质量为 1.2kg；侧栏板钩座，采用厚度为 20mm 钢板，单个质量为 0.8kg；后立柱 下盖，采用厚度为 6mm 钢板，单个质量为 2.7kg 等。3.5 所示3.3 车厢后栏板自卸车满载非卸货状态时，车厢后栏板的受力和车厢边板类似。但是当卸 货状态时，车厢后栏板初始受压力较大，当脱钩脱开时候，后栏板受力迅速减小 直至变为零。后栏板总成组成零件为：后栏板左（右）侧立柱、后栏板、后栏板 上筋、竖筋、竖筋加强板、后栏板加强板 1（2、3） 、后栏板下筋、下筋加强板 等。3.4 车厢前栏板前栏板在自卸车卸货中受来自货物的压力相对较小，但是因为液压举升机 构的上端装在前栏板上，举升力主要通过前栏板传递，也就是说前栏板是举升力 的受力点， 所以其强度， 尤其是液压举升缸与前栏板连接处的结构强度要求较高。车厢前栏板组成零件为：前栏板、前栏板内（外）侧加强筋、顶部加强筋、 油缸支架左（右）连接板、油缸支架左（右）侧板、油缸支架加强横筋、前栏板 中心横筋、油缸支架挡块等。自卸车定式锁启机构的设计1􀀁 前言自卸车的锁启机构形式各异, 有液压操纵式、弹簧助力式、机械式等等。比较而言, 液压操纵式的锁启机构结构复杂, 成本昂贵, 可靠性差; 弹簧助力式,由于其弹簧较易失效, 其可靠性也很难保证; 机械式( 如定式) 锁启机构, 结构简单成本低, 可靠性好, 但它设计计算较为复杂。2􀀁 定式锁启机构的结构特点和工作原理定式锁启机构由定式销扣、调整推力杆、销轴座、锁钩和后板锁扣五大部分组成, 如图1 所示。定式销扣固定于副车架上, 调整推力杆通过销轴分别联接在定式锁扣与锁钩上, 锁钩通过销轴联接在销轴座上, 销轴座固定在车厢上。该机构无任何弹性元件, 它靠车厢的翻转来造成销轴座相对于定式销扣的位置变化, 从而使得调整推力杆推动锁钩转动, 达到开启或锁紧车箱后板的目的。3􀀁 定式锁启机构的设计3􀀁1 􀀁 定式锁启机构设计的限制条件a􀀁 锁钩在车箱转到5 8 时, 车箱必须开启。b􀀁 车箱翻转过程中, 锁钩不得与调整推力杆干涉, 如图2 所示。c􀀁 车箱翻转过程中, 锁钩不得与车箱横梁或车箱底板干涉, 如图3 所示。d􀀁 定式销扣在副车架上是否有足够的安装位置, 如图1 所示。e􀀁 车箱翻转过程中, 锁钩是否会转出车箱底架后挡板( 这关系到是否要在车箱底架后挡板上开槽) , 如图3 所示。3􀀁2 􀀁 实际工作中的设计步骤( 作图法)定式锁启机构可简化为图4 所示的数学模型。O 点为翻转轴中心, A 点为定式销扣中心, B点为调整推力杆与锁钩的连接中心, C 点为锁钩与销轴座的连接中心, XD 为车箱后挡板到翻转轴中心的距离。首先确定销轴座( D 点) 和锁钩( C 点) 的位置。通常, 如果不想改变后板的形状( 加长或减短) , 则销轴座( D 点) 和锁钩( C 点) 的位置基本上是一定的。如图1 所示。车箱转到5 8 , 其后板必须开启, 设计锁钩在车箱转到7 时开启, 则锁钩在7 时的位置确定( 即B、C点确定) , 如图5 所示。车箱转到最大翻转角时, 设计锁钩不转出车箱底架后挡板, 锁钩此时不得与调整推力杆干涉, 可暂定B#、C#点位置。只要B#点距车箱后挡板的距离大于B 点到车箱后挡板的最小距离, 则锁钩就不会转出车箱后挡板, 如图6 所示。这时得到了B、B、B#三点, 由于调整杆AB 的长度不会改变, 所以B 、B、B#三点共圆, 可得圆心A 点, 并根据实际的位置情况初步判断A 点是否合适。连接A 、B#两点, 测量 AB#C#, 如果AB#C#大于锁钩与调整推力杆间允许的最小夹角 见图7) , 则锁钩不会与调整推力杆干涉, A 点位置合适, 可以确定。图5通过大量的计算结果表明, B#点距车厢后挡板的最小距离通常并不是出现在车箱翻转最大角度的时候, 而是出现在车箱翻转过程中的某个角度。所以仍需对车箱在转动过程中, B 点距车箱后挡板的最小距离和锁钩与调整推力杆间的最小夹角进行校核计算。当车箱翻转到角度i 时, 以调整杆AB 长为半径作圆; 此时锁钩与销轴座的连接点C 转到Ci 位置, 以Ci 为圆心, BC 长为半径作圆, 两圆的交点为Bi , 即可测得A BiCi 和Bi 点到车箱后挡板的距离。一般需作图五至六次, 基本可求出车箱在转动过程中, B 点距车箱后挡板的最小距离和锁钩与调整推力杆间的最小夹角。图6􀀁图7当所有条件均达到要求时, 该套锁启机构设计成功。自卸操作过程（1）启动齿轮泵踩下离合器踏板，将操纵阀手柄推到“举升”位置，再缓慢松开离合器踏板，齿轮泵即开始运转。（2）车厢举升：启动齿轮泵后，车厢即开始举升，若加大油门，则举升速度加快，当车厢举升到最大举升角时，不允许加大油门。否则会引起油缸或其他倾斜机构损坏。（3）车厢降落：车厢需降落时，先踏下离合器踏板，并把操纵阀手柄推到“降落”位置，车厢即开始下降。车厢降落后，必须和时把操纵阀手柄推回“中停”位置，否则会造成车厢意外举升。（4）中停操纵：A：在举升过程中需中停时，必须先踏下离合器踏板，并把操纵阀手柄推到“中停”位置即可实现中停。B：在降落过程中需中停时，则只需把操纵阀手柄推到“中停”位置即可实现中停。注：中停以后再举升的操作方法同（1）（2），中停以后再降落则只要把操纵阀手柄推到“降落”位置即可。