HQ3090Z高位自卸汽车改装设计论文说明书

黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计HQ3090Z高位自卸汽车改装设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 摘 要高位自卸汽车是专用自卸汽车一种，主要用于运输散装并可以散堆的货物（如沙、土、以及农作物等），还可用于运输成件的货物，主要服务于建材厂、矿山、工地等。高位自卸汽车主要装备有车厢举升和倾卸机构，特别适合高货台卸货作业，使用方便，具有高度机动性和卸货机械化的特点。本文在绪论中阐述了高位自卸汽车改装设计的目的和意义、发展状况以及应用前景以及本次设计的主要内容和总体技术路线。接着分析论证了一种总质量为9t的高位自卸汽车的总体设计方案，对其二类底盘的选型分析、副车架的设计、举升机构、倾卸机构和后厢门开合机构都做了详细说明论述。还包括主要机构的方案分析和选择、运动分析、动力学分析以及强度和刚度的计算校核， 简单介绍了液压系统的设计计算方法和过程以及液压产品的选型。最后对改装完成后的高位自卸汽车进行了必要的动力性、燃油经济性和稳定性等主要整车性能的计算分析，计算记过表明整车性能满足要求。关键词：专用车设计；高位自卸车；副车架；举升机构；总体布置ABSTRACTHigh dump truck is a private dump trucks, mainly for the transport of bulk and bulk cargo (such as sand, soil, and agricultural crops, and so on), can also be used to transport goods, main services in the building materials factory, mine, site etc. High dump truck mainly equipped with car lift and dump bodies, particularly suitable for high discharge of domestic jobs, easy to use, with a high degree of mobility and discharge characteristics of mechanization.Outlined in the introduction to this article in the high purpose and significance of dump truck design modifications, development status and application prospect and the main content, and overall design of this technique. Then analysis demonstrates a total quality is 9t of high level design of dump truck, chassis selection analysis of second class, Vice-frame designs, lifting bodies, dump bodies and back door opening-closing mechanism, made a detailed exposition. Also includes analysis of the principal organs of the programmes and selected, movement analysis, dynamic analysis and calculation of strength and stiffness checking to briefly explain the calculation method for design of hydraulic system and process, and selection of hydraulic products. Last modified high dump truck after the completion of the necessary power, fuel economy and stability calculation of main performance analysis, calculation of demerit that performance to meet the requirements.Keywords: Special Vehicle Design；High Tipper; Deputy Frame；Lift Mechanism； General Layout1 目 录摘要Abstract 第1章 绪论1 1.1课题研究的目的及意义11.2 课题的国内外研究现状21.3 设计的主要内容及实施计划31.3.1设计的主要内容31.3.2设计的技术路线4第2章 总体设计52.1专用汽车总体布置原则5 2.2 二类底盘的选择62.3车厢设计7 2.3.1车厢的结构形式7 2.3.2车厢的设计规范及尺寸选定8 2.3.3车厢重量的计算9 2.4 副车架的设计10 2.4.1 副车架的截面形状及尺寸10 2.4.2 加强板的布置11 2.4.3 副车架的前端形状及安装位置11 2.4.4 纵梁与横梁的连接设计132.4.5 副车架与主车架的连接设计142.5质量参数的确定15 2.5.1额定装载质量152.5.2整车整备质量15 2.5.3总质量Ma152.6本章小结15第3章 主要机构及零件设计163.1高位举升机构的设计计算163.1.1剪式高位自卸汽车的设计分析163.1.2 L式高位自卸汽车的设计分析183.1.3论证方案183.2 L型举升机构的运动分析及主要参数的确定193.2.1举升油缸和同步油缸主要参数确定193.2.2举升杠杆的受力分析203.2.3高位举升和倾卸机构的受力分析213.2.4举升杠杆的校核223.3倾卸机构设计253.4最大举升角的确定273.5 本章小结28第4章 液压系统的设计304.1举升油缸与同步油缸的设计计算304.2油缸主要参数的确定及选择314.2.1液压系统压力的确定324.2.2液压系统的最大流量确定334.2.3液压控制系统334.3本章小结35第5章 整车性能计算分析365.1动力性计算365.1.1发动机外特性365.1.2汽车的行驶方程式38 5.1.3动力性评价指标的计算415.1.4高位自卸汽车整车动力性计算435.2燃油经济性计算465.3高位自卸汽车稳定性计算475.4高位自卸汽车运输状态稳定性计算475.5高位自卸汽车卸货时稳定性计算485.6 本章小结49结论50参考文献 52致谢53附录54第1章 绪 论1.1课题研究的目的及意义自卸汽车在土木工程中，常同挖掘机、装载机、带式输送机等联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、松散物料的装卸运输。由于装载车厢能自动倾翻一定角度卸料，大大节省卸料时间和劳动力，缩短运输周期，提高生产效率，降低运输成本，并标明装载容积。是常用的运输机械。自卸汽车具有高度机动性和卸货机械化等优点，通常与铲式装卸机、挖掘机或皮带运输机等配套使用，实现装卸机械化，从而可以大大缩短装卸时间，提高运输效率并可以节省劳动力，减轻劳动强度。自卸汽车自20世纪初出现以来，不断发展，日趋完善，已经成为当今货物运输的主要车辆之一。按卸货方式分类，有后倾式、侧倾式、三面倾卸式、底卸式，以及货厢升高后倾式等多种形式。其中以后倾式应用最广。侧倾式仅适用于狭窄与卸货方向变换困难场合。货厢升高后倾式适用于货物堆集、变换货位和往高处卸货的场合。底卸式和三面倾卸式用于少数特殊场合。随着汽车制造业的发展，自卸汽车不断采用新材料、新工艺，提高其质量利用系数，具有较大的速度范围和较高的传动效率，控制与操纵更完善，更方便1。专用自卸汽车是针对专门用途设计的，是在普通自卸汽车的基础上增设特定的机构来实现自己的功能，因此结构上专用自卸汽车比普通自卸汽车复杂，如摆臂式自装卸汽车、自装卸垃圾车、高位自卸汽车等。高位自卸汽车是在普通自卸汽车的基础上，保留原车的二类底盘，在副车架与车厢中间增设举升机构和托架，使车厢随举升机构上升平移到一定高度。将倾卸机构安装在托架与车厢之间，待车厢平移到预定高度后将车厢倾斜一定角度卸货。卸货完毕，车厢恢复水平位置，最后平移下降到原始位置，或者角度复位与平移下降复位同步进行2。高位自卸汽车的专用装置由举升机构、倾斜机构和液压系统三大部分组成，其中举升机构的作用是将车厢平移到一定高度，从而实现在该高度进行卸货。举升机构有多种形式，常见的有L型举升机构、剪式举升机构以及平行四边形举升机构等多种形式。倾卸机构的作用是将车厢倾斜一定角度是货物因重力作用而自动倾卸，卸货之后能使车厢平稳的降落在托架上。它的结构有直推式和连杆组合式两种。举升机构和倾卸机构均采用液压能作为实现举升和倾翻的动力源。液压系统一般由液压泵、控制阀、 限位阀、举升油缸等组成，是设计的重要部分。目前国内生产的自卸汽车大多为普通自卸汽车。其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货的高度都是固定不变的。如果需要货物写到较高处或使货物堆积的较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。如：石料厂、建筑工地、火车车厢卸货等。货物一堆堆的倾卸在货场，占地面积较大。如想将货物堆积的更高些，还需要有铲土机等机械。这样将会延误工时，影响正常的工作、生产，为此就需要设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾卸车厢卸货，以满足不同卸货高度的需要。 高位举升和倾卸机构都是自卸汽车举升机构的重要组成部分，其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能。随着汽车产业的发展，汽车技术不断有新的进步，举升机构的结构形式也不断更新。若能够将不同类型的举升机构按其各自的特点配备到与之相适应的自卸汽车上，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，成为自卸汽车设计的主要问题。1.2课题的国内外研究现状近年来，世界各国都大力发展专用汽车生产，致力于专用汽车的研究，扩大汽车使用范围，以利于各种货物的运输。国外主要工业发达国家的专用汽车社会保有量占载货汽车保有量的比率都在50%以上（50%70%）。专用车的研制、生产和应用不仅在实现门到门的专业化运输和作业方面收到社会上广泛重视和欢迎，而且更直接的在大幅度地降低运输成本、提升运输效率、扩大汽车的应用领域等方面都发挥着极重要的作用。国外专用汽车厂家逐步重视新材料、新技术在专用汽车上的应用，如采用GRP玻璃纤维增强塑料）替代金属材料制造冷藏车厢体，具有强度高、质量轻、寿命长等优点，应用日趋广泛。微电脑的应用正渗透到所有产业领域，专用汽车也不例外。微电脑已广泛用于发动机控制、自动变速、专用装置动力传递、电器故障诊断等方面使专用汽车的使用价值逐渐扩大，技术性能明显提高。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，为我国专用汽车提供了大量的市场需求，专用汽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。我国专用汽车生产近10年来虽然发展速度很快，成绩巨大，但纵观国内经济发展需要和世界工业发达国家专用汽车发展趋势，我国专用汽车的品种还比较集中、单一，数量和品质远不能满足国民经济发展的需要。因此，不断开发新产品，增加产量和品种，是摆在专用汽车生产厂家面前的一项紧迫而艰巨的任务。目前，在自卸车领域，国内外自卸汽车朝着多品种、系列化、小批量方向发展，自卸汽车是最常见的专用车辆，自卸汽车又称翻斗车，它是依靠自身动力驱动液压举升机构，使货厢具有自动倾卸货物功能与复位功能的一种重要专用汽车。主要运输砂、石、土、垃圾、建材、煤矿、粮食和农产品等散装并可散堆的货物。其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的，当货物需要卸到较高处或在较高处开始堆积时，普通自卸车不能满足要求。为此需要设计一种举升机构可以将车厢举升到一定高度后再倾卸货物，不仅能提高作业效率还可以节省空间，这种自卸车称为高位自卸车。自卸车的设计应该根据国家的相关法规、汽车车型、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。选型时应在对同类产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进行。设计布置的时候应从已有的基础出发，对原有车型和市场上的其他车型进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。应遵守有关标准、规范、法规、法律，不得侵犯他人专利。选用部件的时候应力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。1.3设计的主要内容及实施计划1.3.1设计的主要内容设计的基本内容，拟解决的主要问题：1、研究的基本内容（1）研究高位自卸汽车的组成、结构与设计；（2）进行二类底盘选择；（3）进行L型高位自卸汽车的总体结构布置；（4）进行举升机构详细设计、倾斜机构设计、液压系统设计、辅助装置设计；（5）整车性能计算分析。2、拟解决的主要问题（1）专用车辆的总体布置（2）二类底盘的选择（3）高位自卸汽车举升机构的设计（4）高位自卸汽车翻转机构的设计（5）高位自卸汽车液压系统的设计（6）高位自卸汽车后箱门打开机构的设计（7）高位自卸汽车取力器的设计（8）高位自卸汽车稳定性计算 3、研究步骤（1） 设计内容摘要（2） 目录（3） 设计研究题目意义、技术现状、存在问题及发展趋势（4） 设计技术路线与方案（5） 计算与分析（6） 设计内容问题与分析（7） 参考文献（8） 结束语1.3.2设计的技术路线设计技术路线如图1.1所示第2章 总体设计2.1 专用汽车总体布置原则专用汽车总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件。使取力装置、专用工作装置、其它附件与所选定的汽车底盘构成相互协调和匹配的整体，达到设计任务书所提出的整车基本性能和专用性能的要求。在进行总体布置时应按照以下原则：1) 尽量避免对汽车底盘各总成位置的变动因为一些总成部件位置的变动，不仅会增加成本，而且也可能影响到整车性能。但有时为了满足专用工作装置的性能要求，也需要作一些改动，如截短原汽车底盘的后悬、燃油箱和备胎架的位置作适当调整等。但改变的原则是不影响整车性能。2) 应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥例如气卸散装水泥罐式汽车的专用功能是利用压缩空气使水泥流态化后，通过管道将水泥输送到具有一定高度和水平距离的水泥库中。气卸水泥的主要性能指标是水泥剩余率或剩灰率，为了降低这一指标，可将罐体布置成与水平线成一定角度，如图2-1所示。但这样布置会使整车质心提高，减少了侧倾稳定角，因此也可以水平布置。所以在进行总布置时，要从多方面综合考虑。1-装料口；2-排气阀；3-空气压缩机；4-虑气器；5-安全阀；6-进气阀；7-二次喷嘴阀；8-压力表；9-卸料口；10-调速器操纵杆；11-卸料软管；12-进气管道图2.1 斜卧式粉罐汽车总体布置3) 装载质量、轴载质量分配等参数的估算和校核 为适应汽车底盘或总成件的承载能力和整车性能要求，在总布置初步完成后应对某些参数其中最主要涉及的是装载质量的确定和轴载质量的分配进行估算和校核，这些参数对整车性能有很大影响。若不满足要求应修改总体布置方案。4) 应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷例如在图2.2混凝土搅拌运输车的布置方案中，图(a)的布置形成了明显的集中载荷，而在图(b)的布置中、由于采用了具有足够刚性的副车架，因而可将这种集中载荷转化成均布载荷，有利于改善主车架纵梁的强度和寿命。图2.2 主车架纵梁载荷状态比较5) 应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量 由于专用汽车工作装置的增加，使得专用汽车的整备质量比同类底盘的普通货车要增加。据统计，一般自卸车要增加耗材510，一般罐式车要增加耗材1525，因此，减少整备质量，充分利用底盘的装载质量，增大质量利用系数，是专用汽车改装设计过程个要追求的主要指标之一。6) 应符合有关法规的要求 例如对整车的长、宽、高、后悬等尺寸在相关法规中部有明确的规定，一定不能超出标准的要求。2.2 二类底盘的选择在选用底盘时，以下两个和重要的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。综上，选择载重量9吨的中国第一汽车集团公司生产的CA1097K2E型货车的二类底盘，该车优点明显：采购成本低、发动机养护简单、维修价格便宜，比较适合作为改装车用二类底盘。其主要参数如表2.1。 表2.1 CA1097K2E型货车主要参数主 要 参 数车 型CA1097K2E载 重（Kg）4805总 重（Kg）9410轴荷空载（Kg）前轴2180 后轴2230轴荷满载 前轴2725 后轴6685最高车速（km/h）94六工况燃料消耗量（L/100km）15.2等速油耗（L/100km）80km/h时 20最小转弯半径（m）16.4制动距离（满载 车速60km/h） 36.7最高档经济车速（km/h）5070轴距40502.3 车厢设计2.3.1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，图2-3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。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。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-底板图2.3 车厢结构图侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角，如图2.4所示。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汽车。矿用白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。簸箕式车厢如图2.5所示。图2.4 侧顷式及三面倾卸式车厢图2.5 簸箕式车厢本文设计的EQ3090是承担市区或市郊短途运输的普通自卸汽车，没有侧倾要求，故采用后倾式车厢。2.3.2 车厢的设计规范及尺寸选定将全金属焊接车厢设计成等刚度体车厢是自卸汽车设计的重点.但是很难既能保证高强度又能保证轻量化。 就整车而言，可以看成由车轮、前轴、后桥壳、悬架、车架、车厢及其橡胶缓冲块等不同刚度单元组合而成的弹性体，受力时，将按照各自的刚度产生各自的变形，其变形量与刚度成反比，吸收的能量与刚度成正比。车厢刚度，无论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加车架的相应刚度，两者的刚度是相辅相成、互相补偿的。当汽车前后左右车轮处于高差较大的路面，车架扭曲较大时，车厢应该有一定的扭转随动性。如果车相的扭转刚度过大，当车架扭转到一定程度时，车厢前支承缓冲块相应的一侧压到极限位置，车厢纵梁的另一侧可能离开缓冲块，车厢前端的一大部分重量转移到一侧的车架纵梁上，纵梁可能超载损坏。如果车厢扭转刚度过小，能与车架扭转随动，当车架产生较大扭曲时，车厢可能因变形过大而早期损坏。全金属焊接等刚度车厢设计的规范化的定量的设计计算方法并不是很完善，根据一些经验，可以知道一些设汁规范和经验数据：车厢长度L要根据额定的装载质量和主要运输货物的密度，此车主要设计用途是用来运输煤炭。查得无烟煤的单位容积质量为700-1000Kg/m3，货物安息角在2750之间。设计该车的额定载质量为M=3000Kg,有公式: （2.1）式中：V-车厢的容积； M-装载货物的质量； -货物的密度。 代入数据得： 所以车厢的容积范围: 3.0 V 5.5设计车厢尺寸 长L=3100mm 宽B=2340mm 高H=650mm所以车厢的容积V=3.1m2.34m0.65m=4.71由此可得：V在V的范围之内，此容积满足设计要求。车厢的宽要与底盘的宽相一致，保证整车的外形的美观，并在满足要求的情况下力求减小自卸车的外廓尺寸，以减轻其整备质量，降低制造成本，提高其动力性、经济性、机动性。同时我国对公路运输汽车列车的外廓尺寸由限制，按照国家标准GB1589-2004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限制规定：汽车的总宽（不包括后视镜）不大于2.5m，以保证与公路、桥梁、涵洞的标准保证车辆的安全行驶。所以车厢的宽B=2340mm满足要求。2.3.3车厢重量的计算1) 车厢底板和侧梁断面应小些，布置应密集，这样易于形成等刚度。自卸汽车的车架断面系数也应比同级吨位的货车车架大一倍。2) 对于两轴载质为10t的车厢，车架按1.5t整体重物从lm高处落人车厢的冲击负荷进行计算，车厢底板厚度应不小于10mm，其选材强度等级大于60kg级。5t自卸汽车的车厢底板厚度应不小于6mm。此外，针对本文设计的高位自卸汽车，为了使车厢底板和L型举升臂在工作时不发生干涉。在车厢周围底部加长，提高车厢底板，以变工作时为举升臂留出足够的工作空间。由表2.2 可以确定车厢的底板选择6mm钢板，侧边板选择4mm钢板，前板选择4mm钢板，后栏板选择5mm钢板。表2.2常见运输货物的车厢厚度货物车厢厚度(mm)车厢选用底板边板后板土石方845 建筑垃圾1066选择铲斗车厢大块（矿）石1288选择铲斗车厢煤炭644运煤专用车箱铁矿粉1088铁矿粉专用运输车粮食、化肥645普通矩形车厢货箱体积： 箱底：318023406=44647200mm； 侧板：318065024=16536000mm； 前挡板：23406504=6084000mm；后挡板：23406505=7605000mm。以上体积求和=0.0755m，已知钢板密度=7.85g/cm。求得：货箱重约为590Kg2.4 副车架的设计在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷，同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。本车在工作中受较大的弯曲应力。因此，本车副车架纵梁采用两根抗弯性能较好的平直槽行梁，材料为16MnReL。在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定的要求。2.4.1 副车架的截面形状及尺寸专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图2-6所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。对于随车起重运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图2.7和图2.8所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。图2.6 副车架的截面形状1-副车架；2-腹板图2.7 加强后的副车架截面形状图2.8 加强腹板的位置参照国内外总质量相近车型的副车架纵梁端面尺寸，确定副车架纵梁端面尺寸为150、82、6mm。2.4.2 加强板的布置车架中部(液压举升机构位置)所受弯曲、扭曲最大，因此在这一区域应加加强板，考虑到零件的工艺性，由于下翼板所受弯曲应力较大，因此，加强板紧贴下翼板，为了避免下翼板由于钻孔而导致抗弯强度下降，除与后加强板重叠部位，该加强板主要与腹板连接。在纵梁上加上加强板，加强板端头区域车架容易产生集中应力。为了降低应力集中，加强板端头形状有三种设计方式，见图2.9。图2.9 加强板的三种设计方式本副车架为了批量生产时工艺简单，采用了图2.9（C）角型的端头形状。2.4.3 副车架的前端形状及安装位置1) 在保证使用可靠的前提下，为了提高挠曲性，减小副车架刚度，应尽量减少副车架的横梁，以减少对纵梁的扭转约束。2) 副车架油缸支承横梁与翻转轴横梁形成框架。油缸支承横梁应尽量靠近后悬架前支承处的横梁，最好能位于后框架之内。因为这段主车架变形小，所以副车架对其扭转约束力也相应减弱，同时保证了举升机构的几何特性。3) 在副车架结构要求刚性较高时，可在主、副车架中间增加一层橡胶垫，当主车架变形时以弹性橡胶的变形来减弱副车架对主车架的约束4) 副车架与主车架连接如图2.10所示。图2.10 副车架与主车架的连接A-A处是截面突变点，在受冲击载荷时，此处出现应力集中，严重时造成主车架断裂。这就要求副车架的前端结构要设计成渐变截面，以减缓应力集中(见图2.11)图2.12 副车架的前端结构副车架前端形状常有三种形状(见图2.13)。对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上部加工有局部斜面，其斜而尺寸如图2.13(c)所示：；。（a）U形；（b）角形；（c）L形图2.13 副车架的三种前端形状如果加工上述形状困难时，可以采用如图2.14所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。对于钢质副车架：；对于硬本质副车架；副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能地往驾驶室后围靠近。图2.15为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装位置。在满足轴荷分配的前提下，其中A不宜过大，留足空压机的位置即可；B为副车架的前增离主车架拱形横粱的距离，一般在100 mm之内；C为固定副车架的前面第一个U型螟栓距拱形横梁的距离，一般控制在500800 mm的范围内。图2.14 副车架前端简易形状（a）刚质副车架 ；（b）硬木质副车架图2.15 副车架的安装位置2.4.4 纵梁与横梁的连接设计横梁与纵梁的连接方式主要有三种，见图2.161-纵梁；2-连接板；3横梁图2.16 横梁与纵梁的连接图2.16（a）横梁与纵梁上下翼板连接，该种连接方式优点是利于提高纵梁的抗扭刚度。缺点是当车架产生较大扭转变形时，纵梁上下翼面应力将大幅度增加，易引起纵梁上下翼面的早期损坏。由于车架前后两端扭转变形较小，因此本车架前后两端采用了该种连接方式，为了提高纵梁的扭转刚度采用了纵向连接尺寸较大的连接板。横梁仅固定在腹板上图2.16（b）横梁仅固定在腹板上，这种连接形式连接刚度较差，允许截面产生自由跷曲，可以在车架下翼面变形较大区域采用，以避免纵梁上下翼面早期损坏。图2.16（c）横梁同时与纵梁的腹板及上或下翼板相连，此种连接方式兼有以上两种方式连接的特点，但作用在纵梁上的力直接传递到横梁上，对横梁的强度要求较高。由于该车平衡悬架的推力杆与平衡悬架支架上的两根横梁连接，因此，这两根横梁与纵梁共同承受平衡悬架传递过来的垂直力(反)和纵向力(牵引力、制动力)。综合以上考虑，本副车架的纵梁与横梁的连接采用第3种方式，即横梁同时与纵梁的腹板及上或下翼板相连，确定，。同时为了降低成本和适于批量生产，本车架纵梁和横梁的连接方式采用铆接。2.4.5 副车架与主车架的连接设计副车架与主车架的连接常采用如下几种形式。（1）止推连接板图2.17是斯泰尔重型专用汽车所采用的止推连接板的结构形状及其安装方式。连接板上端通过焊接与副车架固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副车架与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个推止推连接板之间的距离在5001000 mm范围内。（2）连接支架 连接支架由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与副车架和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上、下托架相连接，见图2.18所示。由于上、下托架之间留有间隙，因此连接支架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推连接板配合使用。一般布置是在后悬架前支座前用连接支架连接，在后悬架前支座后用止推连接板连接。（3）U型夹紧螺栓 当选用其它连接装置有困难时，可采用U型夹紧螺栓。但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用U型螺栓。当采用U型螺栓固定时，为防止主车架纵梁翼面变形，应在其内侧衬以木块，坦在消声器附近，必须使用角铁等作内衬。图2.17 止推连接板的结构1- 副车架；2-止推连接板；3-主车架纵梁图2.18 连接支架1-上托架；2-下托架；3螺栓综合考虑三种连接方式的特点，以及装配工艺性，本文设计的HQ3090Z主副车架之间采用止推连接板式和连接支架配合使用的连接形式。2.5质量参数的确定2.5.1额定装载质量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。主要是由于它比普通自卸汽车移了一套车厢升高装置。根据CA1097K2E底盘的参数，初定额定装载质量Me为3200Kg。2.5.2整车整备质量整备质量是指汽车按出厂技术条件装备完整（如备胎、工具等安装齐备），各种油水添满后的重量（不含驾乘人员的重量）。根据CA1097K2E底盘的参数，整车整备质量为 在此基础上再增加车厢升高装置的质量，可估算出高位自卸汽车的整备质量MoMo=4160+600=4660（Kg） 2.5.3总质量Ma总质量计算公式为 Ma=Me+Mo+Mp （2.2） 根据CA1097K2E底盘的参数，总质量 Ma=9410（Kg） 高位自卸汽车轴载质量分配应基本接近原车底盘要求。为补偿车厢升高时，其质心略向后移，整车质心位置可比同类普通自卸汽车的质略向后移。当高位自卸汽高位自卸时，应对高位工况的轴载质量分配工作专门分析计算。2.6本章小结 本章主要进行高位自卸汽车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的底盘，然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们的适用性、可靠性、先进性、方便性、价格以及供货来源等各方面因素选择比较使用的底盘；综合各方面情况最后选用CA1097K2E底盘作为本次改装设计所选用底盘型号。第 3 章 主要机构及零件设计3.1高位举升机构的设计计算了解并掌握高位自卸汽车的结构对于高位自卸汽车改装来说是至关重要的。高位自卸汽车设有车厢高位升高机构，倾卸机构，这两套机构统称为高位自卸汽车的举升机构，它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物。高位自卸汽车的倾斜机构与普通自卸汽车相同车厢高位举升机构需要进行选择。在这里我们选这两个方案设计分析，进行尝试。3.1.1剪式高位自卸汽车的设计分析1、举升机构的运动分析 图3.1剪式举升机构的分析原理图如图3.1所示，为剪式高位举升机构工作原理。它的主要特点是由两根长度相等的DF和EC支承杆在其中部铰接，并在此基础上，用两根长相等的FB和CG支承杆进行二次中部铰接，形成二级剪式支架。支承杆右端分别与车厢托架G1和车架E铰接，支承杆的左端可在滑槽B1和D1内移动。举升液压缸的上支点与支承杆EC的下部铰接A处，其承在车架上。当车厢举升时，举升液压缸外伸，推动支承杆EC，使EC绕其右端的固定铰支承按时针方向摆动，其左端则沿滑槽D1滑动；支承杆FD在EC的带动下作相应的运动。同样，支承杆F1B1在G1C1的带动下，支承杆F1B1的左端沿滑槽滑动，支承杆G1C1右端绕与托架铰接轴进行逆时针转动。这就使车厢托架垂直升高。如果举升液压缸收缩，车厢托架垂直降落9。2、 举升机构的计算（1）高位升高机构的运动分析当升举油缸由OA伸长到OA1时，举升支杆CIE绕E旋转到C1I1E，这时车厢升、高到最大高度。与此同时，G点升高到G1点，则车厢升高的最大高度。这时，举升臂CIE绕B点转过max角。（2）举升架初始高度hG的计算假设货箱长为3.5米，故在设计举升装置初步确定DE=3m，初始角CED，支撑杆CE=3.04m，在DIE中为等腰三角形（ID=IE）ID=1.52m DE= ID + IE-2IDIEcos160 （3.1）支杆的长度为DF=2ID=3.04m在DEF中为直角三角形，其中FDE=CED=10tanFDE=FE/ED，可知，EF=0.53m，举升架hG的初始高度，hG=2EF=1.06m，当油缸的初始长度OA到OA1时，举升架升高到最大高度，此时CED转过的角度分别以35，40，50进行计算，当转过35时，C1ED=45。在C1D1E中，为直角三角形，C1E=3.04m，由公式： C1D1=ED1= C1E sinC1ED （3.2）可知，C1D1=2.15m 可知hG1=2C1D1=4.3m则举升架相对原来升高的最大高度hG1=2C1D1=4.3m并能计算出滑道DD1的长度为：DE- D1E=3-2.15=0.85m。当转过40时，C1ED=50，C1D1E为直角三角形C1D1= C1ESinC1ED=2.33m，则举升架相对原来升高的高度h=2 =4.66m。此时， E= ECosED =1.95m，滑道D的长度为：DE- E=1.05m。当转过50时，为直角三角形，C1D1=C1ESinC1ED =2.63m，则举升架相对原来升高的高度hG1=2 C1D1=5.26m。此时，D1E= C1ECos C1ED =1.52m，滑动DD1的长度为：DE-D1E=1.48m，如表3.1所示： 表3.1 剪式机构的主要参数最大转角最大高度滑动长35 4.3m0.85m40 4.66m1.05m50 5.26m1.48m3.1.2 L式高位自卸汽车的设计分析L式高位自卸汽车是利用举升杠杆将处于原始水平为之车厢平移举升到一定高度，保持位置不变，在将车厢倾斜一定角度卸货。卸货完毕，车厢恢复高位水平位置，最后评一项讲到原始位置，在整个过程中通过液压系统进行控制。如图3.2所示当举升油缸从OA移到OA位置时转臂BA逆时针转过角到达到位BA，举升杠杆BIC同时绕B点转过角到达BI1C1，车厢随举升杠杆B绕B点转过角，此时车厢呈倾卸状。显然同步油缸DE必须与举升油缸OA同步工作，既当举升杠杆BIC绕B点转过角时，车厢在同步油缸的作用下，绕C点同时 图3.2 高位自卸车运动过程量示意图旋转角，既转到C1D1E1位置才能在整个举升过程中使车厢保持水平状态10。 图2.1 举升机构原理图1-车厢托架 2-副车架从图3.2可知，举升过程中还要产生一定的纵向位移。并且当C1与B两点等高时车厢后移量最大。当C1点高于（或低与）B点时，车厢后移量随举升（或下降）而逐渐减小。为了保证汽车在举车过程中具有足够的纵向稳定性。故应对车厢的最大后移量进行控制。通过对杠杆式的举升机构分析可以知道，只需要用一个举升杠杆和两个油缸就可以实现将车厢举升到一定高度。3.1.3 论证方案通过以上对杠杆式高位自卸汽车的举升机构和剪式高位自卸汽车的举升机构运动分析，可以看到，剪式举升机构相对复杂，需要两组的铰接架，由表3.1可以看出，剪式升高机构随着升高的高度的增长，稳定性也急剧的下降，车厢恢复到原位时，剪式举升架的初始高度达到1.06m,再加上原有底盘的高度，汽车的质心会增加得很高，当汽车满载在路面行驶时，稳定性较差，并且改装后的整车性能和原来的整车性能相差很大，在改装过程中加工和技术难度都增大，同时，改装成本相应的提高11。杠杆式举升机构只需要一个举升杠杆和两个油缸就可以实现将车厢举升到一定高度。改装过程中，在技术上可能会出现一定的难度，但只要合理的布置元件，在理论上是可行的。所以选择杠杆式。3.2 L型举升机构的运动分析及主要参数的确定如图3.3所示,当举升油缸OA伸长到OA1，时，举升杠杆由初始位置BLC绕B旋转到BL1C1，车厢升高到最大高度。与此同时C点转过到C1点，图中H（H=HC1-HC）为最大升高量。HC1和HC分别为C1和C点的高度。与此同时，举升杠杆绕B点转过角。根据使用要求，车厢在升高过程中应保持水平状态。因此，车厢在升高过程中，必须保证1和2在时间上的微分是相等。车厢升高的同时还拌有后移。故计算高位举升时，须考虑最大后移量的影响 13。3.2.1举升油缸和同步油缸主要参数确定（1）举升油缸和同步油缸的初始长度OA，OE的确定。根据布置情况，初步确定ABO=10 BO=1.42m AB=0.76m ECD=25 EC=2.4m DC=1.4m如图3.3图3.3杠杆式举升运动分析原理图在三角形AOB中 （3.3）可知OA=0.68m在三角形CDE中 （3.4） 可知ED=0.87m（2）举升油缸，同步油缸的最大长度OA和的确定。在最大升高位置时，OB中由公式（3.5）可知，O=1.07m在C1D1E1中 D1E1= （3.6）可知， D1E1=1.35m举升油缸和同步油缸的最大工作行程SJ和ST确定。SJ= OA1-OA=0.39mST= D1E1-DE=0.48m车厢升高高度H的确定。其中LC=3.018m，BL=1.42由公式（3.7） H= 举升高度-车厢离地间隙 （3.7）根据设计要求H=3m，因为根据所选车型底盘车厢离地间隙为1.24m。所以H最大值Hmax=1.76m车厢最大转角的确定。因为H=LCCos+BL（1- Cos）=38升高过程中车厢最大后移量a的确定.=301mm3.2.2举升杠杆的受力分析如图3.4所示，对举升杠杆受力分析的目的是确定举升油缸推力f1，同时作为液压元件选择的参数及举升杠杆强度校核的依据。以h表示L形举升臂的高度，以h表示L形举升臂B的高度。因为f1出现在h的区间，故受力分析仅在该区间内考虑13。图3.4举升杠杆的受力分析为计算方便，将装载质量重力，车厢（包括车厢衣架）重力按平行力系简化为一个集中力，同理将L形举升杠杆重力和同步油缸重力简化为另一个集中力，尚未举升时两集中力分别用G1和G2表示，当L型举升杠杆转过角时，分别后移a和a并用G1和G2表示。取三角臂OBA为分离体MB=0得 G1（+）+ G2(+)-BO Sin=0 （3.8）+=BLSin+Cos= BLSin- (1- Cos)OBA=OBA+OA=f1=327163N当=0时f1有最大值f1max=327163N，即当举升油缸在初始位置时产生最大推力3.2.3高位举升和倾卸机构的受力分析在这里通过对高位升高和倾卸机构的受力分析，从而确定同步油缸推力f2,过程如下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3.5所示图3.5 托架受力分析图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 （3.9）式中： -装载质量（Kg）； -车厢质量（Kg）； -底架质量（Kg）。的作用点位置可根据平行力系简化规则求出（+）1010=3.67N同步油缸布置在车厢的纵向对称平面上， D1E1为同步油缸轴线，举升臂对车厢底架支反力R也简化到上述对称面上。现以车厢底架为分离体14。由M=0 式中:-同步油缸推力；-同步油缸轴线与车厢底架的夹角（38）；-作用点到铰支点C的距离（1.0m）。设，为任意转角时，的位置有 D1E1 = （3.10）式中：DCE-初始位置时，DC，CE的夹角（25）-车厢底架铰接点C相对初始位置的任意转角（38）因为： Sin= （3.11）将（式3.4）代入（式3.3），可知同步油缸推力 （3.12）在=0时，f2由最大值=3.0N从计算中可以看出，当同步油缸在初始位置时液压缸应提供最大的推力使车厢升起15。3.2.4举升杠杆的校核举升扛杆主要是对车厢进行举升支撑作用，同此需要较高的强度，根据使用的环境以及强度，选材低合金结构钢Q295，具有良好的综合性能，焊接性和塑性均好，中低温性能良好，冶炼工艺简单，成本低，常在热轧状态下使用，并采用正火处理可提高钢的