毕业设计（论文）-高位自卸车液压系统设计

高位自卸车液压系统设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日II摘 要本文首先对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，从车厢的设计、自卸车构的设计等方面进行了红岩自卸车的总体设计。本文通过对几种常见的自卸车构进行逐一分析与比较，然后选择其中一种方案作为高位自卸车的设计最终方案，然后根据这种方案进行分析与计算得出结论。最后进行了校核与验证，得出设计结果的正确性和合理性。文中一开始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。接着分析论证了一种装载质量为 2.5t 的高位自卸汽车的总体设计方案，进行了其自卸车构、倾卸机构和后厢门开合机构等主要机构的方案分析和选择、分析析以及强度和刚度的计算校核。另外，文中还简单介绍了液压系统的设计计算方法和过程。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，计算结果表明整车性能满足要求。关键词：改装设计；高位自卸汽车；剪式自卸车构全套图纸加扣 3346389411 或 3012250582IIIABSTRACTHigh-order dump truck is one of special-purpose dump truck, it mainly be used to transport those goods which can be scattered such as sandstone, soil and some crops, and also be used to transport unit goods, severing for tectonic grounds, mines, workshop. High-order dump truck have carriage rise and dump organization to lift to equip mainly, easy to use, it is with high efficiency to transport, the mechanized characteristic that have high mobility and unload.First,it talking about the purpose and meaning of this design aout the High-order dump truck.And then, analytical argument a kind of lading quality for the high with 5ts High-order dump truck of total design,about the sport and motive analytical of it,s lifting and revolving.At last, regard high-order dump truck as the research object, , has set up finite element model to the principal organ of the high-order dump truck, carry on statics characteristic analyse to model.Moreover,in brief introduced the method and calculation process of the design that the liquid press system in the text. Finally carry on necessary of the calculation of the main whole car of the functions such as motive, the fuel economy and stability etc.Then the result expresses that the car function satisfy designing request.Keyword: Refiting design; High-order dump truck; The shear type of liftingIV目 录摘 要IIABSTRACTIII第 1 章 绪论11.1 课题研究的目的11.2 自卸车概述11.3 课题研究现状及分析21.4 本课题的研究内容4第 2 章 高位自卸车总体设计52.1 总体布置原则52.2 车厢的设计72.3 高位自卸汽车底盘的选择8第 3 章 高位自卸汽车结构方案分析123.1 高位自卸汽车的自卸车构的设计与分析133.1.1 平行四边形自卸车构133.1.2 L 型自卸车构 153.1.4 多级剪式自卸车构183.1.5 自卸车构的方案的选定183.2 高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析193.2.1 杠杆平衡式倾卸机构203.2.2 单缸直推式倾卸机构203.2.3 油缸前推连杆组合式倾卸机构203.2.5 倾卸机构方案的选定213.3 车厢后拦板开合机构的设计与分析223.3.1 自转开合机构 223.4 总体机构设计方案的确定23第 4 章 高位自卸车机构的设计计算254.1 高位自卸车机构的运动分析254.2 高位自卸车机构的动力分析284.3 高位自卸车机构参数的确定294.3.1 基本几何尺寸的确定294.3.2 举升液压缸推力T 及行程 S 的确定 30V4.4 高位自卸车机构的校核314.4.2 各铰接点销的选择与校核344.4.3 油缸作用处杆件尺寸的确定与校核34第 5 章 高位倾卸机构的设计计算355.1 倾卸机构参数的确定355.1.1 车厢最大倾卸角的确定355.1.2 液压缸最大推力Pmax 的确定 365.1.3 拉杆最大拉力Tmax的确定 365.2 销的选择与校核 36第 6 章 液压系统设计386.1 油缸的计算与选型 386.1.1 油缸直径及行程的确定386.1.2 油缸的选型 406.2 油泵的计算与选型 406.2.1 油泵工作压力P 的计算 406.2.2 油泵理论流量QT的计算 416.2.3 油泵排量 q 的计算 416.2.4 油泵功率 N 的计算 426.2.5 油泵的选型 426.3 油箱与油管的计算与选型426.3.1 油箱容积 V 的计算 426.3.2 油管内径 d 的计算 42总结44参考文献45致 谢461第 1 章 绪论1.1 课题研究的目的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，是常用的运输专业车辆。随着我国经济的不断发展，尤其是自 2001 年 11 月 10 日起，中国正式成为 WTO 成员国，国内市场逐渐开放。同时，我国亦确立了以扩大内需为主的经济政策，实施西部大开发战略，加大对基建项目的投资力度，农林牧渔、采矿、水利、军工、环保、商业运输、交通、通讯、金融、机场、电力、城市建设和石油开采等行业均快速发展，使各种类型的专用车需求量大增。在广大城乡的沙场、矿山、工地及一般的土木工程等的运输作业中，轻型农用自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。自卸车构是轻型农用自卸车卸料作业的关键部件，它直接影响着轻型农用自卸车的整车性能和举升性能，是自卸车设计时首先需要解决的问题。液动自卸车构是工程自卸车常用的一种自卸车构，它实际上是一种演化形式的四连杆机构，通过外力（液压举升油缸施加）作用实现四连杆运动，从而实现将货物倾卸的目的。1.2 自卸车概述自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压自卸车构，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。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em1.5emt2车和重型自卸汽车；按运载货物倾卸方向分为：后倾式、3.58emt8emt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。图 1-1 普通自卸汽车结构组成1-液压倾卸操纵装置；2-倾卸机构；3-液压油缸；4-拉杆；5-车厢；6-后铰链支座；3-安全撑杆；8-邮箱；9-油泵；10-传动轴；11-取力器1.3 课题研究现状及分析汽车发明后不久，汽车维修机械师就在想：怎样才干够把汽车举升到空中，从而可以在其下面工作？自卸车的发展史告诉我发明第一台自动自卸车的灵感来自理发师的椅子，因为它可以快速升降和旋转，以适应于不同身高和胖瘦的顾客。早期的单柱地基式液压自卸车，大大地提高了比它问世还早的千斤顶和台架的功能，这种早期自卸车的旋转功能可以在举起汽车以后，将其旋转360。也许你经常去的一个汽车维修厂，现在仍然利用这种自卸车为客户提供日常的汽车维修服务，这种自卸车大多已经工作了 75 年了。随着汽车工业的发展，单柱式自卸车设计上的局限性很快就显露出来了如3果只是汽车四周进行检测维修工作的话，这种自卸车也就足够了但是这种自卸车的起重臂和中央立柱会妨碍进入汽车底部的大部分区域。针对单柱式自卸车的这些局限性，工程师已经提出了很多自卸车的设计方案并作了许多改进工作。现在自卸车的选择范围很大，有地基式、托举式、剪式、平行四边形式、便携式、单柱式、双柱式、四柱式、驱动式、接触车架式、对称式、非对称式、小行程、大升程、队列式以及其它各种自卸车设计方案。某些自卸车可能同时具有这些设计方案中的几个特点。汽车维修工业也迅速壮大。特别是改革开放以来，我国的汽车维修有很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业并不断壮大作为汽车维修用必备之一的各种汽车自卸车设备如雨后春笋般的涌现。因为移动和拆装方便，也便于维修中小型汽车，逐渐代替了以前修车的“地沟模式” 。随着我国汽车保有量的增加，自卸车作为维修的重要工具，需求量也大大增加。因此，自卸车的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。目前，发达国家（如美国）生产的汽车自卸车质量较好、性能较稳定、设备操作简单，在经销商中口碑良好。我国的汽车自卸车是 20 世纪 90 年代依据国外的产品技术生产的，国内最早研究剪式自卸车的是上海宝得宝，1999 年开始，宝得宝机型比较笨重，主要的质量问题集中在油管易爆和平台不同步，2000 年后质量有了改进。但由于不是批量，所以价格偏高。到现在自卸车市场已经拥有近百个中外品牌，产品系列成百上千。然而国内汽车自卸车虽然也相对定型，但很多产品性能还不够稳定，故障多，可靠性差，外观不够美观，在产品设计、技术开发等方面都还有很多地方有待改进。剪刀式自卸车是一个使用较广的自卸车，在最近几年所有新销售的自卸车中，至少二分之一都是这种类型的。这种设计之所以很流行，有几方面的原因的：一就是这种自卸车安装起来很快，不需要大范围的开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。二是功能的多样性，它适用于大多数轿车的维修和保养。三是剪式自卸车使用方便，占地空间较小。四是经济实惠，剪式自卸车较为精密。 无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边（如轮胎店）都适用。汽车自卸车要求其能够从两侧将汽车水平同步举升，不能发生侧偏。而汽车底盘下方必须为空的，以方便工人进行维修作业，要求汽车自卸车两侧的举4升装置必须是分离的，且两侧的上升或下降又必须是完全同步的。由于汽车的重量一般都较大，再加上举升装置自身的重量，要求举升力较大，而且升降时要求非常平稳，所以汽车自卸车一般都采用液压系统进行驱动。汽车自卸车在汽车维修行业是最重要、最基本的工具之一，是将汽车从一个高度提升至另一高度进行维修的设备，具有至关重要和不可替代的作用。它能否正常运转会直接影响到维修车辆、维修人员的安全，甚至会直接影响到汽车维修业务的兴衰。自卸车一定要安全可靠、维护简单，使用方便，占地空间较小。否则在一定程度上会影响工作效率。而传统的机械式自卸车安全性较差，所需的维护工作较多，被液压式自卸车取代也是大势所趋。液压式自卸车，它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。目前，在我国很少出现利用虚拟样机技术对汽车自卸车进行研究，然而只有将汽车自卸车的工程实践和虚拟样机技术结合起来，才能真正加快自卸车产品的发展历程。1.4 本课题的研究内容本设计主要研究的内容有：车厢高位自卸车机构的设计计算、车厢倾卸机构的设计计算、液压传动装置选型，后进行车辆的总体布置和性能分析，并用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。5第 2 章 高位自卸车总体设计2.1 总体布置原则在进行总体布置时应按照以下原则：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。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。图图 2-1 斜卧式粉罐汽车总体布置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；3-二次喷嘴阀；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1)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6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。2)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。图图 2-2 主车架纵梁载荷状态比较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。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。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。72.2 车厢的设计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。图 2-3 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；3-防护挡板；8-底板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。8图图 2-4 侧顷式及三面倾卸式车厢图图 2-5 簸箕式车厢本文设计的红岩 QY3060 底盘 普通自卸汽车，没有侧倾要求，故采用后倾式车厢。2.3 高位自卸汽车底盘的选择专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求：适用性、可靠性、先进性、方便性等要求。除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户能接受。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。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上须具有一定的保有量。专用汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。9目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量围46t 的中型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本次改装设计专用车的用途、最大装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽车或专用车辆改装制造时，选用红岩系列底盘相对较合理。所以选择二类底盘作为本次高位自卸汽车的底盘，其主要技术参数见表2.2。表 2.1底盘性能对比列表解放东风红岩适用性适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求适用于各吨位载重货车的改装设计以及部分专用车辆的特殊要求可靠性工作可靠，零部件要有足够的强度和寿命工作性能好，故障率低，零部件有足够的强度和寿命性能可靠，出现故障率低，各部件有足够的强度先进性动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平10价格较便宜比较便宜便宜常见吨位各种吨位车型各种吨位车型轻、中型载货车型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：表 2.2 底盘技术参数列表车型QY3060驾驶室最高点距车架上翼面距离（mm）2056汽车底盘长（mm）8208驾驶室后围距前轴（mm）508轴距（mm）4600外气管距前轴距离75211（mm）车架有效长度（mm）5578车架上平面离地高度（满载）（mm）1007车架外宽（mm）780底盘整备质量（kg）4080推荐货物重心（mm）890底盘轴荷前轴/后轴（kg）1680/2400车辆前悬/车架后悬（mm）1548/1800底盘最大承载质量（kg）7320汽车底盘总高（mm）3060厂定最大设计总质量（kg）11400高位自卸汽车与普通自卸汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保证其整车性能参数与原车基本保持不变。常见二类底盘机构如图2.1 所示。图 2.1 CQ1113T6F23G461 底盘结构A-轴距 D-驾驶室最高点到车架上表面距离 H-底盘总高 J-后悬 K-底盘有效长 L-底盘总长Y-推荐载物重心 U-前悬1213第 3 章 高位自卸汽车结构方案分析高位自卸汽车装备有车厢高位自卸车机构和车厢倾卸机构两套装置，它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物。对高位自卸汽车进行改装设计是，一般应满足以下设计要求：a 具有一般自卸汽车的功能； b 在举升过程中可在任意高度停留卸货；c 举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面；d 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度；e 在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭；f 为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移，为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过 1.2a； g 结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。 表 3.1参考数据 单位 :mm车厢尺寸（LWH）车厢最大升程 Smax车厢最大后移量 a额定装载质量W（kg）驾驶室与车厢的距离Lt车厢下表面与车架上表面的距离 Hd48002000640120018001502505000300650100040002000640120018001802805000300450800143900200064010001500200350480030045060039001800630150020002003204500280400500380018006301500195020030040002803804703.1 高位自卸汽车的自卸车构的设计与分析在高位自卸车改装设计中对举升升高机构设计要求如下：（1）能将满载货物 (5t)的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度；（2）在卸货过程中要保证汽车具有足够的稳定性；（3）在举升过程中可在任意高度停留卸货。 (a) (b)图 3.1 高位自卸汽车示意图a-高位自卸汽车静止状态 b-高位自卸汽车卸货状态3.1.1 平行四边形自卸车构采用平行四边形的车厢举升装置的自卸汽车如图3.2 所示，其结构示意图如图 3.3 所示。它利用油缸图 3.2 平行四边形举升机构示意图15图 3.4 L 型双缸直推式举升机构OE 驱动平行四边ABCD 组成的 连杆机构，即可实现车厢的平移升降，但在升降过程中，车厢的纵向位移比较明显。事实上该车就是在普通自卸汽车的基础上加装了平行四边形举升装置，适合于高台卸货或车辆之间装卸货物。平行四边形举升装置的优点有：（1）能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好； （2）液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量;（3）结构简单，易于加工、安装和维修。 平行四边形举升装置的缺点是：车厢上移时，其后移量很大，为了保证车厢举升到最大高度时，其最大后移量不超过设计要求，需将杆AD、BC 做的很长，甚至大大超过了车厢的长度，在稳定性和较小后移量上很难两全，因此，在工程实际中利用较少。 图 3.3 平行四边形自卸车构示意图3.1.2 L 型自卸车构L 型高位自卸汽车是一种常见的高位自卸汽车，如图3.4 所示。图3.5 所示为车厢自卸车构示意图，L 形杆 BDE 一端与铰链 B 相联（铰链 B 通过竖直杆固定在车架上） ，一端与车厢底部的铰链E 相联，同时其上绞接一液压油缸2，液压油缸另一端与车厢底部的铰链相联。举升时，液压油缸1 伸长，推动 L 形杆 BCD 绕铰链 B 逆时针转过角度，使 E 端上升；与此同时，液压缸2 也联动工作，使车厢也转16过角度，从而使车厢在上升过程中保持水平。随着BCD 杆的转动，E 点后移，同时带动车厢后移，当E 点与 B 点等高时，后移量达到最大。 L 型高位自卸汽车的自卸车构的优点有：（1）该机构充分利用了车厢前面的空间，使车厢底部的机构变得简单；（2）该机构克服了后移量过大的缺点，机构的尺寸也较小。L 型高位自卸汽车的自卸车构的缺点有：（1）该机构最大的缺点在于车厢全部重量均有L 形杆 BAI 承担，由于 IC 很长，所以 BAI 受到很大的扭矩作用。这就对L 形杆的强度提出很高要求，同时也限制了车厢的装载量； （2）液压缸 1 和液压缸 2 需要联动工作才能保证车厢的水平，使控制机构复杂。图 3.5L 型双缸直推式自卸车构示意图3.1.3 单级剪式自卸车构单级剪式自卸车构是一种很常见的机械举升，在许多领域都得到了广泛的应用。采用单级剪式机构车厢举升装置的自卸汽车如图 3.6 所示。如图 3.7(a)所示该自卸车构是由长度相等的两杆AC 和 BD 彼此铰接于 E 点； AC 杆的 A 端与 水平 的液压油缸拉杆铰接，并可在滑槽内移动；BD图 3.6单级剪式举升机构高位自卸车17杆的 B 端与车厢底部为滑动铰接。当液压油缸拉杆右移时，车厢上升，同时向后移动；液压油缸拉杆左移时，车厢下降，同时向前移动（图3.7(b)为液压缸垂直安放） 。采用此种布置时，在举升后会使CD 的距离较小，影响了车厢工作时的稳定性，特别是在车厢翻转卸货时，这种影响尤为显著。为了消除这种影响，将 E 取为两杆的中点，同时，为了使车厢在上移时能够逐渐后移，需要将 C 点换成滑动铰接，而D 点换成固定铰接（如图3.8 所示）。此时，由于 E 取为两杆的中，所以在车厢上移过程中，A 与D，B 与C 始终在一条直线上；同时由于液压油缸的作用，拉动A 点向后移动，因此， D 点也随之向后移动使整个车厢也向后移动。 (a) (b)图 3.7 单级剪式自卸车构示意图a-油缸水平放置 b-油缸垂直放置该剪式自卸车构的优点有：（1）结构简单，紧凑；（2）机构的受力情况较好，汽车工作稳定性容易得到保证； （3）能够很好的协调车厢上移与后移量之间的关系，满足工作要求。这种剪式机构的缺点是液压缸水平布置时，在举升初始阶段，传动角18较小，不利于工作。根据以上缺点，可以将液压缸改为竖直布置的形式如图3.7(b)所示；另外还可将A、B 两点互换，使A 点固定连接，而B 点滑动连接。改进后的剪式机构优点是将液压缸竖直布置后，可以很好的解决自卸车构传动角过小的问题，而且，它也具有，结构简单紧凑等优点，更改连接方式以后，在整个举升过程中车厢无后移量。此结构在实际生产中应用比较广泛。但是它的缺点跟它的优点一样明显，要实现较大的传动角，那么液压缸的推程就需要很大，甚至多级举升都不易实现，而且车厢不举升时，能供液压油缸布置的地方较小。为此，可以将液压缸改为斜向布置，即液压缸布置在剪叉机构的右侧，如图 3.9 所示。将液压缸布置在右侧，不但可以很好的就解决机构传动角小的问题，而且结构紧凑，所用液压缸的活塞推力也较小，因此可以选用直径较小的液压油缸但具有与上面同样缺点，油缸推程较大，但它可供布置的地方较大，布置更灵活。这样的布置结构虽然很好的解决了上述有关空间和传动角的问题，但是在要求车厢被举升到较高高度时，它所需要的AEC 杆和 BED 杆的长度将很大，而且此时液压缸的行程也会变得更大。3.1.4 多级剪式自卸车构多级剪式机构是在单级剪式机构的上面再叠加相似的剪式结构，通常有两级或三级甚至更多；但应用在自卸汽车上的自卸车构不大于三级。利图 3.9 单级剪式举升机构示意图图 3.10 双级剪式举升机构示意图图 3.8 单级剪式举升机构示意图19用多级剪式自卸车构可以将车厢垂直举升到相当高的高度，如图3.10所示为双级剪市式机构高位自卸汽车。图3.11 所示为双级式自卸车构的几种结构示意图。这种机构的油缸作用点布置十分灵活，而且在需要举升高度较大的情况下能够有效减小油缸的行程。该自卸车构具有单级剪式自卸车构的绝大部分优点；但因为是多级举升，所以举升装置较为复杂，而且会升高汽车的重心位置，剪叉臂相对较短，因此一般只应用于举升高度要求较高的时候。3.1.5 自卸车构的方案的选定综合上述各自卸车构结构的特点以及结合本次改装设计车厢举升高度的要求，选择双级剪式自卸车构作为该自卸汽车的自卸车构；又因为考虑到车厢起始高度和油缸布置空间的限制，所以采用油缸水平下置的形式，如图 3.11(d)所示。经调查研究发现：在实际操作的过程中很难控制两缸同步工作，而且双缸布置所需要的空间相对较大；所以本次设计采用单缸的形式。 (a) (b) 20 (c) (d) a.油箱倾斜中置 b. 油箱垂直安置c. 油箱水平中置d.油箱水平安置3.2 高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析高位自卸汽车改装对倾卸机构的设计要求如下：（1）利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与托架大梁间的空间；（2）结构要紧凑，可靠，具有很好的动力传递性能；（3）完成倾卸后，要能够复位。现代自卸汽车倾卸机构主要分为两大类：直推式和连杆式，它们均采用液压作为倾卸动力。倾卸机构主要由倾卸杆系机构、车厢和副车架组成。其功能是承载物料，并在液压系统的驱动下完成倾卸动作。3.2.1 杠杆平衡式倾卸机构杠杆平衡式倾卸机构示意图如图3.12 所示，该机构具有结构紧凑，横向刚度比较好，举升时转动圆滑平顺，杆系受力比较小，举升过程中油缸的摆动角度很小，油缸的行程也比较短等优点。但因为机构集中在车后部，车厢底板受力大，给车身的整体布局带来一定的困难，而且，在推杆推动车厢翻转时，车厢倾翻轴支架的水平间内力非常大，因此，对材料的要求比较高。图 3.11 单级剪式举升机构示意图213.2.2 单缸直推式倾卸机构单油缸直推式倾卸机构的示意图如图3.13 所示，这种机构结构简单紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低。采用单缸时，容易实现三面倾斜。另外，若油缸垂直下置时，油缸的推力可以作为，车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。但是采用单缸时机构横向强度差，而且油缸的推程较大；采用多节伸缩时密封性也稍差。3.2.3 油缸前推连杆组合式倾卸机构油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图3.14 所示，这种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大。 3.2.4 油缸后推连杆组合式倾卸机构图 3.13 单缸直推式倾卸机构示意图图 3.14 油缸前推连杆组合式倾卸机构示意图图 3.15 杆系倾卸机构图 3.12 杠杆平衡式倾卸机构图 3.14 油缸前推连杆组合式倾卸机构图 3.15 杆系倾卸机构22 油缸后推连杆组合式倾卸机构的示意图如图3.16 所示，该机构结构比较紧凑，横向刚度较好，油缸的推程小，举升时转动圆滑平顺且布置容易；但举升力系数大，举升臂较大。油缸后推连杆组合式倾卸结构广泛应用在中轻吨位的自卸汽车上。另外，在改变三角臂的相对尺寸后可以得到连杆放大式机构；经改进后的结构，油缸的举升力更小但其需要的布置空间也相对较大。3.2.5 倾卸机构方案的选定从以上几种方案分析中可以看到直推式和杆系倾卸式具有的共同特点，它们均采用液压作为举升动力。不同的是直推式是利用油缸直接举升车厢实现起倾卸，油缸推动力直接作用在车厢上，不需要杆系作用；而杆系倾卸式的倾卸机构由连杆、三角架或推杆等组成。不同的倾卸机构的布置和组成也不相同，但他们都具有举升平顺，举升刚度好，使油缸行程成倍增大，可采用结构简单、密封性好、易于加工的单缸，布置灵活多样等优点。根据上述各种倾卸机构的对比分析，以及本次高位自卸汽车的改装设 计装载质量和车厢最大 倾斜角的要求，最终选择油 缸后推连杆组合式倾卸机构。3.3 车厢后拦板开合机构的设计与分析高位自卸汽车改装对车厢后拦板开合机构的设计要求如下：（1）在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，并且车厢与托架表面的夹角与后拦板与车厢夹角相等；（2）卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。图 3.16 油缸后推连杆组合式倾卸机构示意图233.3.1 自转开合机构自转开合机构结构示意图如图3.17 所示，这种方案是最容易想到的，因为设计要求中提到在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，卸货完毕， 车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。所以在本设计中，当车厢翻转的时候后厢门是完全依靠自重下垂的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。另外，为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，须在车厢的底部设计了一个倒锁，它在后箱门关闭后会自动工作把后箱门锁死。该设计方案的最大优点就是结构简单，容易实现，思路也比较清晰。缺点是该机构在后拦板开启之后就不能再对后拦板的位置进行控制了，这样后拦板就可能会在空中左右晃动。为了防止货物散落，与其配置了锁止机构，其设计如图3.18 所示，车厢固定锁将车门自动夹紧在车厢上，以防止车厢在汽车空载行驶时因颠簸而上下跳动，其工作原理是：滚轮1 的支座焊接在车厢7 上，车厢倾斜时，货物重力使固定锁滚轮1 脱离固定锁压板2，迫使压板 2 连同联接在它上面的带四角形凸轮的转轴一起围绕销3 沿顺时针方向旋转。当车厢复位时，后箱门在自重和惯性力的作用下，使固定锁滚轮1 进入固定锁压板2，迫使压板 2 连同联接在它上面的带四角形凸轮的转轴一起围绕销 3 沿顺时针方向旋转，利用凸轮压迫橡胶块所产生的反力将滚子夹紧，使车厢与后箱门保持紧密可靠。图 3.17 自转开合机构241-滚轮 2-压板 3-销 4-橡胶块 5-后箱门 6-车厢 3.4 总体机构设计方案的确定综合上述高位自卸汽车的各主要机构的选定方案，最终所得到的整车装配结构如图3.19 所示。1-二类底盘 2-举升液压缸 3-倾卸液压缸 4-倾卸三角臂 5-车厢6-后厢门开合机构 7-托架 8-剪式举升臂 9-副车架图 3.19 高位自卸车整车总装示意图 图 3.18 锁止机构25第 4 章 高位自卸车机构的设计计算双级剪式自卸车构是一种相对举升位置更高的升高机构，它由相等的八根剪叉臂组成（车厢两侧各四根） 。如图 4.1 所示，臂 AE、CE、BD、BF 均相等，剪叉臂AE 和 BF通过 H 点铰接，臂 BD 和 CE 通过 G 点铰接，臂 AE 和 CE 通过 E 点铰接，臂 BD 和 BF 通过 B 点铰接； F 点与副车架铰接， C 点与托架铰接；铰接点 A 在液压缸 N 的作用下能够在水平滑槽中移动，另外铰接点D 也能水平移动，且与A 点的运动方向相反。由于点A 和 D 的移动，从而车厢在垂直面内升降并伴随有少量水平位移。4.1 高位自卸车机构的运动分析在车厢举升过程中油缸以一定的速度推动滑快A 向后移动， A 点的速度为 A；由于 A 点的水平移动带动双级剪式机构运动，从而使得BFA 发生变化 ，即由初始位置的0变为 1=0+；因为剪式机构的运动带动点 D 同时向上和向前移动，所以台面DF 在整个过程中向上向后移动（为货物的高位倾斜做准备）。其中点 B 和点 H 的瞬时速度分别为 B和 H；点 D 的水平和垂直速度分别为Dx和 Dy；车厢支撑台面的水平和垂直平移速度分别为X和 Y。杆 BF 上 B 点、 H 点的瞬时转动中心都为F 点，从而可求得（取车厢移动的方向为正方向，即水平向右和垂直向上为正向），其运动图 4.1 双级剪式举升机构简图26简图如图 4.2 所示。B 点的运动速度B：lVB （4-1）00sinsinlVVBBX （4-2）00coscoslVVBBY点 H 分别相对于点A、F 以相同的角速度 转动，其中点A 又以速度 A水平移动 ,而点 F 静止不动，于是可得：H 点相对于点 F 的运动速度 HF： lVHF21 （4-3） 0sin21lVXHF （4-4）0cos21lVYHFH 点相对于点 A 以角速度 运动的速度 HA：lVVAHA21 （4-5）0sin21lVVAHAX （4-6）0cos21lVYHA 图 4.2 双级剪式举升机构运动分析简图27则点 H 的水平和垂直速度和:XHVYHV （4-7）AHFHAHVVVVXXX （4-8）0coslVVVYYYHFHAH 且， XXHAHFVVYYHFHAVV 则： （4-9）0sin2lVVXHFAD 点相对于 B 点以角速度 转动，则 D 点速度:DVlVVBD （4-10）0sinlVVXXBD （4-11）将0coslVVYYBD式（ 4-1） 、 （4-2）代入上式 可得： （4-12）0cos220lVVVYYXBDDD 点的升降速度与车厢支撑台面的升降速度一致，因此台面上升速度 Y： （4-13）0cos2lVVYDY由于等臂双级剪式机构的运动特点点 A、B、C 始终在一条垂直线上，同样点D、E、F 也始终在同一铅垂线上。从上述计算中可以发现，在车厢被举升的整个过程中，点D、E、F 没有发生位移，即D、E、F 三点只在垂直方向上有位移；那么车厢在举升过程中的水平移动量只取决于点A 的水平移动量，则台面的水平运动速度：XVAXVV又因为滑快 A 由油缸 直接水平推动，所以油缸活塞的运动速度：塞V280sinlVVA塞则： （4-14）0tan21YVV塞 （4-15）0cot2塞VVY （4-16）01sinlV塞4.2 高位自卸车机构的动力分析高位自卸汽车的双级剪式自卸车构，不计剪式机构的重力和各种摩擦力，则该质点系 具有理想约束，因此可以用虚位移原理求解其所受各力的相互关系。虚位移原理： 又称分析静力学的原理是所有作用在质点系上的主动力对其作用点的虚位移所作的虚功之和为零。对n 个质点组成的质点系，其数学表达式为： （4-17）01niriiF式中 Fi和 ri分别表示第 i 个力和它的 虚位移。图 4.3 中双级剪式自卸车构所受的主动力为重力G（包括装载质量me，车厢质量 m1，车厢支撑台面质量m2）和水平油缸的水平推力FN。图4.3 双级剪式举升机构动力分析简图29 由虚位移原理可得0.1niriiF （4-18）0rgrfNGF上式中两 虚位移的关系0000sinsin2coscosllrgrf则： （4-19）0000coscossinsin2GFN由式（ 4-19）可知，在一定装载质量的情况下，油缸活塞对滑块A 的水平推力随角度 （ 为杆 BF 绕点 F 转过的角度）变化而变化。NF根据设计要求的荷重和剪叉机构的结构尺寸，可求出在整个升程范围内油缸活塞的推力，以此作为油缸选择设计的依据。4.3 高位自卸车机构参数的确定4.3.1 基本几何尺寸的确定如图 4.4 所示， AE、CE、BD、BF 为杆长相等的四杆， AE 与BF，CE 与 BD 铰接与中点 H、G、A、D 为滑动铰接。30设，初始位置，当到达最大升程时lBDCEAE0BFA；由几何关系可得：1BFA （4-20）01maxsinsin2 lS （4-21）10coscos la为了使整个自卸车构不超过车厢底部安装空间，需满足： （4-22）dHl0sin2 （4-23）Ll0cos取，联立（ 4-20） 、 （4-21） 、 （4-22） 、 （4-23）求解并500sin20l圆整得：8 .219 . 3256370010mmamml4.3.2 举升液压缸推力T 及行程 S 的确定 考虑到超载的因素，因此计算台面荷重应有一定的安全系数，即台面荷重：N646801 . 18 . 9)3007005000(gmmmGe）（车厢托架由式（ 4-19）得：N1 .567089NFT由于液压缸的作用力同时作用在两等距离的内剪叉臂上，所以油缸对单侧内剪叉臂的作用力P 为：N （4-24）6 .2835442NFPSmm256 a图 4.4 双级剪式举升机构简图314.4 高位自卸车机构的校核本次设计的双级剪式自卸车构各铰接点均采用同型号的双头螺纹销连接，因此在对该机构进行校核的时候，除了要对剪叉臂进行强度校核外，还要对各铰接点的销轴进行强度校核。由于在该机构的运动过程中各铰接点的受力在不断变化，只需最大受力点进行校核。4.4.1 各铰接点的受力分析结合双级剪式自卸车构的结构和运动特点，对其进行整体受力分析，如图4.5 所示。设货物重心与C 点的距离 K，A、D 点的滑动摩擦系数为f，不计双级剪式机构的自身重力和内部摩擦力。 将货物对该机构的作用力分解到C、D 两点上根据力学定理可得： （4-25）coscos2lklGFCY （4-26） cos2lkGFDY （4-27）flkGfFFFDYDXCXcos2将剪式机构看作一个整体，根据力学定理可得A、F 点的受力情况： （4-28）coscos2lklGFAY （4-29）flklGfFFAYAXcoscos2图 4.5 双级剪式举升机构简图32 （4-30）cos2lkGFFY （4-31）PflklGPFFAXFXcoscos2对臂 AHE 及 CGE 隔离受力分析，如图4.6 所示，根据力学定理可得：0XF00EXAXHXEXGXCXFFFPFFF则： （4-32） AXHXEXGXCXEXFFPFFFF0YF00HYEYAYGYEYCYFFFFFF则： （4-33）AYHYEYCYGYEYFFFFFF联立式（ 4-32）和（ 4-33） ，得图 4.6 剪叉臂受力简图（a）33 （4-34）AYCYGYHYAXGXCXHXFFFFPFFFF对 E 点取矩， 0M（4-0cos2sin2sinsincos0sin2cos2sincoslFlFlPlFlFlFlFlFlFHYHXAXAYGXGYCXCY35）将式（ 4-25） 、 （4-26） 、 （4-28） 、 （4-29）及（ 4-34）代入式（ 4-35） ，则： （4-36） 241cos24coscosPfGlfkGFtgfGlklGFGXGY （4-37） PfGflklGFtgfGlklGFHXHY2341coscos241coscos （4-38）tgfGlklGFPfGFEYEX4coscos2241以臂 BGD 为隔离研究对象，如图4-7 所示。则：图 4.7 剪叉臂受力简图（b）34 （4-39）tgfGGlklGFPfGFBYBX412coscos22414.4.2 各铰接点销的选择与校核考虑到整车结构的整体布局需要，以及结合高位自卸汽车的整车装配草图，取mm；根据摩擦副的特性，取。1430k3 . 0f对上述各铰接点在任意角度时的计算公式的分析计算，可知H 点承受的作用力最大，且当时作用在 H 点的力最大。9 . 3由式（ 4-37）知，当时9 . 3KN7 .416HXF KN9 .39HYF销轴均用 45 钢制造，作调质处理，其屈服强度=355MPa，选s择安全系数为2，其许用剪切应力 =0.5=177.5MPa。考虑到生s产制造的方便、节省制造工时，在使用材料允许的条件下，该机构交接的双头螺纹销均采用同一直径，取mm。60MPa2 .148103014. 39 .397 .416622222RPRF 因此，该机构所有铰接点选用的销均满足强度要求。4.4.3 油缸作用处杆件尺寸的确定与校核考虑到该杆件所受的作用力比剪式机构铰接点处的力大，经比较后取mm。35MPa4 .147103514. 31 .5670896222RTRF 经校核可知，该杆件满足使用的强度要求。35第 5 章 高位倾卸机构的设计计算油缸后推连杆式倾卸机构又称D 式倾卸机构，其工作原理如图5.1 所示。该倾斜机构由倾卸油缸OB、三角臂 ABC、拉杆 OA 构成。 工作状态下油缸充油使活塞杆OB一边旋转一边升高。三角臂通过铰接点 C 使货厢绕后铰接点K 翻转，实现货厢倾斜卸货。当卸货完成后，液压操纵手柄扳到 “下降 ”位置，车厢在自重作用下使油缸回油并复位。 5.1 倾卸机构参数的确定油缸后推连杆式倾卸机构主要需确定的尺寸有三角臂的尺寸、拉杆的尺寸、液压缸的推力及行程、整体的安装位置等。5.1.1 车厢最大倾卸角的确定 自卸汽车是利用倾卸机构使车厢具有一定的倾角，而使货物自动卸下。因而只有当其倾斜角度大于松散货物的安息角后，货物才可能倾卸干净，而大部分货物的安息角都在3550的范围内（见表5.1） 。同时考虑到松散货物在湿淋状态下其附着力的增加，故而国内外自斜汽车的最大倾卸角有增加的趋势，目前有的已达到60。参考绝答部分同类车型以及本次设计的要求，最后确定该高位自斜汽车的最大倾卸角为55。图 5.1 倾卸机构工作原理简图365.1.2 液压缸最大推力Pmax 的确定 跟据式计算得KN。MOBHOMBOhlGTMOBHOMOBhlGP212212sinsinsincossinsinsincos5 .150maxP5.1.3 拉杆最大拉力Tmax的确定根据式计算得KN。MOBHOMBOhlGTMOBHOMOBhlGP212212sinsinsincossinsinsincos121maxT表 5.1部分松散货物的安息角物料名称安息角物料名称安息角无烟煤2745细砂（湿）3035焦碳50石灰石4045铁矿石4045生石灰4050铜矿3545粘土50粗砂50水泥40455.2 销的选择与校核销轴均用 45 钢制造，作调质处理，其屈服强度=355MPa，选s择安全系数为2，其许用剪切应力 =0.5=177.5Mpa。考虑到生s产制造的方便、节省制造工时，在使用材料允许的条件下，该机构交接的双头螺纹销均采用同一直径，取mm。50由上述各力的计算分析可知，整个机构中油缸作用点处所受力最大，且在倾卸角时取得极限值。 0MPa7 .76102514. 3150500622max2RPRF 37因此，该机构所有铰接点选用的销均满足强度要求。38第 6 章 液压系统设计高位自卸汽车液压系统设计的好坏，将直接影响整车的性能和生产效率。高位自卸汽车液压系统一般主要包括举升液压系统、倾卸液压系统以及其他辅助液压系统。本次高位自卸汽车的改装设计主要偏重于机械机构的设计与分析，而其液压系统所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产供应；因此在改装设计中只需要进行液压元件计算选型。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及各种相关控制阀的选型等。6.1 油缸的计算与选型油缸是液压系统执