第三章自卸汽车构造与设计.pdf

Page: 1 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 第三章 自卸汽车构造与设计Page: 2 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.1 概述 自卸车概念： 自卸汽车利用本身的发动机动力驱 动液压举升机构，将其车厢倾斜一定角度 卸货；并依靠车厢自重使其复位的专用汽 车。Page: 3 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.1 概述 自卸车特点： 自卸汽车主要用于运输散装并可以散堆的货物，如砂、土、矿石以及农作物等，还可 以用于运输成件的货物。自卸汽车主要服务于建材场、矿山、工地等。 带自举升机构、车厢装卸货物方便快捷。 常与装载机、挖掘机、皮带运输机等配套使用，实现全部运输机械化，提高运输生产 率。自卸汽车的质量利用系数较低，适用于短途运输，以充分发挥其卸货机械化的优点。 自卸车分类： 目前，自卸汽车应用相当广泛，随着我国建设速度加快，对自卸车需求量越来越大， 自卸汽车的种类越来越多。从不同的角度，有不同的分类。Page: 4 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.1 概述 其它分类法： 1. 按用途来分：普通自卸车（一般用途）、矿用自卸车（矿山或大型工地用）、专 用自卸车（带专用车厢） 2. 按传动系分：机械传动自卸车（中型以下）、液力机械传动自卸车（重型）和电 力传动自卸车（矿用超重型）Page: 5 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 普通自卸车结构组成： 底盘：二类底盘 上装部分：车厢、副车架、举升机构（核心 部件）、液压系统、电气系统等 车厢的结构形式： 车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前 栏板、左右侧栏板、后栏板和底板等组成。 侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角 。其栏板开启、关闭的铰接轴为上置式，开启时 ，栏板呈自由悬垂状，多用于有侧倾要求的中型 自卸车。 矿用自卸汽车和重型自卸汽车的车厢多采用 簸箕式，以方便装载，倾卸矿石、砂石等。有的 簸箕式车厢采用双层底板结构，以增加底板的强 度和刚度，并可减轻自重。Page: 6 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 举升机构的结构形式： 自卸是自卸车的基本功能，举升机构是自卸汽车结构的核心。 通过举升机构，将货厢绕后铰链旋转一定角度，将车厢内的货物 卸掉。均采用液体压力作为举升动力。 1. 直推式 利用液压油缸直接举升车厢倾卸。 特点：布置简单、结构紧凑、举升效 率高。但由于液压油缸工作行程长， 故一般要求采用单作用的2 级或3 级伸 缩式套筒油缸。但多级缸成本高，价 格昂贵，其应用范围受到限制。Page: 7 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 2. 连杆组合式 主要部件：液压油缸、三角臂和拉杆 特点 ：举升平顺、油缸活塞的工作行程短， 举升机构布置灵活等优点。横向稳定性好、 刚性足、举升平顺、举升力小、机构放大系 统可产生较大的倾斜角度，应用广泛。 种类 ：油缸前推式（T 式）、油缸后推式（D 式）、F 式举升机构。Page: 8 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 自卸汽车举升机构特性比较：Page: 9 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 直推式与连杆组合式举升机构综合比较：Page: 10 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 常见类型自卸车结构分析： 1. 连杆组合式举升机构自卸车 1 ）结构分析 常用类型：T 式、F 式举升机构 结构布置：提高整车横向稳定性，降低重心、降低油压 举升机构闭合高度控制：400440mm 最高油压控制：20MPaPage: 11 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 2 ）液压系统 工作原理：发动机动力输出 离合器、变速器 取力器油泵 油压输出油缸工作 活塞上升 车厢倾斜一定角度、卸料车厢下降、复位 工作过程：举升过程、中停位置、下降过程Page: 12 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 2. 前顶式多级缸举升机构自卸车 1 ）结构分析 适用范围：大车厢重型自卸车，车厢长度为6 8m 。 结构特点：力臂较长，省力，油缸行程长不好布置，安装多级缸，加 装横向稳定器。Page: 13 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 2 ）液压系统 工作原理：取力器取力后通过传动轴传递给油泵，操纵气控阀控制换向阀换向，油缸 进油或者回油，实现自卸车上升、中停和下降。 工作过程：举升过程、中停位置、下降过程Page: 14 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 3. 后置式直推举升机构自卸车 注：降低重心高度，采用双油缸工作平稳，液压压力较小，保证两缸同步性。Page: 15 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 自卸车主要构件： 1. 自卸车车厢 在车厢前栏板上通常加做向前方延伸的防护挡板（避免装载时物料下落砸坏驾驶室顶 盖），底板下面焊有纵梁、横梁等底架（车厢底板强度刚度要求高些）。车厢的侧栏板， 前、后栏板外面布置有加强筋。 车厢形式：矩形车厢、铲斗形（簸箕式）车厢 矩形厢钢板厚度为(mm)： 底8 、边4 、前4 、后5 簸箕厢钢板厚度为(mm)： 底12、边6Page: 16 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 2. 自卸车副车架 位于车厢底部与汽车底盘主车架之间，通过骑马螺栓和连接板等与主车架固定，副 车架后端焊有铰接支座，车厢与副车架通过该铰链支座相连，车厢在举升机构作用下， 绕着这个铰链支座转动。 副车架有纵梁和横梁，材料都为高强度锰钢，一般用16MnL 材料折弯成型，对于长 轴距大货厢自卸车的副车架往往采用加强型副车架。 3. 横向稳定器 前顶式大车厢，卸载时存在偏载，物料分布不均匀，横向稳定性差。 加装横向稳定器，限制车厢侧向倾斜。Page: 17 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 4. 自卸车安全限制索 主要用于铲斗式车厢和特殊用途车厢。 钢丝绳两端加锁扣，其一端联接在副车架上，另一端联接在车厢上。它的主要作用是 防止车厢举升过程中，由于物料对车厢后端的反冲作用，造成车厢迅速后翻。对“拔缸”现 象产生牵制作用。 5. 自卸车加盖 功用：防止运输途中货损，洒落造成环境污染。 材料：金属盖、帆布盖Page: 18 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 6. 自卸车车厢后板开启铰链机构 （1 ）固定铰链机构：适于车厢长4 6m （2 ）浮动式后板铰链机构：适于车厢长6.5m以上Page: 19 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 自卸车主要尺寸和质量参数： 1. 主要尺寸参数 主要尺寸参数为：轴距、轮距、外廓尺寸 轮距B：前轮距B 1 、后轮距B 2 确定轴距L 的依据：运送轻抛货物、载货量多L 大； 机动性要求高L 小 轴距计算：Page: 20 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 2. 主要质量参数 质量参数：改装部分质量、整备质量、装载质量、总质量。 改装部分质量指在底盘上改装时附加的部件质量，包括车厢、副车架、液压系统 、举升机构以及其他改装部件质量。 整备质量m 0 指车上带有全部装备(包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但 没有装货和载人时的整车质量。二类底盘与改装部分质量总和。 影响m 0 的因素 ：汽车成本、使用经济性 m 0 的估算： 1 ）对样车m0及其相应部件的质量进行测定和分析初步估算新车各部件质量新 车m0 2 ） 按人均占整车质量的统计平均值新车m0 装载质量m e ：指在硬质良好路面上行驶时汽车所允许的额定装载质量 总质量m a ：指装备齐全、并按规定装满客、货时的整车质量Page: 21 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.2 普通自卸车 自卸汽车质量利用系数 G0 ：装载质量m e 与整车整备质量m 0 之比 反映设计和制造的总和水平。新技术、新材料、新工艺减轻自重提高性能 通常：国产自卸车 G0 =1.01.5 ，国外自卸车 G0 =1.32.0 3. 最大举升角 确定 max 的依据：所倾卸货物的安息角 安息角：建筑学上的词汇，指一堆散料保持自然稳定状态的最大角度，一旦这个角度 形成后，再往上堆加散料，就会自然滑下，并保持这个角度。 确定 max 的原则： max 必须大于所倾卸货物的安息角，保证货物卸载干净。 一般地： max= 50 60 。在最大举升角时，后栏板与地面保持一定的H 。为了 避免车厢倾斜时与底盘纵梁后端发生运动干涉，保持一定的 L 。Page: 22 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 举升机构的结构与设计： 1. 直推式举升机构设计（以单缸前置直推式举升机构为例） 受力特点：随着举升角，质心点C 到后铰支点O 的距离 Xc，举升阻力矩M F 亦随之减小。 力矩比：当任意一节伸缩缸套筒将要伸出时，举升机构提 供的举升力矩与阻力矩之比, 记为 i 。 一般取：当 1 =34， n =12 ， i 按等比级数在 1 和 n 之间取值。 1 ）伸缩油缸总节数n 单节伸缩工作行程l ：各单节工作行程相等，参照同类油缸工作行程、产品系列化 标准化、所允许的油缸布置空间选取。 伸缩油缸总行程L ： 伸缩油缸总节数n ：Page: 23 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2 ）举升机构油缸直径d a. 当第一节油缸套筒将 要伸出时：Page: 24 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 b. 当第i 节油缸套筒将要 伸出时：Page: 25 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2. 单缸后置直推式举升机构设计： 与单缸前置直推式举升机构设计的计算方法相同。 3. 双缸直推式举升机构设计： 折算到单缸的计算载荷： W j =KW 式中：W j 计算的单缸举升质量（kg）； W 实际的举升质量（kg ）； K 修正系数，K=0.550.65 。 以W j 为单缸的计算载荷，然后再按单油缸举升机构计算方法进行设计计算。Page: 26 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2. 连杆组合式举升机构设计 （1 ）后推连杆组合式举升机构设计 D 式举升机构（加伍德式） 特点：后铰支轴反力较小、举升力系数大、 活塞行程短、举升臂放大系数大 设 计计算：油缸推力、拉杆拉力Page: 27 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计计算（续） 初始位置（举升角为0 时）质心点G 0 (x G0 ,y G0 )，车厢后铰支点O(0,0)Page: 28 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计计算（续）Page: 29 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计计算（续） 对不同的举升角, 重复上述计算，可得到不同举升角时的油缸推力F EB 和拉力F EA , 选择最大值作为设计的依据！Page: 30 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计步骤： 第一阶段：根据总体设计要求的max和车厢结构尺寸，利用作图法初定各杆件和 各铰支点的坐标参数。Page: 31 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 第一阶段设计（续）Page: 32 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 第一阶段设计（续） 小结：以作图法得到B 0 、C 0 、A 0 、E各铰点的x、y坐标，进而确定拉杆EA 0 和三角臂 的几何尺寸，以此作为第二阶段设计的已知条件进行解析计算。 第二阶段：计算当举升角= 0 max之间变化时，最大油缸推力F EBmax 与最大拉 杆受力F EAmax 作为设计的依据, 分别对液压系统和拉杆进行强度校核计算。Page: 33 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 （2 ）前推连杆组合式举升机构设计 T 式举升机构（马德里式） 特点：省力、油缸最大推力F max 较小 、油压特性好、液压系统压力P随举升角 变化平缓, 但油缸摆角大、油缸行程大。 设 计计算：油缸推力、拉杆拉力Page: 34 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计计算（续）Page: 35 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计计算（续）Page: 36 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 受力分析（续） 由平面汇交力系求出F DA 。对不同的举升角, 重复上述计算，可得到不同举升角 时的油缸推力F BE , 选择最大值作为设计的计算载荷。Page: 37 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 设计步骤： 第一阶段：根据总体设计要求的max和车厢结构尺寸，利用作图法初步定出各杆 件和各铰支点的坐标参数。Page: 38 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 第一阶段设计（续）Page: 39 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 第一阶段设计（续） 小结 ：以作图法得到B、C 、A、E、D 各铰点的x、y坐标，进而确定拉杆DA 和三角 臂的几何尺寸，以此作为第二阶段设计的已知条件进行解析计算。 设计第二阶段：计算当举升角= 0 max之间变化时，最大油缸推力F EBmax 与最 大拉杆受力F DAmax 作为设计的依据, 分别对液压系统和拉杆进行强度计算校核。 连杆组合式举升机构应用：Page: 40 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2. 其它连杆组合式举升机构设计 （1 ）后推杠杆放大式 特点：结构简单，占据空间小，放大倍数增加、工 作效率高 应用：420t 自卸汽车 （2 ）浮动油缸连杆组合式 “F” 式特点: 结构较紧凑、横向刚度好、举升时转动 圆滑、杆系受力合理。 应用 ：特别适合于双后轴大吨位重型自卸汽车 “Z” 式特点: 两个举升臂联动, 进一步放大了油缸的行 程, 横向刚度好、杆系受力合理、单节油缸制造工艺简单 ；但结构较复杂, 液压管路设计、布置有困难 应用：大吨位、较长轴距的自卸汽车Page: 41 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 举升机构的优化设计： 1. 举升机构性能的主要评价参数 （1 ）举升力系数K单位举升重力所需要的油缸推力，即：K=F/mg 式中：F 油缸的有效推力(N)，K值较小为好；m举升质量(kg)。 （2 ）机构高度在汽车底盘上布置某一举升机构所需的空间高度。 （3 ）最大举升角max 举升机构能使车厢倾翻的最大角度。即： 一般自卸车：max=5060 ; 重型自卸车: max=6570 （4 ）油缸最大行程车厢达到最大举升角时，油缸的最大伸长量。既是油缸的结构参 数，也是举升机构的性能参数。 （5 ）起始油压P 0 机构在开始举升时所要求的油缸工作压力。 应满足：P 0 0.85Pmax 。 式中：P 0 开始举升时油缸的工作压力(MPa); P max 举升过程中液压系统的最大工作压力(MPa)Page: 42 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 （6 ） 油压特性曲线 油缸工作压力：P=P( ) 特点 ：P max 应出现在15 的范围内；P min 应出现在30 max 阶段。 (MPa) 小结：上述六个性能参数构成了对举升机构进行综合评价的基木指标。为举升机构优 化设计提供了目标函数。通常（1 ）、（5 ）、（6 ）三个性能参数具有密切的内在联系，可 作为优化目标函数提出。性能参数（2 ）可作为优化的约束条件提出；（3 ）、（4 ）应在总 布置设计中初选，并通过机构分析得到确定。 理想油压特性曲线Page: 43 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2. 优化设计变量 （1 ）不变参数 举升连杆尺寸、油缸直径、行程与安装尺寸、整个举升机构所占空间尺寸等 （2 ）可变参数 车厢长度、车厢与副车架的后铰支点纵向位置和汽车后悬长度、举升质量的质心至车 厢后铰支点的距离、举升机构在升程中的位置等。 3. 优化设计的目标函数 （1 ）举升力系数K: 目标函数min(K 0 ) 或 max(K max ) 。 （2 ）油压波动系数: 4. 优化设计的约束条件 应根据总布置允许占用的空间决定。且举升机构各构件之间、或构件与副车架、车 厢地板之间不发生运动干涉！Page: 44 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 自卸车液压系统的设计： 1. 液压系统的组成 动力部分（取力器、油泵等）、操纵部分（控制阀）、执行部分（举升油缸）Page: 45 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2. 举升油缸的选用 选型依据：最大举升力F max （油缸直径、最大工作行程）与液压系统最高工作压力P 一般取：P=20.6MPa 、15.7MPa 、13.6MPa 、10MPaPage: 46 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 2. 液压油泵的选型 根据液压油泵的排量q 、额定转速n Be 和液压系统最高工作压力p 进行油泵的选型。自 卸汽车多采用齿轮泵，常用型式有CB 、CG 、CN等系列。Page: 47 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 3. 液压举升机构操纵方式的选择 （1 ）机械操纵式 特点 ：可靠性好、通用性强、维修方便，但其杆件较多、布置复杂。 （2 ）液压操纵式 特点 ：依靠手动阀建立起来的油压来关闭或打开举升方向控制阀，实现车厢的举升 和下降。它便于远程控制，操纵可靠。但反应较慢。Page: 48 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.3 普通自卸车设计 （3 ）气动操纵式 依靠汽车贮气筒的压缩空气，通过控制气阀操纵气控液压换向阀，控制油路方向实现 车厢举升、中停和下降。 特点：操纵简便、功能齐全、结构较先进、适用于中、重型自卸车。但结构较复杂、 气动转化成液动需两套管路。Page: 49 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 高位自卸车的总体结构与设计： 一. 高位自卸车及其举升机构 1. 基本概念 高位自卸汽车是专用自卸汽车的一种。它可以将车厢及厢内 的货物举升到一定的高度后将货物卸出。 高位自卸汽车装备有车厢高度升高和倾卸两套机构。 适用于高货台卸货，但结构复杂，装载质量小，造价高。 高位倾卸动作方式： 首 先将处于原始水平位置车厢平移举升到一定高度，保 持位置不变，再将车厢倾卸一定角度卸货。卸货完毕，车厢恢复 高位水平位置，最后平移下降到原始位置。 按 照上述程序，车厢高位倾卸后，车厢的两种复位动作 （即角度复位和平移下降复位）同步进行。Page: 50 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 2. 基本构造 举升主要部件：举升油缸OA ，转臂BA，举升臂BLC ， 同步油缸DE ， 工作原理： 当举升油缸从OA 移动到OA 1 位置时，转臂BA逆时针转 过角度到达BA 1 ，举升臂BLC 同时绕B点转过角度到达 B 1 L 1 C 1 位置。 假如在这一过程中同步油缸DE 不参与工作，则车厢底 架将由CE 转移至C 1 E 0 位置，车厢呈倾斜状。显然同步油缸 DE 必须与举升油缸OA 同步工作，即当举升臂BLC 绕B点转 过角度时，车厢底架与此同时绕C 1 点相对举升臂BLC 转过 相同的角度。 举升过程中车厢还要产生一定的纵向位移。并且当C 1 与 B两点等高时，车厢后移量最大。 最大后移量：纵向稳定性，货物倾卸落料的彻底性Page: 51 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 3. 剪式举升机构 该举升机构是采用长度相等的支撑杆AB和CD彼此铰接 于中点E，且AB杆的B端与车厢底架为滑动铰接；CD杆的D 端与水平放置的活塞杆端铰接。当活塞杆向右移动时，车厢 垂直下落。反之，车厢垂直上升。举升机构工作时车厢无前 后位移。 多级剪式举升机构： 增加举升高度，油缸作用点布置灵活。Page: 52 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 4. 平形四边形举升机构 利用油缸OE 驱动平行四边形ABCD 构成的连杆机构， 即可实现车厢的平移升降，但在升降过程中，车厢将发生明 显的纵向位移。 在普通自卸汽车工作原理基础之上加装一套平行四边形 举升机构，适合于高台卸货或车辆之间装卸货物。Page: 53 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 5. 高位自卸车总体设计 （1 ）尺寸参数 高位自卸汽车和普通自卸汽车一样，一般也是在二类货车底盘基础之上改装而成。 主要尺寸参数原则上应与原车底盘尺寸参数相同，保证原车使用性能基本不变。 （2 ）质量参数 a. 额定装载质量m e ： 高位自卸汽车的额定装载质量应比同一类型汽车底盘改装的普通自卸汽车装载质量 小。这主要是由于它比普通自卸汽车多了一套车厢升高装置。 b. 整车整备质量m 0 ： 参考同类普通自卸汽车的整车整备质量，在此基础上再增加车厢升高装置的质量， 便可估算出高位自卸汽车的整车整备质量。 c. 总质量m a ： m a m e +m 0 +m p （其中mp为乘员质量，一般按65Kg/ 人） d. 轴载质量m 1 、m 2 ：轴载质量分配应基本接近原车底盘的要求。 为补偿车厢升高时质心略向后移，整车质心位置可比同类普通自卸汽车的质心略向 前移。Page: 54 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 高位自卸车举升机构的设计计算： 一. 高位自卸车举升机构的运动分析 在举升过程的第一阶段即升高机构工作时，应尽量使车厢保持 水平状态。 当举升油缸OA 伸长到OA 1 时，举升臂由初始位置BLC 绕B旋 转到BL 1 C 1 ，车厢升高到最大高度。与此同时C 点转到C 1 点。H （ H=h c1 -h c ）)为车厢的最大升高量。H c1 、h c 分别为C 1 点和C 点的高 度。与此同时，举升臂绕B点转过最大角度。 根据使用要求，车厢在升高过程中应保持水平状态。因此， 车厢升高过程中，必须保证：Page: 55 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 二. 高位升高机构计算 1. 举升油缸、同步油缸初始长度： 2. 举升油缸、同步油缸最大长度：Page: 56 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 3. 举升油缸、同步油缸最大最大工作行程： 4. 车厢升高高度： 5. 升高过程中车厢最大后移量： 当B点高度与C 点高度相同时，车厢后移量达到最大。Page: 57 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 三. 高位升高和倾斜机构受力分析 车厢底架在整个升高过程中保持水平状态，其受力分 析如图所示。 车厢作用于底架的均布载荷，在讨论同步油缸推力时 可简化为集中载荷。Page: 58 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 同步油缸推力计算： 以车厢底架为分离体，进行受力分析。 同步油缸布置在车厢的纵向对称平面上，D 1 E 1 同步油缸轴线，举升臂对车厢底架支 反力也简化到纵向对称平面上。Page: 59 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 举升油缸推力计算： 对三角举升臂OA 受力分析的目的是 确定举升油缸的推力，以此作为液压系 统设计和三角臂强度校核的依据。Page: 60 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 举升油缸推力计算（续）：Page: 61 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 高位自卸车液压系统的设计计算： 一. 举升油缸与同步油缸的同步条件 在车厢升高过程中，应尽量使车厢保持水平状态。Page: 62 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 理论上，采用并联双泵（双变量泵或一个定量泵一个变量泵），只要合理控制变量 泵的流量，就能实现同步条件。实际上无论在技术上还是在经济上采用双泵实现同步条 件都存在一定难度。 如果采用单级推力油缸作为举升油缸，串联两节伸缩式油缸作为同步油缸，并引入 控制变量，再采用计算机优选设计参数，使能实现准同步的使用条样。Page: 63 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 一. 油缸主要结构参数及液压系统压力的确定 （1 ）油缸主要结构参数确定Page: 64 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 （2 ）液压系统压力确定 （3 ）液压系统的最大流量确定Page: 65 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 高位自卸车稳定性计算： 一. 高位自卸车升高过 程中的纵向稳定性计算Page: 66 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.4 高位自卸车结构与设计 二. 最高位后倾卸货物时的稳定性计算 三. 整车侧向稳定性计算 举升部分质心升高，将导致整车侧向稳定性变坏。车厢位于最高位、车厢倾卸角最 大时的整车侧向稳定性最差。通常采用普通汽车的侧向稳定性计算方法。Page: 67 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 摆臂式自装卸车的总体结构与设计： 一. 摆臂式自装卸车的总体结构Page: 68 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 1. 基本概念 在二类汽车底盘上装有使车厢或货斗具有装卸功能的摆臂装置的专用汽车。摆臂可悬 吊货斗或集装箱之类载货容器，并随之回转作平移起落，实现载货容器与汽车的结合（吊 装）与分离（吊卸）。还可以实现车厢货物的倾斜功能。 2. 主要部件 二类汽车底盘、副车架、摆臂、液压系统、车厢Page: 69 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 3. 应用范围 可以配置满足运输各种物料要求 的数个货厢，又具有自卸功能，能更 充分发挥摆臂自装卸汽车的效率，因 此适用于城市内短途运输，目前，摆 臂式自装卸汽车已广泛应用于城市环 卫部门、厂矿、建筑行业、散装谷物 运输和冶金行业等。 4. 吊装过程 放下支腿油缸5 的支腿，并与地面 支牢 通过摆臂油缸7 的活塞杆向右伸 出，将摆臂沿顺时针方向旋转到吊装 前的位置 将摆臂上的吊链挂在车厢 吊耳轴上 倾卸钩6 处于非工作位置 摆臂油缸7 反向收缩，驱使摆臂4 逆时 针方向回转 在摆臂作用下，车厢平 移提升在副车架上定位固定。车厢吊 卸与吊装过程恰好相反。Page: 70 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 5. 倾卸过程 先放下支腿油缸5 的支腿，并且与地面支牢 副车架上的倾卸钩6 应钩在车厢1 的倾卸 轴上 将摆臂油缸活塞杆向右伸出，驱动摆臂4 按顺时针转动 车厢在摆臂的作用下绕铰支 点向后转动倾卸 倾卸完毕，摆臂油缸活塞杆反向收回，车厢即复位。Page: 71 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 二. 摆臂式自装卸车的总体设计 后装卸式（应用广泛）、侧装卸式 1. 总体设计特点 （1 ） 选择合适的汽车底盘 选型依据：装载质量、道路条件、运输货物的特性、运距等。 在无专用汽车底盘的情况下，通常选用短后悬的普通自卸汽车底盘，这有利于摆臂布 置，使结构紧凑。 （2 ）选择主要尺寸参数 车辆外廓尺寸（长、宽、高）原则外不应超过选用汽车的外廓尺寸，若因布置困难略 有突破，但也要控制在法规允许的界限以内。 （3 ）装载质量m e 随车辆用途而异。一般用途时，多采用中、轻型货车底盘改装而成；而工地、矿山则 采用重型货车底盘改装而成。Page: 72 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 （4 ）载质量利用系数 摆臂式自装卸汽车的质量利用系数比原货车的要低，通常在0.9 左右。 （5 ）轴载质量及其分配 分配原则：应与所选原货车相接近。由于改装部分的主要部件，如油缸支腿、摆臂、 副车架等均布置在汽车后部，易导致后轴轴载质量超限。因此，总布置设计时应将车厢适 当前移，以满足轴载质量及其分配比例符合原车要求。 （6 ）其它主要性能参数 动力性、燃油经济性、制动性、平顺性及行驶稳定性等应与所选原货车的相接近。 因为设置有油缸支腿，离去角有所减小，但不得小于17 。 （7 ）摆臂最大摆角 指摆臂从初始位置绕摆轴旋转到极限位置时转过的角度。决定了车厢倾卸角和车厢起 吊深度的大小。 （8 ）车厢满载吊装（或者吊卸）时间 车厢满载吊装时间小于60s ，车厢满载吊卸时间小于50s 。过小会造成冲击，影响液压 元件性能。Page: 73 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 2. 总布置图设计 目的：通过作图法确定总体方案，并校核初步选定的各部件结构尺寸是否符合整车尺 寸和参数要求，以寻求最佳总布置方案。 主要内容： （1 ）标出各部件的相对位置、外部连接尺寸及装配关系； （2 ）绘出摆臂、车厢、支腿等运动件的运动轨迹及极限位置； （3 ）绘出汽车的主要外廓尺寸、通过性的几何参数； （4 ）标出车厢质心。Page: 74 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 绘制过程： （1 ）绘制选定的汽车底盘总布置图 主视图：轴距L 、前后车轮的滚动半径、车架上平面线及其高度、前悬、后悬、接近 角、离去角、驾驶室后壁到前轮中心距离等。 后视图：后轮距、整车宽度、摆臂宽度等。 （2 ）绘制副车架的有关尺寸 副车架上平面高度、副车架纵梁截面尺寸 （3 ）车厢长度和高度尺寸确定 先按选定货车装载质量的0.850.90 倍初步确定摆臂式自装卸汽车的装载质量，再根 据常载货物密度估算车厢容积，然后根据车厢容积确定车厢的外廓尺寸（长、宽、高）。 （4 ）摆臂回转轴线位置及回转半径确定 摆臂回转半径r：摆臂回转轴线到吊链轴线之间的距离。 在满足使用要求的前提下，摆臂回转半径越小越好。Page: 75 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 摆臂总布置原则： a. 总布置时，一般先在副车架上选择一点作为摆臂回转中心(轴线)，摆臂上端的吊链 轴线位置应使车厢放在副车架上时其投影正好通过车厢的质心。 b. 在作车厢吊卸运动轨迹图时，应保证车厢在整个运动过程中与副车架的间距不小于 100mm 。 c. 确定摆臂外形尺寸、摆臂与油缸铰支点位置的设计原则： 车厢吊装和吊卸过程中油缸工作压力变化应平缓，其最大值应小于系统的额定压力。 （5 ）支腿的布置 a. 保证汽车具有足够大的离去角，支腿一般布置在靠近摆臂轴线处； b. 支腿油缸一般布置在垂直于地面的方向； c. 支腿上端与摆臂位于极限后倾角时的最近距离应不小于20mm; d. 支腿油缸收拢时，车辆离去角应大于17 ，必要时采用非垂直安装或者可折叠式布 置形式。Page: 76 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 （6 ）车厢倾卸运动图 倾卸钩轴与摆臂轴同轴。 作车厢后倾卸运动图时，应检查车厢的最大倾卸角（一般大于85 ）。 当达到最大倾卸角时，车厢吊耳轴应位于车厢倾卸铰支点A和吊链轴的连线下侧，以 保证吊链2 此时受拉力作用，即E点必须在AC 联线的下方。 3. 整车稳定性校核 校核的两种工况： a. 汽车行驶时稳定性校核。 b. 专用装置工作时的稳定性校核。此时支腿起作用，满载车厢从地面刚起吊时的驻 车稳定性最差。此时汽车前、后轮均有离开地面趋势，汽车将以支腿为支点向后翻转。 驻车工况稳定性校核的临界条件：汽车后轮对地面作用力正好消失。Page: 77 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 摆臂装置的结构与 设计： 一. 倾卸钩 1. 结构 转臂式倾卸钩 1 铰接在副车架8 的 横轴2 上，可绕其 转动。此外，倾卸 钩同时承受弹簧5 、6 的拉力作用， 但两者作用在倾卸 钩上的转矩方向相 反。Page: 78 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 2. 工作原理 （1 ）锁止动作：车厢被倾卸钩锁住在副车架上的位置。 拉紧油缸7 的活塞杆向左收缩 弹簧5 作用在倾卸钩上的转矩增加 当其大于弹簧6 作用 在倾卸钩上的转矩时，倾卸钩开始沿逆时针方向转动 倾卸钩锁住车厢上的倾卸轴。 （2 ）吊装或吊卸作业动作： 拉紧油缸7 向右伸出 弹簧5 对倾卸钩作用的转矩减小 当其小于弹簧6 作用于倾卸钩的 转矩时，倾卸钩便沿顺时针方向转动 解除倾卸钩对车厢倾卸轴的约束。Page: 79 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 二. 定幅摆臂的结构与受力分析 1. 定幅摆臂、变幅摆臂（根据摆臂的回转半径是否可变来分） 定幅摆臂：常用型式，具有结构简单、工作可靠、承载能力大等特点。 变幅摆臂：细分为折叠式、伸缩式、综合式三种，主要用于特殊场合。 定幅摆臂结构主要部件： 摆臂（箱型截面，足够的强度、刚度）、横梁（具有一定强度、刚度，保证左右臂同 步性）、吊链轴（摆臂上部，通过吊链与车厢吊耳轴相连）、摆臂轴（与副车架相连）、 倾卸轴（倾卸时车厢倾翻的支点）Page: 80 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 2. 摆臂的受力分析 （1 ）吊装工况 当B点位于B 1 时，摆臂可从下极限位置吊装 货厢。 取摆臂为分离体，进行受力分析。Page: 81 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 由式(3-54) 计算得出的F a 值为油缸选用、摆臂强度和刚度计算提供载荷依据。Page: 82 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 （2 ）吊卸工况 当B点位于B 0 时，摆臂可从副车架上吊卸货物。 取摆臂为分离体，进行受力分析。同理可以求 得：Page: 83 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 通常左、右吊链尺寸、规格相同，因此， 取F Dy 、F Dz 中的较大值作为设计依据。当货厢 倾卸到最大倾翻角时，厢内货物已所剩不多， 故一般地， F Dy F Dz 。 （3 ）倾卸工况 由于倾卸工况所需油缸的推力和拉力远小于吊装、吊卸工况 所需的油缸作用力，故对油缸作用力和摆臂受力不予讨论。 通过分析计算，求出吊链所受到的最大拉力，以便对吊链进 行强度校核。Page: 84 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 摆臂式自装卸车的液压系统设计： 一. 液压系统布置方案、工作 原理Page: 85 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 二. 液压元件选用 1. 摆臂油缸 根据初定的系统额定工作压力、摆臂油缸推力和拉力，并参考油缸标准系列选 择合适的油缸。Page: 86 GUANG XI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 3.5 摆臂式自装卸车结构与设计 2. 液压泵 首先确定系统的最大流量，一般按吊卸时间小于50s计算。摆臂油缸最大行程由总体 布置确定。 然后根据液压泵工作转速计算出液压泵排量，结合给定的系统额定压力选择合适的 齿轮泵。 摆臂自装卸汽车多采用高压、高速齿轮泵，如CBN,CBX,CBZ 等系列齿轮泵。 3. 各种阀类 多路阀、双向液压锁、单向平衡阀