防暴胶轮运输车结构设计.doc

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 盛丽 学 号： 00221238 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及其自动化 设计题目： 防暴胶轮运输车结构设计 指导教师： 李 宝 林 职 称： 教 授 二0一四年 六 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 机电工程学院 专业年级 机自10-10班 学生姓名 任祖全 任务下达日期：2014年 3月 10日毕业设计日期： 2014年 3月 10日 至 2014年 6月 18日毕业设计题目：防爆胶轮运输车结构设计毕业设计主要内容和要求：设计一台额定载重10吨井下胶轮运车的变速箱和总体车架。 具体要求：1、 整车的转弯半径要满足井下巷道的通过性要求；2、 设计变速箱结构为四个前进档和一个倒退档，选择胶轮车车架的主要结构形式并选取材质，同时对其强度进行校核；3、 胶轮满足最大爬坡度为14，选择发动机为防暴柴油机，配置进气防爆、尾气防爆与尾气水洗、排气管采用外套水冷装载；4、 根据实际参数设计出胶轮车的外廓尺寸参数、轴距、前/后轮距、选择发动机功率、汽车的主要质量参数、汽车的主要通过性参数等。院长签字： 指导教师签字中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要无轨胶轮防爆运输车是一种以柴油发动机或蓄电池为动力，通过橡胶轮胎在井下巷道自由行走的辅助运输车辆。1959年无轨胶轮车首次用于英国煤矿，到70年代，美国煤矿井下也开始将柴油胶轮车用作采煤工作面煤炭、材料和人员的运输。我国直至90年代初才开始引进无轨胶轮防爆车，在实际使用中，胶轮车对提高辅助运输和矿井全员生产效率效果十分明显。目前，国际上许多国家已经将无轨防爆胶轮运输车大量装备煤矿井下的采煤工作面上。防爆胶轮运输车结构设计主要包括：整车外形结构形式的选择，运输车转向方式的选择，运输车主要外型尺寸和质量参数的确定，发动机与轮胎的选型，变速箱的结构设计与校核，车架结构设计与校核，整体通过性参数的计算与验证，铰接转向机构的选择与强度校验。其基本特点是载重大节省了装卸时间，质量系数大，材料利用率高，采用铰接式车架，液压驱动转向，节省了复杂的转向机构，转弯半径小，适用于矿井巷道狭小的工作环境。关键词：防爆胶轮运输车； 发动机； 变速箱；腰转铰接； 车架ABSTRACTTrackless rubber_tyred explosion-proof truck is a kind of assistant transport vehicle which is powered by diesel engines or storage batteries, and can run freely in the underground tunnels with the assistance of rubber tyres. in the year of 1959, trackless rubber-tyred transport car was first put into use in British coal mines. By 1970s, diesel-powered rubber-tyred transport cars have started to be used by American coal-miners in the transportation of coal, material and staff. Until the early 90 s, China began to introduce trackless rubber_tyred explosion proof car, In the actual use, roller to improve the car to assist transportation and mine full production efficiency effect is very clear. At present, the international on many countries have a rubber wheel will trackless explosion-proof vehicle equipped mine coal surface.Explosion-proof rubber wheel vehicle structure design includes: The choice of the form of the shape and structure, the choice of the ways of truck turned to, truck main exterior size and mass of parameters, the engine and the tire selection, the structure of the gearbox design and checking, the frame structure design and checking, whole through the sexual parameters and verification, hinged steering mechanism of selection and strength check. Its basic characteristics is for the great save loading and unloading time, quality factor is big, material efficiency is high, using articulated frame, hydraulic pressure drive turned, save the complex steering mechanism, turning radius is small, be applicable to the mine laneway narrow working environment.Keywords：Explosion-proof roller truck; Engine; Transmission; Waist turn hinged; Frame目 录前言1第一章 防爆胶轮运输车的概述21.1防爆胶轮运输车的简介21.1.1井下防暴运输车的结构和特点21.1.2防爆胶轮运输车的分类21.1.3胶轮车的主要技术性能参数31.2 防爆胶轮运输车应用技术发展41.2.1国外防爆胶轮运输车水平及发展趋势41.2.2国内防爆胶轮运输车水平及发展趋势4第二章 无轨胶轮车的构造和工作原理72.1 无轨胶轮车的总体结构与特点72.2无轨胶轮车的工作原理82.3无轨胶轮车工作装置及液压系统82.4无轨胶轮车的传动系统92.5无轨胶轮车的转向系统102.6无轨胶轮车的制动系统11第三章 WC-10无轨自卸胶轮车的总体设计123.1整车总体参数的确定123.1.1无轨胶轮车的基本组成123.1.2无轨胶轮车主要尺寸参数的确定133.2 整车质量参数估算173.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算173.2.2满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算193.2.3非悬架质量的估算203.2.4整备质量利用系数203.2.5轴荷分配213.2.6 静态稳定性计算223.3主要性能参数的选择253.3.1动力性参数253.3.2燃料经济性参数263.3.3操纵稳定性参数273.3.5行驶平顺性参数273.3.6制动性参数283.3.7通过性参数28第四章 WC-10无轨自卸胶轮车发动机选型294.1发动机基本形式的选择294.2主要性能指标的选择304.2.1发动机最大功率Pe max及其相应转速np304.2.2发动机最大转矩Te max及其相应转速nm324.3传动系参数的选择334.3.1最小传动比的选择334.3.2最大传动比的选择334.3.3变速器档位数的选择34第五章 总布置图的绘制355.1发动机及传动系的布置355.2车头、驾驶室的布置365.3动轴的布置365.4悬架的布置375.5车架总成外形及其横梁的布置375.6转向系的布置385.7制动系统的布置395.8进、排气系统的布置405.9操纵系统的布置405.10车箱的布置41第六章 变速箱的设计426.1 变速箱的功用、要求与设计步骤426.2 变速箱的结构类型和结构设计要点426.2.1 二轴式变速箱436.2.2 平面三轴式变速箱436.2.3 空间三轴式变速箱436.2.4 组合式变速箱436.2.5 变速箱结构设计要点446.2.6 变速箱结构类型的选择466.3 变速箱主要参数的确定466.3.1 传动轴中心距476.3.2 齿轮模数的选取476.3.3 齿轮宽度486.3.4 外形尺寸486.3.5 压力角486.4 选配齿轮486.4.1 其他各档齿轮齿数506.4.2 倒档齿轮齿数506.5 齿轮计算与校核516.5.1 变速箱齿轮的损坏形式516.5.2 齿轮修正系数516.5.3 直齿圆柱齿轮的强度计算526.6 轴的计算与校核606.6.1轴的尺寸606.6.2第一轴的强度与刚度校核616.6.3第二轴的强度与刚度校核626.7 啮合器设计646.7.1 啮合器的结构设计646.7.2 啮合器参数的选择646.7.3 啮合器的强度计算656.8 锁止机构656.8.1 自锁装置666.8.2 互锁装置666.8.3 联锁机构676.9 轴承计算67第七章 车架与车身设计697.1车架的功用和要求697.2 车架的结构型式与尺寸确定707.2.1车架的类型707.2.2 车架宽度717.2.3纵梁的型式717.2.4横梁的型式727.2.5 纵、横梁的连接737.3车架的载荷工况和强度计算737.3.1车架所受载荷737.3.2车架强度的简便计算法747.3.3纵梁截面尺寸的确定767.3.4纵梁的刚度条件777.3.5车架的扭转刚度777.4 铰接转向机构787.4.1铰接处具体形式的确定787.4.2 铰接处销轴强度校核787.4.3 转向驱动液压缸的布置和伸缩强度的计算79参考文献82翻译部分83英文原文83中文翻译88致 谢94前言随着现代社会的不断发展，作为现代化基础建设主要工具和手段的工程机械扮演着重要的角色。工程机械设备是集机、电、液一体化和信息、激光等高新技术以及审美艺术于一身的现代机电产品，并且正在向着自动化、远距离控制和智能化等方向发展。井下防爆胶轮运输车作为现代工程机械很重要的一种设备也是如此。无轨胶轮辅助运输设备按用途可分为运输类、铲运类和特种类三种。运输类车辆主要用于长距离的人员、材料、中小型设备的运输，它包括人车、运货车和客货两用车；铲运类车辆主要用于材料和设备的装卸、支架和大型设备的铲装运输，它包括以铲斗和铲叉为工作装置的装载车和支架搬运车；特种类车辆主要用于井下加油、洒水、处理事故等特殊用途的专用车，它包括油车、指挥车等。无轨胶轮辅助运输设备按动力可分为柴油机胶轮车、蓄电池胶轮车和拖电缆胶轮车(梭车)，目前大多数胶轮车以柴油机为动力。我国防爆运输车行业起步较晚，制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。目前，我国运输车尽管国产运输车的技术发展水平与西方发达国家存在着一定的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产轮式胶轮车亦正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势是现状，正在从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为防爆运输车行业的领先者。在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中小型运输车更新速度越来越快；优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高；优化系统结构，提高系统性能；利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低胶轮车作业成本；提高安全性、舒适性；降低噪声和排放，强化环保指标；广泛利用新材料、工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性；最大限度地简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。本次毕业设计主要先从防爆胶轮运输车的总体进行设计，然后着手底盘结构的设计、分析，从而对防爆胶轮运输车进行研究，其中对防爆胶轮运输车的工作状况进行了一些简单的探讨，以及对变速箱和车架进行结构设计和校核。通过整个设计，让自己对防爆胶轮运输有了更深的了解与认识。本设计在编写过程中力求准确无误，运用严谨的科学的方法，但由于时间紧迫，且自己水平有限，设计中难免有不妥之处，还望各位老师予以批评指正。第一章 防爆胶轮运输车的概述1.1防爆胶轮运输车的简介轨道辅助运输以悬吊单轨(无轨)和铺设双轨(地轨)为主要特征，采用架线电力、防爆柴油机、蓄电池和钢丝绳为牵引动力；无轨辅助运输则以胶轮或履带为行走机构，采用防爆柴油机、蓄电池等为牵引动力胶轮车具有作业速度快，效率高，机动性好，操作轻便等优点，因此成为煤矿井下运输的主要机种之一，对于加快运输速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低劳动成本都发挥着重要的作用，是现代机械化大型煤矿井下运输中不可缺少的装备之一。1.1.1井下防暴运输车的结构和特点防爆胶轮运输车主要由低污染防爆型柴油机、进排气防爆装置、驾驶室、底盘及防爆传动、自卸货箱和举升机构、安全保护和防爆电气系统组成，其结构和性能与地面载重自卸汽车相比有如下不同结构和特点:(1)动力装置为防爆低污染型柴油机，外围系统要配置进气和排气防爆、排气净化和安全保护自动停车装置。(2)采用本安型起动方式、防爆传动和电气系统。从国外进口车辆采用的起动方式看，有液压、气压和弹簧式3种方式。1.1.2防爆胶轮运输车的分类常见的防爆胶轮运输车一般有以下特点来分类。（1）按装载质量级别不同分类:轻型、小型、中型、大型、重型防爆胶轮运输车。（2）按使用场合不同分类：薄煤层防爆胶轮运输车和厚煤层防爆胶轮运输车。国内外生产和使用的胶轮车绝大多数是厚煤层防爆胶轮运输车。薄煤层运输车的结构相对来说是比较紧凑的。（3）按传动形式不同分类：机械传动式，液力机械传动式，液压传动式和电传动式。由于液力传动机械取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换档变速箱，是发动机在不停车的情况下换挡，操作轻便，工作可靠性高，因此液力机械传动式是防爆胶轮运输车的主要传动形式。液压传动使用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马达使车轮传动。它能够简化传动系统，使整机质量减轻，但由于启动性差，液压件价格昂贵，寿命也比较低，因此目前仅用于小型防爆运输车上。电传动是由柴油机驱动交流发电机，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速器带动车轮转动，这样可以实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量大，费用高，目前只在大型防爆运输车上使用。（4）按装载方式不同分类：后卸式，侧卸式、三面倾卸式和车厢升高后倾式。（5）按转向方式不同分类：整体式和铰接式。常州科研实验中心防爆胶轮运输车绝大多数采用铰接式1。1.1.3胶轮车的主要技术性能参数标志防爆胶轮运输车的主要技术性能参数有额定装载质量，最大装载质量，发动机额定功率，整机质量，最大牵引力，爬坡能力，最大行驶速度，离地间隙，最小转弯半径，最大卸载高度。（1）额定装载质量一般指防爆胶轮车额定装载质量，即车辆的最大允许装载质量，又称车辆上户吨位。单位为kg。货车及货车类专用汽车额定载质量为载货质量(不含人)。（2）最大装载重量在汽车自身各零部件所允许的范围内，能保证汽车在道路上稳定行驶的汽车的最大的货物装载量。即我们通常所说的载重。（3）发动机额定功率发动机额定功率又称为发动机标定功率或总功率，是表明胶轮车作业能力的一项重要参数。发动机功率分为有效功率与总功率，有效功率是指在29和746Hg(1mmHg=133.322Pa)压力的情况下，在发动机飞轮上实有的功率（亦称飞轮功率）。国产胶轮车所标的功率一般指总功率，即包括发动机有效功率和风扇，燃油泵，润滑油泵，滤清器等辅助设备所消耗的功率。单位为“kW”。（4）整机质量（工作质量）指防爆胶轮运输车装备应有的工作装置和随机工具，加足燃油，润滑系统，液压系统和冷却系统亦加足液体，并且带有规定形式和尺寸的空载铲斗和司机标定质量（753）时的主机质量。它关系到防爆胶轮运输车使用的经济性，可靠性和附着性能，单位为“”。（5）最大行驶速度指翻斗空载，防爆胶轮运输车行驶在坚硬的水平面上，前进和后退各档都达到的最大速度，它影响胶轮运输车的生产率和安排施工方案。单位为“/h”。（6）最小转弯半径指自轮胎中心、后轮（后轮）外侧或翻斗外侧所构成的弧线至回转中心的距离，单位为“”。（7）最大牵引力指胶轮运输车驱动轮缘上所产生的推动车轮前进的作用力，单位为“kN”。（9）最大卸载高度指动臂处于最高位置，翻斗卸载角为45时，从地面到切削刃最低点之间的垂直距离，单位为“”。1.2 防爆胶轮运输车应用技术发展1.2.1国外防爆胶轮运输车水平及发展趋势国外煤矿井下无轨辅助运输技术发达的国家主要有美国、英国、德国、澳大利亚和南非等国。这些国家研制的无轨辅助运输设备，按用途分有运输类车辆和铲运类车辆。其作用主要是完成长距离的人员、材料和中小型设备的运输，它包括运人车、运货车和客货两用车，这类车辆占无轨胶轮车的75%；铲运类车辆主要完成材料和设备装卸、支架和大型设备的铲装运输，它包括铲斗和铲叉多用式装载车和支架搬运车，这类车辆占无轨胶轮车的25%。无轨辅助运输设备按动力装置分有柴油机胶轮车、蓄电池胶轮车和拖电缆胶轮车(梭车)，它们所占无轨胶轮车的比例分别为85%、10%和5%。国外在井下无轨胶轮车的研究方面已经积累了丰富的研制经验，从20世纪80年代以来发展较快。大多数生产厂是原金属和非金属矿山车辆制造厂。他们在原有非煤矿山车辆的低污染技术基础上对车辆进行改进，研制出满足煤矿井下防爆和矮型要求的车型，所以发展快、质量好、工作可靠、性能高。据统计，国外生产无轨胶轮车的厂商大约有12家，并且具备了批量生产的能力。主要生产厂商和产品见表1。图1 国外无轨胶轮车生产厂商及产品国别主要生产商主要产品英国艾姆科公司3t级客货两用胶轮车；8t级柴油机铲运胶轮车；20t35t级柴油机铲板式支架搬运胶轮车澳大利亚布特朗耶公司森内卡公司7t级柴油机悬挂式客货胶轮车；7t级柴油机铲运胶轮车；35t级柴油机悬吊式支架搬运胶轮车；40t级柴油机重型搬运胶轮车美国朗艾道公司10t级蓄电池铲运胶轮车；30t级蓄电池支架搬运胶轮车瓦格那公司10t级柴油机铲运胶轮车南非博德公司3t级柴油机厢式胶轮车；8t级柴油机客货两用胶轮车近年来，国外在无轨胶轮车及其技术方面，多用途、重载柴油机和蓄电池胶轮车在不断开发和完善中，牵引动力发展趋向于采用对巷道空气污染小而功率较大的蓄电池组。1.2.2国内防爆胶轮运输车水平及发展趋势20世纪80年代以前，国内无轨辅助运输研究还是空白，直至90年代初才开始引进无轨胶轮辅运设备，在实际使用中，对提高辅助运输和矿井全员生产效率效果十分明显。乘此良机，国内的科研制造单位和大型局矿共同合作，在消化吸收国外先进技术的基础上，根据国内煤矿的生产实际，开始开发实用性强、成本低廉的无轨辅助运输设备。煤炭科学研究总院太原分院从1992年开始，先后研制和开发了两大类型8种无轨辅助运输车辆，如:TY6/20 FB型井下防爆低污染客货两用胶轮车；TY 3061 FB型汽车改装型自卸胶轮车；W 8型井下悬挂式胶轮车等。兖州煤矿集团常州科研所，在2000年研制出了2台WCQ3型轻型载货胶轮车，2002年改型研制出了2台3t级载货胶轮车，同年又开始进行汽车改装型胶轮车的研制。国内生产无轨辅运车辆的单位及主要产品见表2。表2 国内无轨胶轮车生产单位及产品研制单位主要产品煤炭科学研究院总院太原分院TY 6/20 FB型井下防爆低污染中型客货车；Y7FB型井下防爆低污染自卸胶轮车；W8型井下防爆低污染悬挂式胶轮车；TY3061 FB型井下防爆低污染轻型自卸胶轮车；WC 25型井下防爆低污染轻型胶轮车；WQC3J轻型防爆胶轮车；WQC 4 J轻型防爆胶轮车；WqC15 J轻型防爆胶轮车常州科研试制中心有限公司WC3Y（A）防爆柴油机无轨胶轮车（原型号为WCQ3A型无轨胶轮车）；WCQ3B型无轨胶轮车；WCQ-5B自卸无轨胶轮车；WCQ3D型双向驾驶型无轨胶轮车我国无轨辅助运输起步较晚，目前我国无轨胶轮车生产技术水平只相当于发达国家20世纪80年代的制造水平。国内的企业自主开发创新能力较弱，产品更新换代以适应市场需求的能力较差，不能及时适应市场的需求。在生产制造中，工艺装备水平和生产能力较低，造成关键零部件技术不过关，整机的可靠性，故障率，使用寿命，机电液一体化水平，外观质量，操作的灵活性和舒适性方面与先进国家产品相比差距较大。目前，我国的无轨胶轮车发展有如下特点:（1）缺乏高科技含量，产品质量不稳定，档次低。（2）设备的灵活性，舒适性较差。（3）用途单一，产品规格中间大两头小。尽管国产无轨胶轮车的技术水平与西方发达国家存在着很大的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产无轨胶轮车正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水平的无序竞争的怪圈中摆脱出来，成为胶轮车行业的领先者。其发展体现出以下一些趋势：（1）大型和小型无轨胶轮车，在近年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制。竞争最为激烈的中型无轨胶轮车更新速度将越来越快。（2）各生产厂家根据实际情况，重新进行总体设计，优化各项性能指标，强化结构件的强度和刚度，以使整机可靠性得到提高。（3）优化系统结构，提高系统性能。（4）利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率，节约能源，降低无轨胶轮车作业成本。（5）提高安全性和舒适性。（6）降低噪声排放，强化环保指标。（7）广泛使用新材料、新工艺、新技术，特别是机电液一体化技术，提高产品寿命和可靠性。（8）最大限度的简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提高排除问题的方法。第二章 无轨胶轮车的构造和工作原理2.1 无轨胶轮车的总体结构与特点无轨胶轮车是由:动力系统、前机架、传动系统、转向制动液压系统、后机架、车厢、电气系统、行驶液压系统、气启动系统等。前机架上安置柴油机、变矩器、变速箱、散热器、废气处理箱、驾驶室等主要元部件，后机架主要安置货厢、自卸油缸、气包等。图2-1是无轨胶轮车结构简图2。1-动力系统；2-前机架；3-传动系统；4-转向前制动液压系统；5-后机架；6-车厢；7-电气系统；8-行驶液压系统；9-气启动系统图2-1 无轨胶轮车示意图无轨胶轮车的动力是防爆柴油机发动机，大多数采用液力变矩器，动力换档变速箱的液力机械传动形式（小型胶轮车有的采用液压传动或机械传动），液压操纵、铰接式车体转向、双桥驱动、充填式实芯轮胎，钢板弹簧悬挂。2.2无轨胶轮车的工作原理 无轨胶轮车是以柴油发动机为动力源，以轮胎行走机构产生推力(或牵引力)，由工作装置来完成煤矿的装载、卸载及运输作业的一种工程施工机械。以常用的无轨胶轮车为例(见图2-1所示)，其工作过程是动力系统1的动力经变矩器传给变速器，再由变速箱经过前后传动轴分别传给前后桥以驱动车轮转动，使胶轮车实现装载、运输和卸载。自卸胶轮车上装的一端铰接在副车架上，一端铰接举升机构，利用液压系统可使车厢翻转，利用动臂油缸可使车厢绕上铰接点旋转，以举升、放下车厢，完成装卸作业。2.3无轨胶轮车工作装置及液压系统无轨胶轮车工作装置如图2-2所示。它是由车厢、举升机构、液压系统、电器系统等组成。1-车厢；2-举升三角臂；3-液压油缸；4-拉杆；5-车厢纵架；6-副车架；7-汽车大梁图2-2胶轮自卸车的上装举升机构简图全液压控制液压倾卸系统原理见图2-3所示2。1-分流块；2-油泵；3-单向阀；4-油箱；5-限压阀6-二位二通换向阀；7-油缸；8-油管图2-3 全液压控制液压倾卸系统原理图2.4无轨胶轮车的传动系统无轨胶轮车传动系统如图2-43所示。它是由变矩器、变速箱、传动轴、前后驱动桥、桥边减速器等组成。 1-发动机；2-变量泵；3-变量马达；4-分动箱；5-前桥；6-传动前轴； 7-停车制动；8-后传动轴；9-后桥 图2-4 机械传动系统原理图变矩器采用双涡轮液力机械式，变速箱采用行星式液压换挡。变速箱由箱体、行星齿轮式变速机构、液压动力换挡系统等。轮式胶轮车的驱动桥分为前桥和后桥，前桥的主动螺旋锥齿轮为左旋，后桥则为右旋。它是由壳体、主传动器、半轴、轮边减速器及轮胎轮辋等组成。主传动器是一级螺旋锥齿轮减速器，主要用来增大传动系的扭矩与降低传动系的转速，并改变传递运动的方向。差速器是由两个锥形直齿半轴齿轮、十字轴及四个锥形直齿行星齿轮。左右差速器壳组成的行星齿轮传动副，它对左右车轮的不同转速起差速作用，并将主传动器的扭矩和运动传给半轴。左右半轴为全浮式，它将主传动器通过差速器传来的扭矩和运动传给轮边减速器。轮边减速器为一行星齿轮传动机构，内齿圈固定在轮边支承轴上，行星轮架与轮辋固定在一起传动，其运动是通过半轴、太阳轮而得到的。轮边减速器的任务是进一步增大传动系的扭矩和降低转速。2.5无轨胶轮车的转向系统 无轨胶轮车的行驶方向是依靠转向系统来进行操纵的，转向系统能够根据作业要求保持胶轮车稳定地沿直线方向或改变其行驶方向。转向系统主要由转向装置及液压系统主要由齿轮泵、全算液压转向器、FKAZI阀块、转向操纵机构(即方向盘)、转向油缸和滤油器及油箱等组成，如图2-53所示为转阀式全液压转向系统。1-转向器；2-转向油缸；3-FKA2阀块；4-方向盘；5-齿轮泵；6-滤油器 图2-5 转向液压系统原理图2.6无轨胶轮车的制动系统无轨胶轮车制动系统设计有工作制动、紧急制动和停车制动三部分，紧急制动和停车制动合二为一。工作制动是四轮轮边钳盘式制动。当踩下脚制动阀时，压力油通过脚制动阀经增压后进入制动器的制动油缸，从而推动摩擦片压向制动盘而制动车轮。放开脚制动踏板，制动油缸的油液流回油箱，压一力释放，制动解除。紧急制动和停车制动装置是液压释放、弹簧制动卜型全封闭湿式多盘式制动装置，且紧急制动和停车制动合二为一。其制动器结构原理如图2-64所示。该制动器安装在分动箱的输入轴上。当发动机起动后，变量泵上的补油泵输出压力油，进入制动器的压力油腔推动顶杆克服弹簧力后移，停车制动解除。停车后，扳动制动阀或发动机突然熄火及发生紧急情况按下紧急戴制动阀后，压力油路被切断，制动器内的顶杆在弹簧餐力的作用下迅速顶压摩擦片起到制动作用。1-发动机；2-变量泵；3-变量马达；4-分动箱；5-前桥；6-前传动轴7-停车制动；8-后桥动轴；9-后桥图2-6行车制动器第三章 WC-10无轨自卸胶轮车的总体设计3.1整车总体参数的确定3.1.1无轨胶轮车的基本组成国产WC系列无轨胶轮车的底盘采用的是由柴油机驱动的液力机械传动系统，中央铰接，全液压转向，轮边湿式多盘工作制动。工作装置系统多采用反转六连杆式，采用液压操纵。汽车在满载状态下，确定整车的零线（三维坐标面的交线）、正负方向及标注方式。整车在满载状态、车头向左来确定整车的坐标线。X坐标线：通过左右前轮中心的铅垂面，在侧视和俯视图上的投影线即为X坐标线，前为“-”、后为“+”，该线标记为。Z坐标线：取车架纵梁上翼面上较长的一段平面，或承载式车身中部底板的下表面，并与水平面平行时，该面在前视和侧视图上的投影线即为Z坐标线，上为“+”、下为“-”，标记为。Y 坐标线：通过汽车纵向中心线的铅垂面，在前视图和俯视图上的投影线为Y坐标线，前视图中右侧为“+”、左侧为“-”，标记为。上述的、三条线，统称为三个方向的零线。在绘制总布置图时，先确定零线的位置。一般是从侧视图上开始，根据整车的前悬及车架上表面至地面的高度，确定X和Z坐标线的交点，然后通过该点画水平线和垂直线，分别代表和。需要时可画出网格线，间距200mm或400mm，便于绘图时坐标点的换算或量取。俯视图和前视图坐标线的画法可照此法处理，但必须保证X、Y、Z三个坐标线相互垂直。地面线可暂时不画，待前、后轮中心至车架上表面距离确定后，再以前、后轮中为圆心，以车轮静力半径为半径，分别画两个圆弧，则两圆弧的切线即为地平线。3.1.2无轨胶轮车主要尺寸参数的确定无轨胶轮车的总体参数，是指它的主要性能参数和基本尺寸参数。胶轮车尺寸参数主要有：轴距、轮距、外廓尺寸（车辆长、宽、高）等，如图3-1所示。性能参数包括胶轮车额定载重量；发动机防爆净功率；最大牵引力；行驶速度；爬坡能力；最小转弯半径；最小离地间隙；外形尺寸；自重。此车在二类货车底盘上改装而成，因此其轴距L、轮距B、前悬LF接近角1等参数，改装前后均保持不变。车厢与驾驶室的间距C、车厢长度LH应根据额定转载质量和主要运输货物密度，并参照同类车型车箱尺寸确定。（1）胶轮车额定载重量胶轮车额定载重量是在保证胶轮车必要的稳定性能的前提下，它的最大载重能力。额定载重量是胶轮车的基本使用性能参数之一。在本次设计中，胶轮车额定载重量由设计任务书给出，由于设计的是WC-10自卸无轨胶轮车，因此胶轮车额定载重量me=10000kg。图3-1无轨胶轮车主要尺寸参数（2）发动机防爆净功率根据设计要求，我选用发动机型号为6150L柴油机，额定转速为2000r/min，额定功率为191kw，最大扭矩1127Nm。（3）行驶速度根据论文题目设计要求，设计变速箱为四个前进档和一个倒退档。空载时速度40km/h，满载爬坡速度8km/h。（4）爬坡能力指汽车在良好的路面上，以1档行驶所能爬行的最大坡度。（3-1）式中，爬坡度，即；功率系数，一般是整车满载用一挡来爬最大的坡度时所需功率最大，速度较低，克服空气阻力所需功率较少，可忽略不计=0.85；滚动阻力系数，矿用自卸车取=0.03；额定功率；整车最大总质量；副档速度，=8km/h。将数值代入（3-1）计算得:=0.343，满足设计要求。当最大载重15t时，=0.268，满足设计要求。（5）最小转弯半径最小转弯半径是指当转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆半径。它在很大程度上表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。转弯半径越小，汽车的机动性能越好。根据测算，要使车辆转弯时主、付出绕同一个转向中心转向，主、副车所需最大夹角max=37。,通过计算可得以车身最外点计算的最小转弯半径：R=6947.3mm，车身最内侧部位的最小转弯半径：r=4400.5mm。长（mm）宽（mm）高（mm）外型尺寸711020002200车厢尺寸370020001250图3-2无轨自卸胶轮车转弯时的情况按GB 15892004道路车辆外廓尺寸、轴荷、及质量限值的要求，车辆通道宽度应为车身最外点在地面上的投影所形成的外圆周轨迹R与最内侧部位在地面上的投影所形成的内圆周轨迹r的差值不大于7.2m，即通道宽度A为：A=R-r （3-2）其中，R为上面以车身最外点计算的最小转弯半径。通道宽度为：A=R-r=6947.3-4400.5=2546.8mm。由以上计算可以看出，该铰接车最小转弯直径和通道宽度均满足标准要求，且该车铰接盘允许的最大碰撞角度为53，警告角度为51，报警角度为49，均大于37,满足整车转弯使用要求。（6）最小离地间隙胶轮车最小离地间隙是通过性的一个指标，它表示胶轮车无碰撞的越过石块、树桩等障碍的能力。根据经验，取最小离地间隙为230mm。（7）外形尺寸计算自卸胶轮车车厢容量：自卸胶轮车车厢容量分两种：一种称为额定容量，是指车厢四周均以1/2坡度堆积物料时，由物料坡面与铲斗内廓所形成的容积；另一种称为平装容量，指车厢的平装容积。通常所说的车厢容量是指其额定容量。平装容量VS与额定容量Ve有如下关系，即 (3-3)额定容量与额定载重量有如下关系，即 (3-4)式中 装载物料密度。 井下运输的主要是经过筛选的原煤，其密度=9001000kg/m，块煤的密度=10501100kg/m，其中，取=900 kg/m 计算得：，从而计算得。另外，设计车厢宽度LD=2000mm，车厢高HI=1250mm则，可计算出车厢长：LH=3700mm因此，参照WCQ-5B自卸无轨胶轮车运管车，将WC-10自卸无轨胶轮车外形尺寸参数设计为LWH=711020002200。（8）胶轮车自重胶轮车的自重力即整车整备质量通常指由胶轮车本身的制造装配质量以及发动机的冷却水、燃料油、润滑油、液压系统油、随车必备工具、驾驶员体重等因素引起的重量。其值可按下式确定。mo=meGO (3-5)式中：me额定装载质量；mo自卸车整车整备质量；GO自卸汽车质量利用系数。通常由二类货车底盘改装的自卸胶轮车（me15t）质量利用系数略低于原货车的质量利用系数。国产自卸汽车的GO=1.01.5，国外自卸汽车的GO=1.32.01。其中，取GO=1.0，已知me=10t。通过计算得出：mo=10t，即胶轮车自重10t。（9）轴距和轮距胶轮车轴距是指前后桥中心线的距离。轴距的大小影响胶轮车的纵向稳定性、转弯半径和整机质量。轮距是指两侧轮胎中线的距离，本次所设计的胶轮车，前后桥采用相同的轮距及同类轮胎。轮距的大小影响胶轮车的横向稳定性及转弯半径。参考WCQ-5B自卸无轨胶轮车，确定本次设计的胶轮车的轴距为3700mm，轮距为1550mm。WC-10防爆无轨自卸胶轮车，主要技术参数见表3-1：（10）轮胎选型根据GBT 16622-2009 压配式实心轮胎规格、尺寸与负荷，选择自卸无轨胶轮车轮胎规格为711406588.8，其断面宽度为406mm，外直径711mm。性能参数额定载重量（t）10行驶速度（km/h）025爬坡能力（。）14转弯半径（mm）内侧4309.7外侧6846.2外形尺寸（mm）长7110宽2000高2200操作重量（t）10轮胎形式填充式实心轮胎型号2710-12/8.00G工作制动型式全封闭液压湿式多盘制动器停车制动型式湿式多盘弹簧制动电气系统电压（V）24（直流）表3-1 WC-10防爆无轨自卸胶轮车主要技术参数3.2 整车质量参数估算在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数(包括：空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等)进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。各总成质量，可通过样件实测得到，亦可参照同类车型样件实测值修正得到。各总成质心位置可通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移 (一般规定在前轮中心后为正值，在前轮中心前为负值)以及空载状态下的离地高度和满载状态下的离地高度。一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响；空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化忽略不记。3.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算整车整备质量(自重) 按下式计算： （3-6）式中 用估算整车整备质量的全部总成数量(总成的划分可根据实际情况由设计人员自定)；整车装备质量（kg）。参照某运输车轴载质量计算结果见表3-2：序号总成名称（kg）（mm）（mm）（mm）1底盘（做好行驶准备）67906684934732人+随车工具150-11539769563后轮胎3003700355.5335.54前轮胎3000355.5335.55车厢8203550138613666车身164014038067867装载货物10000355013861366由表3-2，计算出