专用汽车自卸车设计毕业设计论文

摘要随着经济的日益发展，国内基础设施建设需要不断增加，我国专用自卸车市场也取得越来越好的经营业绩。据调查。去年我国接近四百家改装车企业改装汽车二十多万辆，且几乎全部售出。近年来我国专用自卸车产量近年来一直保持较高产销量，在专用车综合产量中保持第一位置，但虽有数量，在质量上还没有达到让人如愿的程度，尤其是在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距，严重限制了我国基础设施建设的速度和水平。本文首先对专用自卸车的设计特点以及国内外发展现状做了相关的概述。接着针对底盘为CA3126自卸车进行了总体设计、车厢的结构设计、举升机构的设计等，并对车厢底板和铰链进行UG造型和ANSYS分析。关键字：自卸汽车、总体设计、举升机构、机构、UG、ANSYSAbstractSince last year, our country Special Purpose Vehicle industry is in the boom, with 395 car refit enterprise all around the country refitting 230.6 thousand cars, selling 230.5 thousand. auto unload vehicle the 27125 car, account for 11.76% of total deal. along with the development of local foundation facilities, in recent years auto unload vehicle yield has been keeping in higher production & sales, remains in the first place in Special Purpose Vehicle production. However, in aspects of category, pattern, material application, compared with foreign countries there is still a long way to go. In this paper, firstly, I made a general about the auto unload vehicle design and its development domestic and abroad. Then, at the point of compartment, rising organization etc, I started the design of theCA3126 auto unload vehicle. Also, I refit and designed the vice-car stalk. Key words: auto unload vehicle raising organization、GU、ANSYS1 概述及总体结构设计1.1、专用自卸车的概述专用自卸车是利用本车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自卸车。自卸汽车按其用途可分为两大类：一类属非公路运输用的重型和超重型(装载质量在20t以上)自卸汽车。主要承担大型矿山、水利工地等运输任务，通常是与挖掘机配套使用。这类汽车也称为矿用自卸汽车。它的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但它只能在矿山、工地上使用。另一类用于公路运输用的轻、中、重型(装载质量在220 t)普通自卸汽车。它主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输，通常是与装载机配套使用。某些自卸汽车是针对专门用途设计的，故又称专用自卸汽车。如：摆臂式自装卸汽车、自装卸垃圾汽车等。图1-1为普通自卸汽车的结构组成。普通自卸汽车技装载质量分为：轻型自卸汽车、中型自卸汽车和重型自卸汽车；按运载货物倾卸方向分为：后倾式、侧倾式、三面倾式和底卸式自卸汽车；按车厢栏板结构分为：栏板一面开启式、栏板三面开启式和簸箕式(即无后栏板)自卸汽车。随着国内基础设施建设需要不断增加，自卸车产量近年来一直保持较高产销量，在专用车综合产量中保持第一位置，但在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距。自卸汽车继续快速增长，销量超过载货汽车上升到第一位。主要原因是固定资产投资强劲增长，巨大的投资规模奠定了自卸车市场需求基础；自卸汽车品种增加，不仅适应和满足施工需求，同时向运输市场发展；牵引汽车保持较快发展，已成为长距离公路运输的主力车型。1.2专用自卸车设计特点概述专用自卸车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能的要求，这就形成了其自身特点，概括如下：专用自卸车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计 这首先就需要了解国内外汽车产品，特别是货车产品的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格及相关资料等。然后根据所设计的专用自卸车的功能和性能指标要求，在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较，优选出一种基本型汽车底盘作为专用自卸车改装设计的底盘。能否选到一种好的汽车底盘，是能否设计出一种好的专用自卸车的前提。对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的专用自卸车，也应尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。专用自卸车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。在必要时，可适当降低汽车底盘的某些性能指标，以满足实现某些专用工作装置性能的要求。针对专用自卸车品种多、批量少的生产持点专用自卸车设计应考虑产品的系列化，以便根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。对专用自卸车零部件的设计，应按“三化”的要求进行，最大限度地选用标难件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。对专用自卸车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。对专用自卸车工作装置中的某些核心部件和总成，如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选 因专用自卸车专项作业性能的好坏，主要决定干这些部件的性能和可靠性。在普通汽车底盘上改装的专用自卸车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。专用自卸车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求 对于某些特殊车辆，如重型半挂车、油田修井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的特种车辆来处理。某些专用自卸车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和标准，使专用自卸车有良好的适应性，工作可靠，是要设安全性装置。综上所述，专用自卸车的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车设计的一般要求同时又要获得好的专用性能。这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调的整体，使汽车的基本性能和专用功能都得到充分发挥。由于专用自卸汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以专用自卸汽车设计人员既要具备汽车设计的知识相能力向时也要掌握专用自卸车各种不同工作装置的原理与设计计算。此外专用自卸车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。1.3.国内专用自卸车发展现状概述近年来随着我国经济的高速发展，汽车工业作为国家支柱产业获得了迅猛发展。专用自卸汽车作为汽车工业的重要组成部分，也获得了快速发展。一方面，随着产业政策逐步落实和行业标准法规政策不断完善，从政策标准法规上规范生产、提高技术水平及产品质量；另一方面，随着我国城市化建设、高速铁路建设、公路建设及道路运输业的快速发展，为我国专用自卸车提供了大量的市场需求，专用自卸车的产品品种日趋丰富、合理，产品质量、技术水平不断提高，年产量也大幅提高。 我国专用自卸汽车起步于20世纪50年代末60年代初，早期主要侧重于应用。虽然应用较早，但全面发展始于20世纪80年代，比发达国家晚了近30年。经过20余年的发展，我国专用自卸车已经具有一定规模，特别是近年来，我国专用自卸车发展迅速。据资料统计，1999年全国专用自卸车生产厂546家，2005年专用自卸车企业628家，2006年已经增加到800家；生产能力也有了长足的发展，1999年产量为17.42万辆，2004年为35万，2005年为50万辆，2006年已接近60万辆，2007年更是达到了70万辆。目前，我国专用自卸车产量占载货车总量的40左右，有接近5000个产品品种，已经成为我国汽车工业的重要组成部分。预计“十一五”期间，我国专用自卸车产品将达到6000个品种，年产量90万辆，占当年载货车产量的65%。 另外，我国专用自卸车产品与发达国家和地区的专用自卸车产品相比已基本接近，虽然在一些方面和发达国家和地区的同类产品相比还有一定差距，但总体上我国专用自卸车行业在国际专用自卸车行业中已占有重要地位，已经基本具备参与国际市场竞争的能力。产品品种、档次、工艺装备、自主研发等方面都有了很大提高，基本实现了从进口向出口的转变。“十五”期间，专用车企业大多进行了结构调整，很多中小企业通过改制、兼并、重组等方式基本实现了企业性质的转变。大多数专用车企业拥有完备的产品研发体系，少部分产品已达到国际先进水平。毋庸置疑，我国专用自卸车发展还存在着一些严重的问题，如果这些问题得不到及时解决，将在很大程度上影响到我国专用汽车产业的健康发展。 首先，研发能力不强，同质化现象严重。我国目前除自卸车、挂车、厢式货车等专用车批量较大外，其它技术含量较高的专用车大多是小批量多品种，开发新产品及技术改造投入大，见效慢，收效小，加上大多数企业缺乏资金，不愿做长期投资，于是采用简易的工艺装备，产品质量得不到保证，致使产品质量难以有较大的提高。资金缺乏、技术投入不足，更容易走上仿造之路，大多数企业都是仿造国外车型，然后再相互模仿，同质化现象十分严重。 其次，专用底盘缺乏。目前国内基本上没有一家专业生产专用自卸车底盘的企业，国内800多家专用车生产厂家生产的各类专用自卸车中，大多数是在普通载货车底盘的基础上改装而成，而在这些企业中又大多数为外购底盘进行改装生产的中小企业，机械化程度低，产品质量参差不齐，与发达国家有很大差距，这一现状极大地制约了我国专用自卸车的发展。 第三，产品结构不合理。目前，我国专用车的市场份额占全部载货车的40%，与发达国家专用车70%以上的市场份额相比，仍有很大差距。目前国外载货类专用车中，轻、中、重型比例为343，而我国目前仅为352，中型专用车多而重型专用车少。产品结构的不合理与日益增长的多样化、个性化的用户需求形成了巨大的反差。 第四，行业集中度较低，专用自卸车生产企业不“专”，专用自卸车生产存在散、乱、差的现状。1个产品有几十家甚至几百家企业生产，以及1家企业又生产很多种产品；而发达国家，1个产品最多3?5家企业生产，1家企业最多只生产几种产品。相比之下，我国专用自卸车行业集中度较低，专用自卸车生产企业不“专”。 第五，现有专用装置的开发能力和制造水平对专用自卸车限制较大。我国专用自卸车专用装置的关键件总体水平不高，如液压件、泵类、阀类、控制仪表等还未达到较高的技术水平，仍需进口，制约了高水平专用自卸车的开发生产。 最后，国内专用自卸车与世界先进国家的技术水平存在一定差距。以美国为例，通常1个48(14m)、载荷量20t的二轴厢式半挂车，车辆自重在7t以下，换算成我国目前的13m长标准二轴厢式半挂车，自重约为6t；而我国目前通常13m二轴厢式半挂车的自重均在8t以上。如果二轴半挂车轴荷受同样法规的限制，美国的厢式挂车在满载时将比我国车辆多装约2t左右的货物，空载运输时自重又轻2t，这对汽车的油耗、轮胎损耗都有较大的影响，其先进的运输经济性不言而喻。专用车行业是依附在底盘制造业基础上发展起来的，同时又有批量小、品种多、科技含量高的特点，与主机厂有着密切的联系。但主机厂开发的专用车底盘能否满足专用车日益多元化、专业化的需要，能否满足用户及市场需求，直接影响到主机厂底盘的市场销售，因此主机厂对于专用车厂家及用户的要求应给予充分重视，要专门开发适应市场需求的专用车底盘。主机厂如何研制满足用户及市场需求的专用车底盘，应从以下几方面考虑： 第一，与专用车厂家进行改装方面的技术交流，了解上装部分的专用性能要求、技术要求，开发满足专用要求的底盘。 第二，充分了解专用车使用环境及工况，对某些部件进行相应改进，以适应特定的环境及工况。 第三，召集行业内有影响力的专用车企业及用户进行技术交流，广泛听取各方面的意见及要求，开发或不断改进专用车底盘。 第四，密切关注发达国家专用车的发展动向，结合国际、国内市场的需求趋势，开发高技术、高附加值专用自卸车底盘，填补国内空白并抢占国际市场。.我国专用自卸车的发展趋势 未来我国专用自卸车的主流市场将主要集中在城市建设、服务和高等级公路运输、管理两大板块，专用自卸车的发展将主要呈现以下几大趋势： 1)产品品种多样化趋势。 从品种上看，发达国家如德国的专用自卸车品种有6000多种；从需求量上看，目前德国、日本、英国等国也是完全根据市场和用户的需要而进行生产的。正是由于专用自卸车服务的广泛性和专业性，才形成了专用车多品种的特点。据统计，目前我国专用自卸车已达228个种、1553个品种。由于各行业的特点不同，对具体品种的需求量也不同。专用自卸车市场可以出现多个热点同时并存的局面，从而形成市场的多元化，为生产企业提供广阔的发展空间。 2)重型化、大功率、多轴化。从近年来的统计数据看，重型卡车的市场销量2002年为24万辆，发动机功率大多在205kW(280hp)以下，而到2007年则迅速增长到48万辆，发动机功率大多在205257kW(280?350hp)，重卡尤其是重卡底盘的发展趋势充分印证了专用车重型化、大功率发展的趋势。道路条件的改善和交通运输业的发展为公路运输的高速化、集装箱化创造了良好条件，同时，为大吨位、大功率、多轴化专用自卸车的广泛应用提供了广阔空间。专家预测，“十一五”期间，高速公路运输车辆，如重型牵引车、厢式车、厢式半挂车、集装箱运输车、专用半挂车、保温冷藏车等将成为市场的主角。 3)轻量化。新材料和新工艺的采用对于减轻自重、提高运输效率、推动和促进 我国专用自卸车技术进步、缩短与国外产品的差距，无疑具有重要意义。欧美专用车企业对铝合金及不锈钢材料的罐体、厢体的应用已有20多年历史，日本企业也已经在专用车的上装部分大量应用铝合金等轻型材料，而轻型材料在我国专用自卸车行业的应用才刚刚起步。这意味着，我国的专用自卸车产品也将朝着这个方向发展，只不过轻量化发展的速度会因为不同的国情而有所不同。 我国专用自卸车之所以在轻量化方面与欧、美、日企业存在很大差距，一是因为我国专用自卸车的消费水平目前还比较低；二是国内运输企业为了节省运输费用，千方百计地超载，而没有意识到超载本身会大大增加车辆的燃油费用；三是我国某些地区治理超载的力度不够。 因此，推进我国专用自卸车的轻量化，国家有关部门在加大管理、改革税收的同时，还应该引导用户去购买经济性好的轻量化产品。 4)厢式化和城市专用自卸车的轻型化趋势。 大力推广厢式运输已在“十五”计划中提出，发展趋势已被行业公认。尤其是随着高速公路的发展，厢式半挂车、集装厢半挂车已成为物流企业的主力车型。随着人民生活水平的提高，冷藏集装厢半挂车也会逐渐成为今后的发展方向。同时，世界商业巨头纷纷进入中国市场，超市比比皆是，轻型厢式车需求量将越来越大，城市专用自卸车的轻型化趋势已经显现。 5）高技术、高附加值发展趋势。随着国民经济总量构成的变化，市场对专用自卸车品种的需求格局将相应改变。普通自卸汽车需求量将会随基础设施的不断完善逐渐减少，厢式车、半挂车以及用于城市配套服务车辆的需求量将大大增加。同时，市场竞争趋势的加剧，产品成本的增加，劳动密集型产品以价格取胜的竞争优势将被进一步弱化，以技术创新的替代性经济增长将成为专用自卸车行业新的经济增长方式。此外，市场对高技术高附加值产品的需求将大大增加，这种趋势将提高专用车企业开发高技术、高附加值产品的积极性。机、电、气、液、微电子一体化技术及GPS技术等在专用车上的应用能够大大增强专用车产品的附加值和技术含量。专家预测，今后一段时期内，高新技术的大量应用，加上我国专用自卸车产品传统的成本优势会使国产专用自卸车在出口方6)人性化、安全性和节能环保趋势。专用自卸车底盘的设计越来越人性化，一是充分考虑舒适性，为驾驶员提供更好的工作环境；二是允许个性化设置性能参数。随着社会的进步，技术水平的提高，汽车设计的安全性越来越受到人们的重视，保证驾驶人员的安全成为设计人员重点考虑的问题，除停车、行车制动等基本安全措施外，通过配备功能齐全的监控系统，防侧翻系统，以及采用电控、液压、机械3套独立制动系统，大大提高了整车的安全可靠性。同时，电子技术的发展与运用，使车辆安全性研究向智能化方向发展。 国际国内油价的不断攀高、全国各地不断出现的“油荒”和气候变暖，使节能、环保成为整个社会关心的主题。我国也推出了一系列措施政策推动环境的改善，汽车的节能、环保也成为不可逆转的发展趋势。对用户来说，节油不仅从能源考虑，关系着他们切身的经济利益。环保要求推动了动力技术的更新，电子燃烧喷射和共轨技术成为强制性规定。 7)合资合作、资产重组趋势。 从国际市场形势来看，发达国家因受劳动力价格及经济低迷状况的制约，近年来制造业纷纷外移，给我国专用自卸车进入国际市场提供了一定机遇。一方面，国内专用自卸车靠其价格优势在东南亚、中东、非洲、中亚及俄罗斯市场不断增加市场份额，为国内专用自卸车进入国际市场奠定了良好基础；另一方面，国外专用自卸车企业为寻求新的经济增长点，将会积极开拓海外市场，在高端产品方面占据绝对优势，通过合资合作，将会对促进我国高附加值产品的开发起到一定的积极作用。 8)区域化的产业集中趋势。 国家鼓励优势企业强强联合，形成有较强综合竞争力的规模企业发展政策，这一政策将推动行业优势资源的重新配置，有实力的企业将进一步整合行业产品结构，提高专用自卸车产品行业生产集中度。 我国专用自卸车的发展经历了快速发展过程，虽然存在不少困难和问题，但随着我国经济的进一步发展，以及国家各项政策的落实，在全行业的共同努力下，我国专用自卸车产业一定会走上更加健康的发展之路，赶上世界发达国家的发展水平，在国际市场上扮演更加重要的角色，由中国制造走向中国创造。 一个好的专用车底盘如要打开市场，获得比较高的市场占有率，除了以上提到的必须满足用户及市场的要求及专用性能等要求外，还要结合市场特点做好市场推广工作，对专用车企业申报专用车整车产品公告给予一定的经济补偿。面上一个新台阶。1.4、总体设计 总体设计分为：1.总体布置及主要参数的确定 2.底盘及发动机的选用 3.车架及基本性能参数的计算1.4.1 .总体布置及主要参数的确定1.4.1.1 总体布置1 轴数 根据汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的构造来选择汽车的轴数。本设计中轴数选择为两轴。2.驱动形式 根据汽车的用途、总质量以及对车辆通过性的要求来确定驱动形式。本设计驱动形式的选择为后轮驱动。3.布置形式 布置形式分为发动机的布置和驾驶室的布置。 发动机的布置有以下几种形式：发动机前置后轮驱动、发动机前置前轮驱动、发动机后置前轮驱动、发动机后置后轮驱动、全轮驱动。根据性能的要求、行驶要求及经济性来确定发动机的布置。本设计中发动机的布置形式为前置驾驶室的布置有以下几种形式：平头式、短头式、长头式、偏置式。基于汽车的总体设计及安全性的考虑，本设计中驾驶室的布置形式为长头式。1.4.2.参数的确定1.汽车外廓尺寸它包括长、宽、高。它的大小直接与轴距、轮距、驾驶室、车身和专用设备的布置有关。本设计中汽车的外廓尺寸为2.轴距根据汽车的长度、质量和许多使用性能来确定轴距。本设计中轴距确定为4630毫米。3.轮距根据汽车的质量、宽度、横向通过半径和横向稳定性及汽车的机动性能来确定。本设计中前轮距确定为1930毫米，后轮距确定为1836毫米。4.其余参数总质量为11990kg，接近离去角为28/41,整备质量为4770kg,.1.4.3车架的改装车架是汽车底盘上各总成及专用工作装置安装的基础，改装时受到的影响最大，因此，要特别引起注意。车架是受载荷很大的部件，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行驶时的动载荷，为了保持主车架的强度和刚度，原则上不允许在主车架纵梁上钻孔和焊接，应尽量使用车架上原有的孔。如果安装专用设备或其它附件，不得不在车架上钻孔或焊接时应避免在高应力区钻孔或焊接。主车架纵梁的高应力区在轴距之间纵梁的下冀面和后悬的上冀面处。因为这些部位纵梁应力较大，钻孔容易产生应力集中。对于主车架纵梁高应力区以外的其余地方需要钻孔或焊接时，应注意以下事项：尽量减小孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和孔径规范，在纵梁翼面高应力区外的其它部位钻孔，只能在中心处钻一个孔。在纵梁的边、角区域亦禁止钻孔或焊接，这些区域即为不允许钻孔和焊接加的部位。因为在这些部位进行钻孔或焊接，极易引起车架早期开裂。严禁将车架纵梁或横梁的男面加工成缺口形状。1.5.设计任务本设计的任务是对专用自卸车进行总体布置、举升机构的设计、车厢和铰链的设计、ANSYS校核，其中总体布置为选择也为举升机构的设计坐下了基础，举升机构中力的计算为有限元分析埋下了伏笔。2 CA3126自卸车举升结构设计 举升机构是自卸汽车的重要工作系统之一,其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能。随着自卸汽车产品技术的发展,举升机构的结构型式也不断增多。若能将不同类型的举升机构其各自的特点配备到与之相适应的自卸汽车则无论是自卸汽车的工作性能,还是举升机构的使用效率,都会得到很大的改善。因此,如何选择合适的举升机构,成为自卸汽车设计中的首要问题。2.1举升机构结构型式的分类及特点自卸汽车上,现在广泛采用液压举升机构。根据油缸与车厢底板的连接方式,常用的举升机构可以分为直接推动式和连杆组合式两大类。2.1.1 直接推动式举升机构油缸直接作用在车厢底板上的举升机构称为直接推动式举升机构,简称直推式举升机构。按举升点在车厢底板下表面的位置,该类举升机构又可分为油缸中置(图1a)和油缸前置(图1b)两种型式。前者油缸支在车厢中部,油缸行程较小,油缸的举升力较大,多采用双缸双柱式油缸。后者的油缸支在车厢前部,油缸的举升力较小,油缸行程较大,一般用于重型自卸汽车上,油缸则通常采用多级伸缩油缸。2.1.2 连杆组合式举升机构油缸与车厢底板之间通过连杆机构相连接,此种举升结构称之为连杆组合式举升机构。生产实践表明,连杆组合式举升机构具有很大的优越性。近十几年来,这种类型的举升机构发展较快,已出现了多种型式。根据油缸的安装特点,连杆组合式举升机构又可分为油缸前推(后推)连杆放大式、油缸前推(后推)杠杆平衡式、油缸浮动等多种结构型式。2.1.2.1 油缸前推连杆放大式(马勒里式)举升机构该种举升机构(图2所示)通过三角板与车厢底板相连,车厢的举升支点较靠近车厢的前部,故车厢受力状况较好;当达到最大举升角度时,油缸几乎处于垂直状态,车厢上升到最高位置不易倾下,稳定性好;油缸最大推力较小,油压特性好。但整个机构较庞大,油缸在举升过程中的摆角较大,工作行程也较大。2.1.2.2 油缸前推杠杆平衡式举升机构该种举升机构(图3所示)通过拉杆与车厢底板相连,举升支点较靠近车厢的前部,故车厢受力状况较好;初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢,因此机构启动性能好。但该机构三角形连杆的几何尺寸较大,结构不紧凑;油缸摆角较大,工作行程较大,液压管路不易布置。2.1.2.3 油缸后推连杆放大式(加伍德式)举升机该种举升机构(图4所示)通过三角板与车底板相连推动车厢,启动性能较好,并能承受较的偏置载荷;举升支点在车厢几何中心附近,车受力状况较好。但该机构举升力系数较大,工作率较低。2.1.2.4 油缸后推杠杆平衡式举升机构该种举升机构(图5所示)的油缸下铰点、三角板的固定铰点、车厢翻转铰点几乎均匀分布在副车架上,减少了车架后部的集中载荷;同时,这种三点支承方式有利于改善机构的整体横向刚性。举升过程中油缸摆角小,机构的工作效率也较高,但机构举升力系数较大,使相同举升质量所需举升力较其他举升机构大。2.1.2.5 油缸浮动式举升机构该种机构(图6所示)油缸的一端直接与车厢底板相连,另一端不是固定在车架上,而是可以随着车厢的翻转而运动,故称为油缸浮动式举升机构该机构的拉杆也与车厢底板直接相连,举升支点较靠近车厢的前部,故车厢受力状况较好,工作效率较高。但该机构几何尺寸较大,结构不紧凑;举升过程中油缸摆角较大,使得液压管路难于布置。连杆组合式举升机构中,油缸后推式以结构紧凑、油缸摆角小等特点优于油缸前推式和油缸浮动式举升机构,而举升力较大的缺点则可通过减小举升质量得到一定程度的弥补,故较适合用于中、轻型自卸汽车。例如,QDZ3130型7t级自卸汽车上采用的油缸后推连杆放大式举升机构就是一种较为典型的油缸后推式举升机构。该类举升机构中的另一种型式油缸后推杠杆平衡式举升机构也适合用于中、轻型自卸汽车。2.2 举升机构型式的选择油缸前推式举升机构具有举升力系数小的优点,较适用于中、重型自卸汽车,如青岛专用自卸车制造厂生产的9 t级QD362型自卸汽车就采用了油缸前推连杆放大式举升机构。油缸前推式中的杠杆平衡式举升机构也常用于1020 t级的自卸汽车。油缸浮动式举升机构具有油缸行程短,机构效率高等优点,通常用于双后桥重型自卸汽车的改装。该机械现已用在斯太尔QDZ3320S型20 t级自卸汽车上。连杆组合式举升机构中,油缸后推式以结构紧凑、油缸摆角小等特点优于油缸前推式和油缸浮动式举升机构,而举升力较大的缺点则可通过减小举升质量得到一定程度的弥补,故较适合用于中、轻型自卸汽车。例如, QDZ3130型7 t级自卸汽车上采用的油缸后推连杆放大式举升机构就是一种较为典型的油缸后推式举升机构。该类举升机构中的另一种型式油缸后推杠杆平衡式举升机构也适合用于中、轻型自卸汽车。从以上的分析可以看出,举升机构的每一种结构型式都各有利弊。在具体设计时,应因车制宜,合理选用。直推式举升机构结构简单,较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢,为了达到一定的举升角度,往往需采用多级油缸,而为了提高整车的稳定性,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步,进而造成车厢举升受力不均。目前,该类举升机构主要用于重型自卸汽车。故本设计中采用直推式举升机构结构。2.3 本设计举升结构的选择通过上述分析比较,可见:a.直推式举升机构主要用于重型或有侧倾要求的自卸汽车。b.油缸前推式举升机构通常用于中、重型自卸汽车。c.油缸后推式举升机构适合用于中、轻型自卸汽车。d.油缸浮动式举升机构通常用于重型自卸汽车。总之,在选择举升机构时,应从装载质量、油缸行程、机构效率、管路的布置以及经济效益等各方面综合考虑,采用合适的举升机构,最大限度地提高自卸汽车的工作性能。2.4. 本设计举升结构的计算设计自卸车举升机构设计计算涉及油泵、油缸、安装位置、起始举升角、最大举升角、回落角、举升机构工作时间、油泵油缸液压系统产生的举升力计算和车箱系统实际所需的举升力计算。合理的设计与计算对提高自卸车的安全性、经济性是十分重要的。本节拟就设计计算中的一些问题作些探讨。2.4.1初步设计初步设计大致分以下几个步骤a.根据车箱尺寸、装载质量，初步确定举升系统在车架、车箱上的各支点。b.根据举升质量初步确定油缸、油泵的规格型号。c.通过计算验证所选用油缸、油泵以及各支点位置的合理性。d.建立两种举升力曲线图，进一步验证。2.4.2设计过程2.4.2.1确定举升安全系数自卸车设计时应考虑到最恶劣的装卸条件，因有些物质的安息角在静止或运动情况下都大于450，举升安全系数应在装载质量的3倍以上，即举升安全系数应大于3。2.4.2.2车箱转轴点、油缸举升点的确定.车箱的转轴点、举升点必须处在一个合理的位置，以确保在举升过程和运输途中安全平稳，一般的选择如图1所示(特殊型自卸车除外)。2.4.2.3油泵油缸的选择和油缸在车架与之间的安装位置油缸选择首先要能达到最大举升角求和能承担举升质量。油泵的选择要能满足在规定的时间液压油充满油缸体积和达到油缸支承质压力，但不能超过油缸额定理论推力。安装位置主要指油缸安装点到转轴位置，如图2所示。图中h的确定就是所提的安装位置的确定又牵涉最大举升角、起始举升角止回落角(具体计算参看后面的计算方法2.4.3设计计算与验证2.4.3.1车箱举升支点计算车箱自身质量和装载质量均匀，举及其力如图3所示，为转轴支耳焊接于底板骨架上。由图3可以看出G总=G自+G载式中:G总为总的举升力，NG自为车箱自身质量，kgG载装载质量，kg根据杠杆原理Error! 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No bookmark name given.所得，L距离越短，举升力越大。油缸选择长度可缩短，但初举升和举升过程中不稳定，选择5/8L左右的距离值较为合适，可作为设计中参考，后以计算为准。2.4.3.2最大举升角的确定确定车厢最大举升角的依据是倾卸货物的安息角。常见货物的安息角如表2-3所列。表2-3 常见货物的安患角物料煤焦炭铁矿石细砂安息角27455040453045物料粗砂石灰石粘土水泥安息角504045504050设计的车厢最大举升角必须大于货物安息角，以保证把车厢内的货物卸净。此外，在最大举升角。时，车厢后栏板与地面须保持一定的间距H，如图2-9所示。为了避免车厢倾卸时与底盘纵梁后端发生运动干涉，故图2-9中的必须大于零。设计时，自卸汽车车厢最大举升角可在5060之间选取。对于本设计中的自卸车，这里定其最大举升角为50。2.4.3.3油缸总行程L的确定 总行程L应满足最大举升角的设计要求。总行程L可以根据余弦定理解出。即： 根据油缸总行程L进而求的或选定伸缩油缸的单节伸缩工作行程l或伸缩油缸的节数n，通常个单节工作行程是相等的。油缸总行程L或伸缩油缸的节数n可参照同类油缸单节伸缩工作行程的大小、同时考虑伸缩油缸产品的系列化、标准化以及总部置所允许油缸占用的空间等因数来确定或选取油缸的型号。 本设计中OB为16870.5 OA为1987.5 为55 计算得L=1716.8 现初步选定单节伸缩工作行程l为429。根据下表选定:自卸汽车用多级液压缸有TG、TMG和TSG三个系列。其中TG系列为单位用式（图9）、TMG系列为末级双作用式（图10）、TSG系列为双作用式多级液压缸（图11）。适用于工程及矿山用自卸汽车和特种车辆车厢的后卸、侧卸和三向卸。（1）型号说明4 TG-E 1501500 EQ 伸出级数：4级液压缸型式TG-单作用式多级液压缸TMG-末级双作用式多级液压缸TSG-双作用式多级液压缸压力级E-16Mpa伸出套筒最大外径（mm）总行程（mm）安装方式EQ-上端球铰，下端耳环EE-两端耳环QQ-两端球铰ZQ-上端秋铰，中部耳轴1-弹性圆柱销；2-卡环；3-油杯；4-孔用弹性挡圈；5-关节轴节；6-下连接头；7-密封垫；8-铰接螺栓；9-铰接管接头；10-轴用弹性挡圈；11-导向环；12-缸筒；13、14、15-1-3级套筒；16-柱塞；17-挡圈；18-O形密封圈；19-防尘圈；20-上连接头；21-锁紧钢丝1-油杯；2-关节轴承；3-下连接头；4-内油管；5-防尘圈；6-O形密封全；7-外缸；8-一级缸；9-二级缸；10-中间铰轴；11-活塞环；12-支承环；13-挡圈；14-缸盖1-孔用弹性挡圈；2-关节轴承；3-O形密封圈；4-钢丝档圈；5-支承环；6-后端盖；7-锁紧钢丝；8-Y形密封圈；9-活塞环；10-缸筒；11-一级活塞；12-二级活塞；13-三级活塞；14-内油管；15-防尘圈；16-连接头(2)性能参数TG系列多级液压缸的套筒(柱塞)外径分别为60,80,100,120,150,180和210mm共七种;伸出级数为26级;单级行程1251500mm共16个行程等级(符合国家标准GB2349-80);额定压力16MPa.TG系列多级液压缸性能参数型号级数单级行程总行程/mm安装中心距范围/mm全伸后中心距*TG-E*QQ3300500900150052574014252240*TG-E*EE251603003201500340495660 199026750150014007200104019502440915034006301200189067094018702830267001500140072001060198024609180*TG-E*ZQ2516030032015001251604451660*TG-E*EQ267001500140072001050196024509160*TG-E*QQ33006309001890650101015502900*TG-E*EE234008008002400760135015603750 故根据上表选定液压缸为3TG-1170-EE,该液压缸全伸够中心距为1700 mm，安装中心距为530.其三级行程分别为400 mm、385 mm、385 mm。2.4.3.4油缸举升力P的确定 自卸车的油缸举升力必须保证最大举升质量时所需的举升力矩。 油缸推力P对货箱翻转中心产生的举升力矩Mp与举升总质量m对翻转中心的阻力矩Mw应取得平衡。即： Mp=Mw 则油缸举升力矩： Mp=POAsin 而最大举升阻力矩： Mw=Xw 故油缸举升力： 式中： -举升总质量，为最大装载质量和货箱之和 Xw-质心至翻转中心的水平坐标 -油缸中心与底座的夹角，在举升过程中它为变量，因此油缸举升力也随之成为变量。 上述质心至翻转轴中心的水平坐标是岁车厢举升角变化而变化的函数。实际上，在举升开始阶段由于各铰链支点静摩擦力矩较大，所以车厢的最大阻力矩发生在车厢即将被举起时刻，为最大值，此时的P为最大值。 对直推式举升机构进行受力分析和设计计算时，还应考虑力矩比，即当任意一节伸缩油缸套筒将要伸出时，举伸机构提供的举伸力矩与阻力矩之比。 油缸直径的确定油缸推力与第一节油缸直径的关系为： 式中：p-液压系统工作压力，Mpa 本设计中液压工作系统的压力位10 Mpa。 可求得第一节油缸的最小直径： 按上式计算出各级油缸的最小直径和各界油缸的举升力。 在本设计中=1.125，=54，再结合上述表格的标准，故可以得到三节的油缸直径分别为100 mm、80 mm、60 mm。各级推力分别为7850N.5024N,2826. 三 车厢和铰链的结构设计根据经验，往往把车厢设计成装有加强筋的钢板式结构，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，下图为典型的底板横剖面呈矩形的后倾式车厢结构。为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶孟，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡板。车厢底板固定在车厢底架之上。车厢的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。3.1车厢设计后倾式车厢广泛用于轻、中和重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定，后栏板左右两端上部与侧栏板饺接，后栏板借此即可开启或关闭。其大体尺寸为4500*2300*1200.车厢结构图1-车厢总成；2-后栏板；3、4-铰链座；5-车厢铰支座；6-侧栏板；7-防护挡板；8-底板车厢底板的结构形式如下图：车厢底板是有一整块钢板和2快横加强筋、9块竖加强筋组成的，整个平板的厚度为4毫米，构成加强筋的钢板厚度为6毫米，加强筋与加强筋、加强筋与整块底板之间均为焊接，各块竖加强筋之间的距离是相等的。车厢底板尺寸是4500*2300，中间和两侧的加强筋为50*100的，。3.2铰链的机构行的设计 3.2.1 座的结构形式： 铰链座的底板有6个为M13的螺栓孔，底板的厚度为10毫米，两侧支座的高度为78毫米，厚和宽分别为20、32毫米。孔径的标准与销的直径相符合。3.2.2销的结构形式： 销的结构和尺寸都是由机械手册查得的。均有相关标准。3.3总结通过在修理厂的了解，在车厢结构里最容易损坏的是车厢底板和铰链，所以在本论文中会对这两个部件进行有限元分析。四 UG建模过程4.1车厢底板建模过程先打开ug主页面进入建模应用模块，建模应用模块的实体建模系统提供了方便实用的工作环境，用户利用基于建模特征和约束，可以快速实现概念设计和详细设计，建模应用模块支持实体建模、自由形状建模。 体素特征包括长方体、圆柱体、圆台、和球等基本形体，本设计就是从通过建造4毫米厚的长方体开始的，在菜单中选插入、再选设计特征、再选长方体即可弹出对话框，通过原点和边长度来建模，先要捕捉到原点，再在长度、宽度、高度文本框中分别输入长方体的长宽高（4500*2300*4）,并在布尔运算下拉列表框选择布尔运算方式。 而后要在已经创建好的长方体上创建加强筋模型。在已经创建好的长方体上表面上绘画草图，拉伸，而后抽壳。具体超步骤如下： 绘制草图：选择插入-草图命令进入草图环境，指定长方体上表面为草图平面，在该草图平面上绘制加强筋的平面图，完成草图，退出草图编辑器，为拉伸作准备。 拉伸：选择插入-设计特征-拉伸，打开拉伸对话框后，在默认情况下选择步骤选项组中得为选择剖面的按钮为使用状态，此时可以选择在草图中绘制的加强筋的二维图，沿指定方向拉伸100毫米，。 抽壳：选择插入-偏置/比列-抽壳，执行上述命令后，打开外壳对话框，利用该对话框可以进行体抽壳（根据指定的厚度值在单个实体内部进行挖空），在“外壳”的对话框的“选择步骤”选项组中单击“体”图标按钮，然后选择刚刚拉伸过的实体并指定抽壳后实体厚壁6，最后单击完成“确定”按钮完成抽壳操作。最后建造的车厢底板建模图如下：4.2、铰链座的建模过程先打开ug主页面进入建模应用模块，本设计就是从通过建造10毫米厚的长方体开始的，在菜单中选插入、再选设计特征、再选长方体即可弹出对话框，通过原点和边长度来建模，先要捕捉到原点，再在长度、宽度、高度文本框中分别输入长方体的长宽高（113*80*6）,并在布尔运算下拉列表框选择布尔运算方式。而后要在已经创建好的长方体上创建两个销支撑模型。在已经创建好的长方体上表面上绘画草图，拉伸，而后打孔，在镜像。具体超步骤如下：绘制草图：选择插入-草图命令进入草图环境，指定XC-YC为草图平面，在该草图平面上绘制销支撑模型的平面图，完成草图，退出草图编辑器，为拉伸作准备。拉伸：选择插入-设计特征-拉伸。打开拉伸对话框后，在默认情况下选择步骤选项组中得为选择剖面的按钮为使用状态，此时可以选择在草图中绘制的销支撑模型的二维图，沿指定方向拉伸24.75毫米。打孔：操作命令有：先在XC-YC草图界面上在需要打孔的位置上绘制一个圆，圆心在半圆的圆心上，再选择插入-设计特征-拉伸。打开拉伸对话框后，在默认情况下选择步骤选项组中得为选择剖面的按钮为使用状态，此时可以选择在草图中绘制的销支撑模型的二维图，在拉伸限制里面选初始为0，结束为200毫米（越大越好，因为它要打穿原有实体），布尔运算选择减运算，再选择反向。如此操作即可打出需要的孔。镜像：在镜像之前先要做一个基准面，镜像要以这个基准面为对称中心，选择插入-基准/点-基准平面命令，选择平分平面操作，依次选择长方体在ZC方向的2个平面，再确定即可生成所需基准平面。 在实例对话框中单击镜像体按钮，选择上述建好的销支撑模型，而后选择已做好的基准平面，以指定的基准平面为对称平面镜像实体。按上述所述即可生成铰链座的建模图：4.3、铰链销的建模过程 先打开ug主页面进入建模应用模块，本设计就是从通过建造5毫米厚的圆柱体开始的，在菜单中选插入、再选设计特征、再选圆柱体即可弹出对话框，通过原点和直径和高度来建模，先要捕捉到原点，再在直径和高度文本框中分别输入圆柱体的的直径和高度38、5,并在布尔运算下拉列表框选择布尔运算方式。而后要在已经创建好的长方体上创建两个销支撑模型。在已经创建好的长方体上表面上绘画草图，拉伸，而后打孔再倒圆角，步骤如下：绘制草图：选择插入-草图命令进入草图环境，指定XC-ZC为草图平面，在该草图平面上绘制圆，成草图，退出草图编辑器，为拉伸作准备。拉伸：选择插入-设计特征-拉伸。打开拉伸对话框后，在默认情况下选择步骤选项组中得为选择剖面的按钮为使用状态，此时可以选择在草图中绘制的圆，指定方向拉伸140毫米。打孔：操作命令有：先在XC-YC草图界面上在需要打孔的位置上绘制一个圆，圆心在半圆的圆心上，再选择插入-设计特征-拉伸。打开拉伸对话框后，在默认情况下选择步骤选项组中得为选择剖面的按钮为使用状态，此时可以选择在草图中绘制的销支撑模型的二维图，在拉伸限制里面选初始为0，结束为200毫米（越大越好，因为它要打穿原有实体），布尔运算选择减运算，再选择反向。如此操作即可打出需要的孔。 再倒圆角即可得到铰链销的建模图，如下： 在UG建模成功后，就会得到以上3张图，这就为ansys分析做好了准备。这几图在导出时需注意一点，就是要导出为parasolid形式的文件，这样就可以在ansys中直接导入。五Ansys静态分析车厢底板和铰链本论文是以三维造型软件 UG 和非线性有限元分析软件 ANSYS 为工具建立了包括车厢铰链和车厢底板轮在内的非线性有限元力学模型。 有限元模型的建立结合试验定义了q35的材料参数；依照 ANSYS算法中罚函数方法的要求定义了车厢底板与冲击块和铰链中销和座的的接触；同时根据它们各部位的结构和功能特点在有限元网格划分时运用了自由网格划分的方式，对所建立的非线性有限元模型进行数值模拟和仿真，对危险部位失效的可能性进行了预测，以实际冲击试验对两个不同冲击部位进行试验验证。车厢底板和铰链是自卸车上重要的安全结构零件，自卸车运输过程和举升机构举升过程中车厢中的货物对车厢底板和铰链的冲击，可能造成车厢底板和铰链的损坏或是比较严重的变形，因此对于车厢底板和铰链的结构和材料的研究是一个重要课题。对于车厢底板和铰链应冲击碰撞而造成的失效，有限元分析的方法很少被应用到，对车厢底板和铰链的冲击试验用有限元方法进行了分析，分析采用了静载荷系数的方法加载于模型，而事实上车厢底板和铰链在冲击试验中的行为相当复杂，车厢底板和铰链在被冲击后，它存在几何上的非线性大应变，车厢底板的接触面积存在大的变形，q35材料也具有非线性特征，试验过程中车厢底板和铰链，冲击块与车厢底板和铰链相互冲击，冲击块与车厢底板和铰链均存在接触的边界非线性，车厢底板和铰链的压力对载荷也有影响，因此冲击过程是集几何非线性，材料非线性和边界非线性的高度非线性行为。用有限元方法分析需要建立非线形力学模型来求解冲击碰撞问题。二十世纪七十年代 John Hallquist 首先开发了DYNA 程序, 它的成功在于其发展了接触 - 碰撞相互作用,随着 DYNA 程序被成功商业化，在汽车领域主要应用于汽车碰撞试验的仿真, 然后逐步应用于汽车零部件碰撞分析。而应用此软件对具有一般几何形状的汽车车厢底板和铰链所作的耐冲击分析则报道很少。对车厢底板和铰链的所有台架试验包括冲击试验做了有限元的数值模拟，其中 ANSYS/LS-DYNA 是其对车厢底板和铰链耐冲击特性研究的工具，它对冲击块，车厢底板和铰链和冲击装置整体建模，但未阐述建模细节，比如车厢底板和铰链是如何建模的，接触和约束是如何定义的，网格是如何划分的，胎压是如何处理的等等，也没有说明如此大的模型对计算速度的影响。本文尝试利用非线性有限单元理论及成熟的商用非线形有限元软件 ANSYS/LS-DYNA 进行车厢底板和铰链耐冲击性的数值模拟和仿真。5.1 几何模型建立及修正几何模型的生成结合直接创建实体模型和输入 CAD 模型两种方法。直接生成模型比较适用于创建简单和小型的模型，简化的轮胎和冲击块形状简单采用直接创建实体模型生成。有限元分析软件中的建模工具相比较现代专用 CAD 软件 （如 PRO/E、CATIA, UG 等）仍然要弱得多，尤其对复杂模型修改起来非常困难。轮毂模型形状复杂，是课题研究的主题，采用直接从 CAD 模型导入生成。模型在导入有限元分析软件前还必须在 CAD 软件中进行适当的修改，主